Implementação com base no chip W5100 de um dispositivo para trabalhar em redes Ethernet. Esquema, descrição

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Implementação com base no chip W5100 de um dispositivo para trabalhar em redes Ethernet. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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Atualmente, o acesso remoto à informação, coleta de dados, controle remoto e monitoramento na indústria, sistemas de segurança, telefonia IP e serviços de comunicação por vídeo são amplamente desenvolvidos no dia a dia e na vida empresarial. Tudo isso se torna parte integrante da vida moderna.

Um componente obrigatório de tais sistemas são os canais de comunicação, e as linhas fixas continuam sendo a base para a construção de redes de computadores e telecomunicações. A principal tecnologia utilizada em redes locais é a Ethernet.

A pilha de protocolos mais comum em redes Ethernet é o TCP/IP. Sua estrutura revelou-se bem sucedida para transmitir informações heterogêneas; é ideal para redes locais de alta velocidade com tráfego multimídia. Foram esses protocolos que formaram a base da Internet. Eles podem ser implementados de várias maneiras.

A primeira maneira é o software. Mas há muitas dificuldades ao longo do caminho. Criar uma pilha de protocolos de software ou mesmo portar uma pilha de código fonte existente, distribuída gratuitamente (como IwlP, ulP) é uma tarefa bastante complexa e demorada. A pilha requer um sistema operacional, que também pode levar muito tempo para se adaptar a um microcontrolador específico. Além disso, quase todos os sistemas operacionais (com exceção de alguns clones do Linux) não são distribuídos gratuitamente. A implementação em software dos protocolos utiliza de forma intensiva os recursos do sistema operacional, processador e memória, o que afeta negativamente o desempenho do sistema como um todo.

Para evitar que o microcontrolador execute procedimentos de transferência de dados em um canal de comunicação e reduzir significativamente o tempo de desenvolvimento, o segundo método permite - a implementação em hardware de parte dos protocolos usando LSI especializado. Este artigo descreverá a implementação prática de um sistema projetado para trabalhar em redes Ethernet utilizando protocolos padrão, construído sobre um microcontrolador e um LSI especializado da WIZnet, que implementa a pilha de protocolos TCP/IP em hardware.

Foi utilizado o microcontrolador AT91SAM9261 com núcleo de processador ARM9. Sua escolha foi influenciada pela presença de uma série de funções periféricas necessárias. No entanto, é possível usar quase qualquer outro microcontrolador, incluindo um muito menos produtivo, embora isso possa ter que ser pago por uma redução na taxa de câmbio.

Para implementação de hardware dos protocolos TCP/IP, é utilizado o chip W5100, que possui os seguintes recursos:

- implementação de hardware de protocolos TCP, UDR ICMR IPv4 ARR IGMR PPPoE, Ethernet;
- conversor de camada física Ethernet 10BaseT/100BaseTX integrado;
- detecção automática dos modos de operação full duplex, half duplex, 10 ou 100 Mbit/s;
- três maneiras de se conectar ao microcontrolador. Direto, Indireto, SPI;
- suporte para conexões ADSL sob o protocolo PPPoE;
- capacidade de trabalhar simultaneamente com quatro conexões, cada uma delas configurada para funcionar em modo cliente ou servidor;
- 16 KB de memória interna alocada para buffers de recepção e transmissão.

A base para o layout do sistema foi a placa de desenvolvimento AT91SAM9261-EK disponível. Na placa foi instalado um módulo WIZ810MJ contendo um chip W5100 com a “tubulação” necessária e um conjunto RJ113BZ - um conector RJ-45 com transformadores de isolamento galvânico integrados e elementos correspondentes. Para conexão a um dispositivo de controle (microcontrolador), o módulo é equipado com dois conectores PBD2-28 pinos.

Toda a documentação necessária para trabalhar com o chip W5100 e o módulo WIZ810MJ está disponível no site oficial da empresa WIZnet: wiznet.co.kr. Há também o código-fonte em C do driver, que implementa funções de alto nível para trabalhar com soquetes W5100, bem como um guia para portar o driver. Gostaria de ressaltar que toda a documentação está escrita de uma forma muito fácil de entender, portanto não será difícil entender a conexão e programação do W5100. A documentação do microcontrolador AT91SAM9261 pode ser encontrada em at91.com

O diagrama de conexão do módulo WIZ810MJ ao microcontrolador AT91SAM9261 para operação no modo Direto é mostrado na figura. Os números de pinos do microcontrolador estão indicados entre parênteses.

Implementação com base no chip W5100 de um dispositivo para trabalhar em redes Ethernet

As linhas DO-D7 formam o barramento de dados, as linhas AO-A14 formam o barramento de endereços. Sinal NRD - leitura da memória, sinal NWE - gravação na memória. O sinal RESET, que reseta o chip W5100, pode ser enviado de qualquer linha livre da porta do microcontrolador. A linha RVO foi utilizada.

O microcontrolador AT91SAM9261 oferece a capacidade de conectar até oito dispositivos, com troca de dados realizada como na memória externa. Para cada um deles, uma área é alocada no espaço de memória do microcontrolador e seu próprio sinal de seleção de dispositivo (CS) é gerado. Neste caso, o sinal CS6 (função alternativa da linha PCO) está envolvido.

Para responder rapidamente a uma mudança no estado do microcircuito W5100, é necessário aplicar o sinal INT ao microcontrolador e configurar a linha de porta à qual ele é aplicado para gerar solicitações de interrupção em uma diferença de nível decrescente. O manipulador de interrupção de software deve analisar o conteúdo do registro Sn_IR no chip W5100. Neste caso, a entrada de solicitação de interrupção do W5100 é a linha PC2.

A seguir descrevem-se as etapas necessárias para configurar o microcontrolador e o chip W5100 para funcionar na Ethernet. Os fragmentos de programa são escritos em C e podem ser usados praticamente sem alterações para qualquer microcontrolador Atmel ARM.
O driver a ser "baixado" do site da WIZnet consiste nos arquivos w5100.c, socket.c, types.h, w5100.h, socket.h. Esses arquivos devem ser incluídos no projeto. A versão original do driver foi projetada para funcionar no microcontrolador ATmega128, mas é muito fácil adaptá-lo a praticamente qualquer outro microcontrolador, substituindo apenas algumas linhas de programa.

Antes de tudo, precisamos fazer algumas alterações no arquivo types.h.

Substituição de string

#define _DEF_IINCHIP_MAP_BASE_ 0x8000
em
#def e ne _DEF_IINCHIP_MAP_BASE_ 0x70000000
defina o endereço a partir do qual os registradores e buffers do chip W5100 serão acessados (a partir do endereço 0x70000000 no espaço de memória do microcontrolador, começa a área correspondente ao sinal CS6). Depois disso, você precisa comentar a linha
#incluir
e salve o arquivo types.h modificado.
Abra o arquivo W5100.C. Aqui você deve comentar a linha
#incluir
e adicione uma linha depois
#incluir

Em seguida, você precisa transformar os ponteiros de 16 bits para os buffers de recepção e transmissão em buffers de 32 bits.

Para isso, nas linhas

uintl6 estático
SBUFBASEDRESS[MAX_SOCK_NUM]; /**< Tx
endereço base do buffer por cada canal */
и
uintl6 estático
SBUFBASEADDRESS[MAX_SOCK_NUM]; /**< Endereço base do buffer Tx por cada canal */
(transferências condicionais) substituiremos os descritores de tipo da variável uint16 por uint32.

Além disso, no texto do programa, substituímos todos os endereços de 16 bits passados como parâmetros de função por endereços de 32 bits. Após essas substituições, você pode salvar o arquivo e usar as funções de alto nível do driver no programa principal.

Resta apenas inicializar o SMC (Static Memory Controller) do microcontrolador para gerar o sinal CS6 (Tabela 1) e inserir os valores desejados nos registros do chip W5100 (Tabela 2).

Agora que todas as configurações necessárias foram feitas, o sistema está pronto para trabalhar em qualquer um dos protocolos suportados pelo chip W5100.

Por exemplo, na tabela. 3 mostra um possível procedimento para recebimento de mensagens no modo "servidor" e em tabela. 4 - o procedimento de transferência no modo "cliente".

A desvantagem mais significativa do chip W5100 é a falta de uma capacidade interna de fragmentar pacotes. Portanto, ao enviar grandes quantidades de informações, sua divisão em pacotes terá que ser tratada pelo programa do microcontrolador. Isso também impede que o chip seja usado como roteador. No entanto, o chip W5100, devido ao seu baixo custo e disponibilidade de códigos fonte de driver, pode ser recomendado para conectar sistemas microcontroladores a uma rede Ethernet usando protocolos TCP/IP padrão.

Autor: K. Snegov, R. Shishko, Voronezh; Publicação: radioradar.net

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