W5300控制器详细设计及使用说明文档.docx
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W5300控制器详细设计及使用说明文档
1引言
1.1编写目的
1.2定义
1.3参考资料
Ø《High-performance_Internet_Connectivity_Solution_W5300_V1.2.3》
Ø《W5300中文用户数据手册_V1.2.2》
2W5300控制器的实现流程
本W5300控制器在16位数据的直接模式地址方式的基础上实现。
2.1实现流程图
2.2流程简要说明
1.W5300reset：
W5300工作之前，需要对其进行复位，复位低电平有效，并且至少保持2us（W5300不支持上电复位，必须通过‘/reset’接口对其进行复位）。
2.Waitforatleast10ms：
W5300复位后，需要等待至少10ms使得W500部锁相环稳定后，才能进行W5300初始化操作。
3.W5300initialization：
初始化W5300就是将相应的参数按照写时序要求写入寄存器。
初始化分为3个步骤：
1）主机接口配置：
设置主机接口模式和时序，设置数据位宽，设置主机中断。
2）设置网络信息：
设置数据通信的基本信息（SHAR、GAS、SBUS和SIPR）；设置重新发送的时间间隔和重发次数。
3）部TX/RX存储器分配：
定义部TX/RX存储器大小及SOCKTEn的TX/RX存储器大小。
4.Datacommunicate：
对使用的COCKETn初始化，进行发送、接收数据及相关配置。
3流程控制
3.1W5300RESET
通过W5300芯片的‘/RESET’接口对芯片进行复位，低电平有效。
RESET信号低电平至少持续2us，为了使锁相环逻辑稳定，复位信号恢复高电平后至少等待10ms，见图3.1-1。
W5300不支持上电复位。
因此必须由外部系统给出复位信号。
在复位信号有效的2us期间，需要对‘BIT16EN’接口进行配置。
‘BIT16EN’为16/8位数据位选择，它确定W5300的数据位的宽度：
高电平选择16位数据位，低电平选择8位数据位。
在复位期间，它被锁存在模式寄存器（MR）的第15位，复位后它的改变不会产生影响。
即数据位的宽度在复位后不会发生改变。
图3.1-1W5300复位初始化
3.2W5300初始化
3.2.1数据位宽设置
数据位宽的设置可参见3.1节，根据实际使用，‘BIT16EN’接口信号可以始终配置为‘1’。
3.2.2主机接口模式和时序设置
主机的接口模式和时序设置即为对W5300的模式（MR）寄存器进行配置：
ØMR寄存器地址：
0x000
ØMR基础器配置值：
0xB800
下表3.2.2-1为MR寄存器的配置说明：
表3.2.2-1MR寄存器
位
符号
说明
MR[15]
DBW
数据总线宽度
0：
8位数据总线宽度
1：
16位数据总线宽度
在W5300复位期间，这个值由BIT16EN引脚的电平确定。
复位后，这个值不改变。
MR[14]
MPF
MAC层终止数据报文
0：
正常报文
1：
终止报文
当从路由器或交换机收到终止报文时，该位置‘1’。
当设置为‘1’时，将停止数据传输，直到该位为‘0’
MR[13]
WDF2
写数据访问时间
当写数据操作时，/CS为低电平后，W5300在WDF×PLL_CLK时间后取写入的数据，如果主机写操作在WDF×PLL_CLK完成（/CS恢复为高电平），写入的数据在‘/CS’为高电平时取走
MR[12]
WDF1
MR[11]
WDF0
MR[10]
RDH
读数据保持时间
0：
没有数据保持时间
1：
数据保持时间为2×PLL_CLK
在主机进行读操作时，当主机的读操作完成（/CS恢复高电平）后，W5300在2×PLL_CLK时间之保持读取的数据。
在这种情况下，注意数据总线上的数据冲突
MR[9]
-
保留
MR[8]
FS
FIFO交换
0：
禁止交换
1：
允许交换
它用于高字节和低字节的交换。
W5300的字节一般采用大端模式。
如果主机系统采用小端模式，那么将该位置‘1’，将Sn_TX_FIFOR和Sn_RX_FIFOR的字节顺序交换，使用效果与小端模式相同
MR[7]
RST
软件复位
该位置‘1’，对W5300软件复位。
复位结束后自动清‘0’
MR[6]
-
保留
MR[5]
MT
存储器测试
0：
禁止部RX/TX存储器测试
1：
允许部存储器测试
一般来讲，W5300部TX存储器支持主机通过Sn_TX_FIFOR寄存器的写操作，而部RX存储器只支持主机通过Sn_RX_FIFOR寄存器的读操作。
如果该位置‘1’，部RX/TX存储器同时支出通过Sn_TX_FIFOR和Sn_RX_FIFOR的读写操作，从而校验部TX/RX存储器。
测试W5300部TX/RX完成后，需要对系统重新复位或关闭端口。
MR[4]
PB
Ping功能阻止模式
0：
允许Ping
1：
禁止Ping
自动Ping应答支持最多119个字节。
Ping功能阻止模式还需要考虑Sn_MR和Sn_PROTOR的设置。
MR[3]
PPPoE
PPPoE模式
0：
禁止PPPoE模式
1：
启动PPPoE模式
MR[2]
DBS
数据总线交换
0：
禁止交换
1：
允许交换
DBS位只交换Sn_TX_FIFOR/Sn_RX_FIFOR的高字节和低字节。
然而该位交换所有寄存器的高字节和低字节，包括Sn_TX_FIFOR/Sn_RX_FIFOR寄存器。
该位只有DBW为‘1’时有效。
MR[1]
-
保留
MR[0]
IND
间接总线模式
0：
直接总线模式
1：
间接总线模式
它设置W5300与主机的接口模式
3.2.3host主机中断设置
主机中断设置即为对中断屏蔽寄存器进行配置，它配置W5300的中断并报告给主机。
IMR的每一个中断屏蔽位对应IR的每一个中断位。
当IR的任何一个位为‘1’且相应的IMR位也为‘1’时，将向主机产生中断（‘/INT’输出低电平）。
如果相应的IMR位为‘0’，将不产生中断（‘/INT’保持高电平），即使IR位为‘1’。
ØIMR寄存器地址：
0x004
ØIMR基础器配置值：
0x80FF
下表2.2.3-1为IR寄存器的位说明，可以根据IR寄存器对IMR寄存器进行配置：
表3.2.3-1IR寄存器
位
符号
说明
IR[15]
IPCF
IP冲突
当IP地址产生冲突时，该位置‘1’时（当接收到ARP请求数据包的IP地址与W5300本机IP地址相同）。
当它置‘1’时，网络中的另外一个设备使用了相同的IP地址，将造成通信错误。
因此需要尽快采取措施解决这个问题。
IR[14]
DPUR
目标端口无法到达
当收到ICMP（目的端口无法到达）数据包时，该位置‘1’。
该中断用于UDP协议传输。
IR[13]
PPPT
PPPoE中止
在PPPoE模式，当与服务器连接关闭时，该位置‘1’。
IR[12]
FMTU
分片最大传输单元（MTU）
当收到ICMP（分片最大传输单元）数据包时，该位置‘1’。
在基于UDP协议传输时，需要考虑。
TCP协议下可以不需要考虑。
IR[11:
8]
-
保留
IR[7]
S7_INT
SOCKET7中断
当SOCKET7产生中断时，该位置‘1’。
该中断信息对应于S7_IR1。
当S7_IR1被主机清‘0’后，该位自动清‘0’。
IR[6]
S6_INT
SOCKET6中断
当SOCKET6产生中断时，该位置‘1’。
该中断信息对应于S6_IR1。
当S6_IR1被主机清‘0’后，该位自动清‘0’。
IR[5]
S5_INT
SOCKET5中断
当SOCKET5产生中断时，该位置‘1’。
该中断信息对应于S5_IR1。
当S5_IR1被主机清‘0’后，该位自动清‘0’。
IR[4]
S4_INT
SOCKET4中断
当SOCKET4产生中断时，该位置‘1’。
该中断信息对应于S4_IR1。
当S4_IR1被主机清‘0’后，该位自动清‘0’。
IR[3]
S3_INT
SOCKET3中断
当SOCKET3产生中断时，该位置‘1’。
该中断信息对应于S3_IR1。
当S3_IR1被主机清‘0’后，该位自动清‘0’。
IR[2]
S2_INT
SOCKET2中断
当SOCKET2产生中断时，该位置‘1’。
该中断信息对应于S2_IR1。
当S2_IR1被主机清‘0’后，该位自动清‘0’。
IR[1]
S1_INT
SOCKET1中断
当SOCKET1产生中断时，该位置‘1’。
该中断信息对应于S1_IR1。
当S1_IR1被主机清‘0’后，该位自动清‘0’。
IR[0]
S0_INT
SOCKET0中断
当SOCKET0产生中断时，该位置‘1’。
该中断信息对应于S0_IR1。
当S0_IR1被主机清‘0’后，该位自动清‘0’。
3.2.4基本网络信息设置
基本网络信息设置，即为对W5300的本机硬件地址（MAC）寄存器（SHAR）、网关IP地址寄存器（GAR）、子网掩码寄存器（SUBR）和本机IP地址寄存器（SIPR）进行配置。
1）本机硬件地址（MAC）寄存器（SHAR）配置：
ØSHAR0寄存器地址：
0x008
ØSHAR0寄存器配置值：
MAC[47:
32]
ØSHAR2寄存器地址：
0x00A
ØSHAR2寄存器配置值：
MAC[31:
16]
ØSHAR4寄存器地址：
0x00C
ØSHAR4寄存器配置值：
MAC[15:
0]
2）网关IP地址寄存器（GAR）配置：
ØGAR0寄存器地址：
0x010
ØGAR0寄存器配置值：
GAR[31:
16]
ØGAR1寄存器地址：
0x012
ØGAR1寄存器配置值：
GAR[15:
0]
3）子网掩码寄存器（SUBR）配置：
ØSUBR0寄存器地址：
0x014
ØSUBR0寄存器配置值：
SUBR[31:
16]
ØSUBR1寄存器地址：
0x016
ØSUBR1寄存器配置值：
SUBR[15:
0]
4）本机IP地址寄存器（SIPR）
ØSIPR0寄存器地址：
0x014
ØSIPR0寄存器配置值：
SUBR[31:
16]
ØSIPR1寄存器地址：
0x016
ØSIPR1寄存器配置值：
SUBR[15:
0]
3.2.5重新发送参数设置
重新发送参数设置，即为对W5300的重复发送超时寄存器（RTR）和重复发送计数寄存器（RCR）进行配置。
1）重复发送超时寄存器（RTR）用于配置重复发送超时周期的值。
RTR的标准单位是100us，RTR初始化设置为2000（0x7D0），超时的时间周期为200ms。
ØRTR寄存器地址：
0x01C
ØRTR寄存器配置值：
0x07D0（200ms）
2）重复发送计数寄存器（RCR）用于配置重复发送的次数。
当重复发送的次数达到‘RCR+1’时，将产生超时中断（Sn_IR的‘TIMEOUT’位置‘1’）。
ØRCR寄存器地址：
0x01E
ØRCR寄存器配置值：
0x3（3次）
APP和TCP的超时计算可参见W5300的数据手册。
3.2.6SOCKETn的部TX/RX存储器空间分配设置
W5300部包含16个8K字节的存储单元。
这些存储单元依次映射在128K字节的存储器空间。
128K存储器分为发送存储器（TX）和接收存储器（RX）。
部TX和RX存储器以8K字节为单元分布在128K字节空间。
部TX/RX存储器可以在0~64K字节空间以1K字节为单元从新分配给每个SOCKET。
1）定义部TX/RX存储器大小可以在存储器单元类型寄存器（MYTPER）中配置，每个8K字节的存储单元对应MTYPER的一个位。
当该位为‘1’时，它用于TX存储器，当该位为‘0’时，它用于RX存储器。
MTYPER的低位都配置为TX存储器。
其余没有配置为TX存储器的都应该设置为‘0’。
ØMYTPER寄存器地址：
0x030
ØMYTPER寄存器配置值：
0x00FF（平均分配）
2）每个SOCKET的部TX存储器的大小由TX存储器大小配置寄存器（TMSR）配置。
每个SOCKET在复位后自动分配8K字节的TX存储空间。
ØTMS01R寄存器地址：
0x020
ØTMS01R寄存器配置值：
高8位为SOCKET0的配置值，低8位为SOCKET1的配置值（0x190E）
ØTMS23R寄存器地址：
0x022
ØTMS23R寄存器配置值：
高8位为SOCKET0的配置值，低8位为SOCKET1的配置值（0x1900）
ØTMS45R寄存器地址：
0x024
ØTMS45R寄存器配置值：
高8位为SOCKET0的配置值，低8位为SOCKET1的配置值（0x0000）
ØTMS67R寄存器地址：
0x026
ØTMS67R寄存器配置值：
高8位为SOCKET0的配置值，低8位为SOCKET1的配置值（0x0000）
3）每个SOCKET的部RX存储器的大小由RX存储器大小配置寄存器（RMSR）配置。
每个SOCKET在复位后自动分配8K字节的RX存储空间。
ØRMS01R寄存器地址：
0x028
ØRMS01R寄存器配置值：
高8位为SOCKET0的配置值，低8位为SOCKET1的配置值（0x190E）
ØRMS23R寄存器地址：
0x02A
ØRMS23R寄存器配置值：
高8位为SOCKET0的配置值，低8位为SOCKET1的配置值（0x1900）
ØRMS45R寄存器地址：
0x02C
ØRMS45R寄存器配置值：
高8位为SOCKET0的配置值，低8位为SOCKET1的配置值（0x0000）
ØRMS67R寄存器地址：
0x02E
ØRMS67R寄存器配置值：
高8位为SOCKET0的配置值，低8位为SOCKET1的配置值（0x0000）
3.3数据通信
完成初始化设置以后，W5300可以以TCP、UDP、IPRAW或MACRAW的方式打开SOCKET发送或接收数据。
根据实际使用，在此只描述基于TCP协议的W5300工作方法。
在TCP模式，首先要根据IP地址和端口号与对端建立SOCKET连接。
通过连接的SOCKET发送和接收数据。
建立SOCKET的连接有“TCP服务器”和“TCP客户端”之分。
区分它们的方法是谁首先发送连接请求（SYS数据包）。
“TCP服务器”等待对端的连接请求，当收到连接请求时建立SOCKET连接（被动打开）。
“TCP客户端”主动发出连接请求，与对端建立连接（主动打开）。
下图3.3-1为W5300在TCP模式下数据通信的工作流程：
图3.3-1TCP模式下数据通信工作流程
3.3.1SOCKET初始化
为了实现TCP通信，需要对SOCKET进行初始化设置并打开SOCKET。
为了打开SOCKET，选择其中的一个SOCKET（被选择的SOCKET称之为SOCKETn），通过SOCKETn模式寄存器（Sn_MR）和SOCKETn源端口号寄存器（Sn_PORTR）分别设置通信协议和本机端口号（在TCP服务器模式，称之为侦听端口号），然后执行OPEN命令。
执行完OPEN命令后，如果Sn_SSR改变为SOCK_INIT，则SOCKET的初始化设置完成。
3.3.1.1SOCKETn模式寄存器设置
SOCKETn模式寄存器（Sn_MR）用于配置SOCKET的协议类型及相关一些选项。
ØSn_MR寄存器地址：
0x200（0x240、0x280）
ØSn_MR寄存器配置值：
0x0121（队列对齐、允许无延时响应、TCP模式）
下表2.3.1.1-1为SOCKETn模式寄存器（Sn_MR）的配置位说明：
表3.3.1.1-1Sn_MR寄存器
位
符号
说明
Sn_MR[15:
9]
-
保留
Sn_MR[8]
ALIGN
队列对齐
0：
不使用对齐
1：
使用对齐
只有在TCP模式下有效，在TCP通信过程中，当每次收到的数据包的字节数为偶数且该位置为‘1’时，接收数据可直接删去附在接收数据包中的PACKET-INFO（数据的字节数），使读取数据的操作大大增强。
Sn_MR[7]
MULTI
多播
0：
禁止多播
1：
允许多播
只有在UDP模式下有效
Sn_MR[6]
MF
MAC地址过滤
0：
禁止MAC地址过滤
1：
允许MAC地址过滤
只有在MACRAW模式下有效
Sn_MR[5]
ND
使用无延时的ACK
0：
禁止延时ACK选项
1：
允许延时ACK选项
只有在TCP模式下有效，当该位置‘1’，收到对端的数据包后立即发送ACK数据包响应。
建议将该位置‘1’，以提高TCP通信的性能。
Sn_MR[4]
-
保留
Sn_MR[3:
0]
P[3:
0]
协议类型。
它用于配置每个SOCKET的通信协议（TCP、UDP、IPRAW，MACRAW等）或PPPoESOCKET与PPPoE服务器之间的操作。
4’b0000:
SOCKETClosed；
4’b0001:
TCP；
4’bxxx0:
其它
3.3.1.2SOCKETn中断屏蔽寄存器设置
SOCKETn中断屏蔽寄存器（Sn_IMR）配置SOCKETn向主机产生的中断，Sn_IMR的中断屏蔽位与SOCKETn中断寄存器（Sn_IR）是对应的。
参考2.2.3主机中断设置。
ØSn_IMR寄存器地址：
0x204（0x244、0x284）
ØSn_IMR寄存器配置值：
0x001B（send_OK、timeout、discon、con）
下表3.3.1.2-1为Sn_IR寄存器的位说明，可以根据Sn_IR寄存器对Sn_IMR寄存器进行配置：
表3.3.1.2-1IR寄存器
位
符号
说明
Sn_IR[7]
PRECV
PPP接收中断
接收到不支持的可选数据（OptionData）时，该位置位。
Sn_IR[6]
PFAIL
PPP失败中断
PAP认证失败时该位置位
Sn_IR[5]
PNEXT
PPP下一过程中断
在PPPoE连接过程中，该过程改变时置位
Sn_IR[4]
SENDOK
发送完成中断
SEND命令完成后置位
Sn_IR[3]
TIMEOUT
超时中断
在ARP和TCP过程中超时置位
Sn_IR[2]
RECV
接收数据中断
端口从对端接收到数据时置位
Sn_IR[1]
DISCON
断开连接中断
接收到从对端来的FIN或FIN/ACK数据包时置位
Sn_IR[0]
CON
连接中断
与对端成功建立连接时置位
3.3.1.3SOCKETn目的IP地址寄存器
在TCP客户端模式下，运行CONNECT命令之前，必须将SOCKETn目的IP地址寄存器（Sn_DIPR）设置为TCP服务器的IP地址。
而在TCP服务器模式，当成功建立连接以后，它被W5300自动配置为TCP客户端的IP地址。
ØSn_DIPR0寄存器地址：
0x214（0x254、0x294）
ØSn_DIPR0寄存器配置值：
DIPR[31:
16]
ØSn_DIPR1寄存器地址：
0x216（0x256、0x296）
ØSn_DIPR1寄存器配置值：
DIPR[15:
0]
3.3.1.4端口号寄存器设置
端口号寄存器设置包括对SOCKETn源端口号寄存器（Sn_PORTR）和SOCKETn目的端口号寄存器（Sn_DPORTR）的配置。
1）SOCKETn源端口号寄存器（Sn_PORTR）用于配置源端口的端口号，必须在OPEN命令之前设置。
ØSn_PORTR寄存器地址：
0x20A（0x24A、0x28A）
ØSn_PORTR寄存器配置值：
2）SOCKETn目的端口号寄存器（Sn_DPORTR）用于设置SOCKETn的目的端口号。
在TCP客户端模式下运行CONNECT命令之前，需要将它设置为处于TCP服务器模式下的侦听端口的端口号。
而在TCP服务器模式，当成功建立连接以后，它被W5300自动配置为TCP客户端的端口号。
ØSn_DPORTR寄存器地址：
0x212（0x252、0x252）
ØSn_DPORTR寄存器配置值：
3.3.2SOCKET建链
基于TCP模式的SOCKET建链，建链过程中需要配置及查询SOCKETn命令寄存器（Sn_CR）、SOCKETn中断寄存器（Sn_IR）和SOCKETn状态寄存器（Sn_SSR）。
ØSOCKETn命令寄存器地址：
0x202（0x242、0x282）
ØSOCKETn中断寄存器地址：
0x206（0x246、0x286）
ØSOCKETn状态寄存器地址：
0x208（0x248、0x288）
下表3.3.2-1为SOCKETn命令寄存器说明：
表3.3.2-1SOCKETn命令寄存器
值
命令
说明
0x01
打开端口
OPEN
它根据Sn_MR（P3~P0）所定义的协议类型初始化端口并打开端口
0x02
侦听
LISTEN
只有在TCP模式下有效（Sn_MR（P3:
P0）=Sn_MR_TCP）它将SOCKETn设置为TCP服务器模式。
它将改变Sn_SSR寄存器的SOCK_INIT为SOCK_LISTEN，以等待其它TCP客户端的连接请求（SYN数据包）当Sn_SSR为SOCK_LISTEN且成功处理了其它TCP客户端的连接请求时，Sn_IR（0）将置‘1’，而Sn_SSR变为SOCK_ESTABLISHED。
如果没有处理连接请求（SYN/ACK传输失败），TCP产生超时（Sn_IR（3）=1）且Sn_SSR变为SOCK_CLOSED
0x04
连接
CONNECT
它将端口设置为TCP客户端模式
它发送连接请求到由Sn_DIPR和Sn_DPORTR指定的TCP服务器。
当连接请求被成功处理（收到SYN/ACK数据包），Sn_IR（0）置‘1’，且Sn_SSR的状态变为SOCK_ESTABLISHED。
如果连接失败，可能有三种情况
1．ARP产生超时，因为目标硬件地址无法获得
2．没有收到SYN/ACK数据包而产生超时（Sn_IR（3）=1）
3．收到RST数据包而不是SYN/ACK数据包
以上三种情况Sn_SSR都将变为SOCK_CLOSED状态
0x08
断开连接
DISCON
不论是TCP服务器还是客户端，它都将执行断开连接的处理。
1．主动关闭：
它发送断开连接的请求（FIN数据包）到连接的对端
2．被动关闭：
当收到对端的断开连接请求（FIN数据包）时，它发送FIN数据包。
如果断开连接成功（收到对端的FIN/ACK数据包），Sn_SSR的状态将变为SOCK_CLOSED。
如果断开连接失败，产生TCP超时（Sn_IR（3）=1）且Sn_SSR的状态变为
SOCK_CLOSED。
另外，如果直接使用CLOSE命令而不是DISCON命令，只有Sn_SSR的状态变为SOCK_CLOSED，不产生断开连接的处理（断开连接的请求）。
如果在通信过程中收到对端发送来的RST数据包，Sn_SSR无条件变为SOCK_CLOSED状态。
0x10
端口关闭
CLOSE
关闭端口，Sn_SSR的状态变为SOCK_CLOSED。
0x20
发送数据
SEND
启动数据发送，发送的字节长度由Sn_TX_WRS
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