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WIZnet公司硬件协议栈芯片W3100A-LF

W3100A-LF 概述

WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF 是WIZnet公司专门为以太网互联和嵌入式设备推出的硬件TCP/IP协议栈芯片,其硬件TCP/IP协议栈包含了TCP、uDP、IP、ARP和ICMP协议.

The iinChip W3100A
is an LSI of hardware protocol stack that provides an easy, low-cost
solution for high-speed Internet connectivity for digital devices by
allowing simple installation of TCP/IP  stack  in  the hardware.

The W3100A offers system designers a quick,easy way to add Ethernet
networking functionality to any product. Implementing this  LSI into a
system can completely offload Internet connectivity and processing
standard protocols from the system, thereby significantly reducing the
software development cost.

The W3100A contains TCP/IP Protocol Stacks such as TCP,UDP,IP, ARP
and ICMP protocols,as well as Ethernet protocols such as Data  Link
Control and MAC protocol.

The W3100A offers a socket API (Application Programming Interface)
that is similar to the windows socket API. The chip provides a local
bus interface and I2C for various MCUs and supports standard MII
interface for under-layer Ethernet.

The W3100A can be applied to handheld devices including Internet
phones,VoIP SOC chips,  Internet MP3 players,handheld medical
 devices,LAN cards for Web servers,cellular phones and many other non-
portable electronic devices such as large consumer electronic products.

WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF简介

近年来,随着技术的飞速进步,电子产品正朝着小型化、智能化和网络化的方向发展。在小型嵌入式设备中实现以太网互联正在成为研究和应用的热点。在这种潮流
的推动下,研究人员提出了许多解决方案。传统的做法是在嵌入式设备中植入TCP/IP协议栈,或者移植一个具有TCP/IP协议栈的嵌入式操作系统。虽然
上述做法在很多应用中取得了不错的效果,但都是以牺牲大量资源为代价的。W3100A-LF 硬件协议栈则可以在占用极低系统资源的条件下快速完成网络通讯。

WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF 的主要性能特点如下：
硬件协议栈包括TCP、 IP Ver．4、 uDP、 ICMP、 ARP；支持硬件以太网协议DLC和MAC；同时支持四路独立的网络连接；支持Ping命令；协议处理速度达到全双工4～5Mbps；支持InteI/MotoroIa MCu总线接口；支持I2C接口；带有标准的MII接口,可连接底层以太网接口芯片；可提供Socket API加速应用程序开发；支持全双工模式；其内建16KB双口RAM可作为数据缓冲区；采用0．35μm CMOS制造工艺。

WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF的引脚功能

WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF 采用64脚LQFP封装,其引脚分布如图所示。

WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF 各引脚功能描述如下：

TXD[0]～TXD[3]：在TXD＿CLK上升沿发送数据。串行模式时,TXD[0]用作串行数据发送引脚,TXD[1]～TXD[3]无效。

TXE：发送使能端。

TXD＿CLK：数据发送时钟,时钟由以太网接口芯片提供。

RXD[0]～RXD[3]：在TXD＿CLK下降沿接收数据。串行模式时,RXD[0]作为串行数据接收引脚,RXD[1]～RXD[3]无效。

RXDV/CRs：载波监测。高电平有效。

RXD＿CLK：数据接收时钟,时钟由以太网接口芯片提供。

COL：冲突探测引脚。在半双工模式发生冲突时有效。

A[14～8]/DA[6～0]：在MCu总线接口模式下作为14～8位地址。在I2C模式下作为I2C接口6～0位设备地址。

A[7～0]：7～0位地址线。

D[7～0]：8位数据线。

INT：接收发送中断请求。低电平有效。

Cs：片选信号。低电平有效。

WR：写信号。低电平有效。

RD：读信号。低电平有效。

RESET：复位信号。

CLOCK:工作时钟。通常由以太网接口芯片提供,推荐频率为25MHz。

EXT＿CLK：外部时钟输入信号。

LINK：表示是否已连接到以太网。低电平表示连接有效,高电平表示TCP超时或连接关闭。

SERIAL：10BASE－T SERIAL或NIBBLE选择。

FDPLX：全双工/半双工选择。0为全双工,1为半双工。

MODE[2～0]：用于选择W3100A-LF工作模式。000为时钟模式；001为外部时钟模式；010为无时钟模式；011为I2C模式；1xx为测试模式。

WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF 的内部结构

系统设计人员利用WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF 可以方便快捷地为产品添加网络功能。WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF 的硬件TCP/IP协议栈包含了TCP、uDP、IP、ARP和ICMP协议。并支持一套与Windows系统相同的socket API。W3100的内部结构框图如图所示。

WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF
共有32kB的内部存储器空间。其中位于存储器顶部地址为0x0000～0x01FF的1kB空间分配给了控制寄存器组,0x2000～0x3FFF则作
为保留空间供给其它设备使用,而0x4000～0x5FFF为发送缓冲区,0x6000～0x7FFF为数据接收缓冲区。由于WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF 可以为用户提供4路独立的连接通路,所以相对应的8kB发送缓冲区和 8kB接收缓冲区可以通过寄存器TMSR和RMSR进行配置。配置方法如图所示。

WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF 应用设计

WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF 硬件设计

WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF 有3种不同的工作模式,分别为Direct BusI/F模式、Indirect Bus I/F模式和I2C Bus I/F模式。用户可根据自己的实际情况进行选择。下面就常用的Direct Bus I/F模式和I2C Bus I/F模式作以简单介绍。

Direct Bus I/F模式的硬件结构框图。

Indirect Bus I/F模式的硬件结构框图。

由图可见,Direct Bus I/F模式模式下,WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF 共用了15条地址线、8位数据线、片选Cs,及读写控制信号WR和RD。不难看出,Direct Bus I/F模式模式下硬件电路设计相对简单,但要占用较多的MCu资源。同时还应该注意,在Direct Bus I/F模式下,WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF的工作时钟也有3种不同的模式,在大多数情况下,系统推荐使用CIocked 模式,因为该模式下系统可以稳定的工作。但是如果系统中MCu的访问速度小于100ns,则应为WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF单独外接时钟并选择ExternaI CIock模式。而当MCu的Cs、RD、WD信号时序满足W3100A-LF的要求时,也可以不要时钟。

I2C Bus I/F模式下,MCu与W3100A-LF的连接示意图。

I2C Bus I/F模式下,可使用SCL和SDA在MCu和W3100A-LF之间串行传输数据,时钟信号线SCL由MCu提供,SDA则用来在MCu和WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF之间传送地址和数据。只要系统中的MCu支持I2C总线即可使用该模式。可以看出,使用该模式可以大量减少MCu与WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF的连接线,从而节省MCu的资源。

软件设计

此外,通过WIZnet公司为W3100A-LF专门提供的Socket API软件,可使网络通讯的软件设计更加方便。利用该软件进行设计时,应首先初始化WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF的网络设置,即在相应的寄存器中设置默认网关、子网掩码、本机物理地址和IP地址,然后建立Socket连接以实现通讯。整个过程与Windows Socket编程十分类似,此处不再赘述。

结论

WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF具有传输速度快、工作稳定可靠、系统开销小等优点,可以为小型嵌入式设备提供很好的网络解决方案。

WIZnet Chip (Full Hardwired TCP/IP stack)

Performance Benefit	Line-speed data transmission by hardwired logic and Saving MCU processing power by TCP/IP offload
Implementation Benefit	Easy control way like memory
Cost Benefit	No osrequired
Application Benefit	- As a Internet Controller :   Easy embedded to controllers or data collectors with low-end MCUs - As a Internet Accelerator :    Reducing Jitter with fixed processing time by hardware. Enhancing video and voice quality.

特性：
W3100A-LF TCP, UDP, IP, ARP, ICMP, MACW3100A-LF Amazing protocol processing speed (depending upon MCU); 8051 (max. 1Mbps), AVR (max. 8Mbps), ARM7 (max. 21Mbps)W3100A-LF 10/100 Base-T Ethernet Gateway (Auto detection)W3100A-LF Supports 4 independent channels simultaneously
(Dynamic buffer allocation for each channel) W3100A-LF Full-duplex modeW3100A-LF MCU bus interface and I2C serial interface for MCUW3100A-LF Support 8 Bit CPU AccessW3100A-LF Standard MII interface for physical layerW3100A-LF 16KBytes data buffer embeddedW3100A-LF Simple socket API interfaceW3100A-LF Small 64 Pin LQFP packageW3100A-LF 3.3V internal operation, 5V tolerant I/OsW3100A-LF Commercial Temperature Range from 0∑C to 70∑CW3100A-LF DHCP, TELNET, FTP, HTTP, DNS, SNMP source codes are provided with EVB or DKW3100A-LF All source codes are written in ANSI C totally freeW3100A-LF RoHS Package

技术支持：

WIZnet公司硬件协议栈芯片W3100A-LF 资料DataSheet.pdf

WIZnet公司硬件协议栈芯片W3100A-LF 原理图 .PDF

由网络协议栈芯片W3100A构成的TCP/IP处理平台