Ο ελεγκτής W5500 Ethernet: Τεχνικές προδιαγραφές και σενάρια εφαρμογής
2024-07-22 1954

Κατάλογος

Τι είναι ο ελεγκτής W5500 Ethernet;

W5500 είναι ένα βιομηχανικό τσιπ ελέγχου Ethernet που κατασκευάζεται από την Wiznet.Έχει τα χαρακτηριστικά της κατανάλωσης χαμηλής ενέργειας, της μετάδοσης υψηλής ταχύτητας και της εύκολης ενσωμάτωσης.Υποστηρίζει TCP, UDP, IPv4, ARP, ICMP, IGMP και άλλα πρωτόκολλα και είναι πολύ κατάλληλο για τις ανάγκες επικοινωνίας μεταξύ ενσωματωμένων συσκευών και του Διαδικτύου, όπως έξυπνο σπίτι, βιομηχανικός έλεγχος, απομακρυσμένη παρακολούθηση και άλλα σενάρια.Επιπλέον, υποστηρίζει τη διεπαφή υψηλής ταχύτητας SPI υψηλής ταχύτητας για επικοινωνία με τον κεντρικό υπολογιστή.Ο ρυθμός SPI μπορεί θεωρητικά να φτάσει τα 80MHz.Ενσωματώνει το TCPIP Protocol Stack και το Hardware Ethernet Controller για την εύκολη εφαρμογή λειτουργιών επικοινωνίας δικτύου.

Σημείωση: Η σειριακή περιφερική διεπαφή (SPI) είναι ένα σειριακό πρωτόκολλο περιφερικής διεπαφής.Πρόκειται για μια πλήρους αμφίδρομη, σύγχρονη τεχνολογία διεπαφής που χρησιμοποιείται συνήθως για τη σύνδεση μικροελεγκτών και περιφερειακών, όπως αισθητήρες, αναμνήσεις, οθόνες κλπ. Το πρωτόκολλο SPI έχει υψηλή απόδοση μετάδοσης και είναι πολύ απλό στη χρήση, έτσι χρησιμοποιείται ευρέως σε ενσωματωμένα συστήματα.

Αντικατάσταση και ισοδύναμο

• Atmega4809

• Enc28J60

• LAN8720

• W5500s

Σύμβολο, αποτύπωμα και διαμόρφωση ακίδων του W5500

Τεχνικές παράμετροι του W5500

Ποια είναι τα χαρακτηριστικά του W5500;

• Δεν υποστηρίζει αυτόματη μετατροπή πολικότητας (μόνο ένα μέρος και στις δύο πλευρές της επικοινωνίας δικτύου το υποστηρίζει)

• Εσωτερικό buffer πομποδέκτη 32K byte για επεξεργασία πακέτων TCP/IP

• Υποστηρίζει τη λειτουργία Power Down και Wake On LAN μέσω UDP

• Η χρήση του σχεδιασμού τσιπ χαμηλής ισχύος μπορεί να μειώσει αποτελεσματικά την κατανάλωση ενέργειας των συσκευών IoT και να βελτιώσει την αποτελεσματικότητα του εξοπλισμού.

• Υποστηρίζει τις ταχύτητες του Ethernet έως και 100 Mbps, τα οποία μπορούν να ανταποκριθούν στις ανάγκες επικοινωνίας υψηλής ταχύτητας των συσκευών IoT.

• Υποστηρίζει ταυτόχρονα 8 κανάλια ανεξάρτητης επικοινωνίας υποδοχής υλικού και η αποτελεσματικότητα της επικοινωνίας δεν επηρεάζει ο ένας τον άλλον.

• Υποστηρίζει πολλαπλές διεπαφές για την ικανοποίηση των απαιτήσεων διαφόρων τύπων συσκευών IoT, όπως SPI, I2C, κλπ.

• Έχει εξαιρετικά υψηλή αξιοπιστία και μπορεί να υποστηρίξει πολλαπλά πρωτόκολλα δικτύου, όπως TCP/IP, UDP, HTTP κ.λπ., τα οποία μπορούν να προσαρμοστούν στο σύνθετο περιβάλλον δικτύου των συσκευών IoT.

Δομή του W5500

Το διάγραμμα που απεικονίζεται παραπάνω απεικονίζει τη διάταξη δομικών μπλοκ του W5500.Είναι προφανές από το διάγραμμα ότι η συσκευή λειτουργεί με τροφοδοτικό 3.3V και απαιτεί πρόγραμμα οδήγησης προέλευσης ρολογιού 25MHz.Μέσα στο τσιπ, ένας βρόχος κλειδώματος φάσης (PLL) πολλαπλασιάζει αποτελεσματικά τη συχνότητα σε 150MHz.Επιπλέον, το W5500 ενσωματώνει ένα ενσωματωμένο PHY φυσικού στρώματος, πράγμα που σημαίνει ότι οι χρήστες πρέπει να παρέχουν έναν μετασχηματιστή απομόνωσης και την κατάλληλη επικεφαλίδα κρυστάλλων RJ45 όταν συνδέονται με ένα δίκτυο.Το W5500 περιλαμβάνει κυρίως τα ακόλουθα βασικά στοιχεία:

Μνήμη: Το W5500 διαθέτει ενσωματωμένη μνήμη αφιερωμένη στην προσωρινή αποθήκευση και τη διατήρηση πακέτων δεδομένων.Αυτές οι ζώνες μνήμης εξυπηρετούν το σκοπό της διευκόλυνσης της επικοινωνίας δικτύου υψηλής απόδοσης, επιτρέποντας τη λήψη δεδομένων και τη μετάδοση.

Οι καταχωρητές ελέγχου: Το W5500 διαθέτει ένα σύνολο καταχωρητών ελέγχου που έχουν σχεδιαστεί για τη διαμόρφωση και την επίβλεψη της ποικίλης γκάμας λειτουργιών του.Αυτά τα μητρώα μπορούν να προσαρμοστούν από τον ελεγκτή κεντρικού υπολογιστή για να εκπληρώσουν ακριβείς απαιτήσεις δικτύου.

SPI Διεπαφή: Οι διασυνδέσεις W5500 με τον κύριο ελεγκτή, συνήθως μικροελεγκτή ή μικροεπεξεργαστή, μέσω της σειριακής περιφερικής διεπαφής (SPI).Αυτή η σύνδεση SPI χρησιμοποιείται από τον κύριο ελεγκτή για τη δημιουργία διαφορετικών παραμέτρων W5500, τη διευκόλυνση της μεταφοράς δεδομένων και τη διαχείριση λειτουργιών επικοινωνίας δικτύου.

Ελεγκτής Ethernet: Το W5500 περιλαμβάνει έναν ενσωματωμένο ελεγκτή Ethernet που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διαχείριση των επικοινωνιών Ethernet.Ο ελεγκτής υποστηρίζει την επικοινωνία 10 ή 100 Mbps Ethernet και συμμορφώνεται με το πρότυπο IEEE 802.3.

PHY (φυσικό στρώμα): Το W5500 ενσωματώνει ένα στρώμα PHY που διαχειρίζεται τη μετατροπή σήματος και τον έλεγχο σύνδεσης για το φυσικό στρώμα Ethernet.Αυτό το στρώμα PHY μετατρέπει τα ψηφιακά σήματα σε αναλογικά σήματα, διευκολύνοντας τη μετάδοσή τους σε καλώδια Ethernet.Επιπλέον, διαπραγματεύεται αυτόνομα τις λειτουργίες ταχύτητας και διπλής όψης.

Υποδοχή: Το W5500 προσφέρει υποστήριξη για πολλαπλές υποδοχές, συνήθως φιλοξενεί τουλάχιστον 8 συνδέσεις ή περισσότερες.Κάθε υποδοχή είναι σε θέση να ξεκινήσει μια ξεχωριστή σύνδεση TCP ή UDP, επιτρέποντας την ευέλικτη επικοινωνία δικτύου μέσω πολυπλεξίας.Οι υποδοχές χρησιμεύουν ως αγωγοί για τη μετάδοση και λήψη δεδομένων, εξοπλισμένα με μια σειρά επιλογών διαμόρφωσης για να καλύψουν διάφορες απαιτήσεις εφαρμογής.

Η ενσωματωμένη στοίβα πρωτοκόλλων TCP/IP: W5500 ενσωματώνει το TCP/IP Protocol Stack, συμπεριλαμβανομένων των πρωτοκόλλων TCP, UDP, IP, ARP, ICMP και Ethernet.Αυτό επιτρέπει στο W5500 να χειρίζεται όλες τις πτυχές των επικοινωνιών δικτύου, συμπεριλαμβανομένων των επικοινωνιών υποδοχής και της δρομολόγησης πακέτων.

Μέθοδος σύνδεσης μεταξύ W5500, Host και SPI λειτουργία εργασίας

Το πρωτόκολλο SPI περιγράφει τέσσερις λειτουργικούς τρόπους (0, 1, 2, 3) που καθορίζονται από το επίπεδο αδράνειας του σήματος ρολογιού (υψηλό ή χαμηλό) και την κατεύθυνση της άκρης των δεδομένων (ανερχόμενη ή πτώση).Ωστόσο, το τσιπ W5500 υποστηρίζει μόνο 0 και 3 αυτούς τους δύο τρόπους εργασίας.Σε αυτούς τους τρόπους, τα δεδομένα είναι συνήθως συνδεδεμένα κατά τη διάρκεια της ανερχόμενης άκρης του σήματος ρολογιού και μεταδίδονται κατά τη διάρκεια της πτώσης.

Ανάλογα με τη μέθοδο σύνδεσης μεταξύ W5500 και του κύριου τσιπ ελέγχου, το SPI του W5500 μπορεί να λειτουργήσει στους ακόλουθους δύο τρόπους:

Μεταβλητή λειτουργία δεδομένων (VDM)

Διορθωμένη λειτουργία δεδομένων (FDM)

Πώς εφαρμόζει η ενότητα W5500 Ethernet Module;

Για να ξεκινήσουμε, πρέπει πρώτα να διαμορφώσουμε τη λειτουργία λειτουργίας του W5500 χρησιμοποιώντας τη διεπαφή SPI.Αυτό συνεπάγεται παραμέτρους ρύθμισης όπως ο ρυθμός μετάδοσης, η πολικότητα του ρολογιού και η φάση.Μετά τη διαμόρφωση, προχωρούμε στη μετάδοση των απαραίτητων δεδομένων στο buffer δεδομένων του W5500.Τα δεδομένα αποστέλλονται byte από byte μέσω της διασύνδεσης SPI, με μέγιστο μέγεθος πλαισίου δεδομένων 128 bytes για κάθε μετάδοση.Στη συνέχεια, τα δεδομένα από το buffer διαβάζονται στην εσωτερική μνήμη RAM του W5500 χρησιμοποιώντας τη λειτουργία DMA (άμεση πρόσβαση μνήμης) του W5500.Το DMA προσφέρει φλεγόμενα ποσοστά μεταφοράς έως και 100Mbps, διευκολύνοντας την ταχεία κίνηση των σημαντικών όγκων δεδομένων.Τέλος, τα δεδομένα που αποθηκεύονται στην εσωτερική μνήμη RAM του W5500 ανακτώνται μέσω της διασύνδεσης SPI και μεταφέρονται στον κύριο ελεγκτή για επεξεργασία και αποθήκευση.Ο κύριος ελεγκτής μπορεί να χρησιμοποιήσει ένα χρονοδιακόπτη για τη συλλογή χρονομορίων για την επίτευξη περιοδικής απόκτησης δεδομένων.

Ποιες είναι οι χρήσεις του ελεγκτή W5500 Ethernet;

• Βιομηχανική αυτοματοποίηση: Στον τομέα της βιομηχανικής αυτοματοποίησης, το W5500 χρησιμεύει ως ένα πολύτιμο εργαλείο για τη διευκόλυνση της σύνδεσης προγραμματιζόμενων λογικών ελεγκτών (PLCs), αισθητήρων και διαφόρων άλλων εξοπλισμού που επιτρέπουν τη συλλογή και τη ζωντανή παρακολούθηση δεδομένων.Με τη χρήση του W5500, οι μηχανικοί μπορούν εύκολα να δημιουργήσουν έναν αξιόπιστο σύνδεσμο δικτύου, εξασφαλίζοντας την ομαλή λειτουργία της παραγωγικής διαδικασίας.

• Συλλογή απομακρυσμένων δεδομένων: Το W5500 χρησιμεύει ως μια ευέλικτη λύση για τη συλλογή δεδομένων από απομακρυσμένες συσκευές και αισθητήρες, διευκολύνοντας την απρόσκοπτη μετάδοση σε κεντρικό διακομιστή δεδομένων με σκοπό την αποθήκευση και την επακόλουθη ανάλυση.

• Σύστημα ασφαλείας: Συνδέοντας το W5500 με κάμερες παρακολούθησης, αισθητήρες και συσκευές συναγερμού, μπορούμε να παρακολουθούμε το περιβάλλον σε πραγματικό χρόνο και να ανταποκριθούμε γρήγορα σε ενδεχόμενα περιστατικά ασφαλείας.

• Ενσωματωμένη σύνδεση Ethernet: Αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη συλλογή δεδομένων αισθητήρων, την απομακρυσμένη παρακολούθηση, το τηλεχειριστήριο και την επικοινωνία δεδομένων κ.λπ.

• Εφαρμογές IoT: Το W5500 διαδραματίζει κεντρικό ρόλο στις εφαρμογές του IoT διευκολύνοντας τη σύνδεση συσκευών IoT στο Διαδίκτυο, επιτρέποντας λειτουργίες όπως συλλογή δεδομένων αισθητήρων, τηλεχειριστήριο και παρακολούθηση.

• Διακομιστής ιστού: Το τσιπ W5500 προσφέρει τη δυνατότητα κατασκευής ενός ενσωματωμένου διακομιστή ιστού που έχει σχεδιαστεί για εποπτεία και έλεγχο συσκευών μέσω διεπαφής προγράμματος περιήγησης ιστού.Αυτό αποδεικνύεται ιδιαίτερα επωφελές για την απομακρυσμένη διαχείριση και παρακολούθηση, διευκολύνοντας την αποτελεσματική εποπτεία του εξοπλισμού σε πραγματικό χρόνο, ενώ ταυτόχρονα μειώνοντας την ανάγκη για χειροκίνητη παρέμβαση και ελαχιστοποιώντας τα περιστατικά σφάλματος.

Συχνές ερωτήσεις [FAQ]

1. Τι είναι το W5500;

Το τσιπ W5500 είναι ένας ενσωματωμένος ελεγκτής Ethernet TCP/IP που παρέχει ευκολότερη σύνδεση στο διαδίκτυο με ενσωματωμένο σύστημα.Υποστηρίζει πρωτόκολλα TCP, UDP, IPv4, ICMP, ARP, IGMP και PPPOE.Το W5500 ενσωματώνει το buffer εσωτερικής μνήμης 32kbyte ή την επεξεργασία πακέτων Ethernet.

2. Ποιο είναι το εύρος θερμοκρασίας λειτουργίας του W5500;

Η θερμοκρασία λειτουργίας του W5500 κυμαίνεται από -40 ° C έως 85 ° C.

3. Ποια είναι η χρήση του W5500;

Το W5500 χρησιμοποιεί ένα εσωτερικό buffer 32kbytes ως μνήμη επικοινωνίας δεδομένων.Χρησιμοποιώντας το W5500, οι χρήστες μπορούν να εφαρμόσουν την εφαρμογή Ethernet που χρειάζονται χρησιμοποιώντας ένα πρόγραμμα απλής υποδοχής αντί να χειρίζονται έναν σύνθετο ελεγκτή Ethernet.Είναι δυνατόν να χρησιμοποιήσετε 8 ανεξάρτητες υποδοχές υλικού ταυτόχρονα.

4. Ποια είναι η ταχύτητα της μονάδας W5500;

Το W5500 SPI υποστηρίζει την ταχύτητα 80 MHz και το νέο αποτελεσματικό πρωτόκολλο SPI, έτσι ώστε οι χρήστες να μπορούν να εφαρμόσουν επικοινωνία δικτύου υψηλής ταχύτητας.Προκειμένου να μειωθεί η κατανάλωση ενέργειας του συστήματος, το W5500 παρέχει WOL (Wake on LAN) και μια λειτουργία Power Down.