FPGA控制W5500完成UDP环回测试
- １ 前言
- ２ 前期准备
- ３ Ｗ5500寄存器描述
- 4 Ｗ5500 环回测试
- 4.1 W5500初始化
- 4.1.1 通用寄存器初始化
- 4.1.2 socket寄存器初始化
- 4.2 W5500数据接收
- 4.3 W5500数据发送
- 4.4 数据环回
- 5 总结
１ 前言
本文针对已经对W5500有一定了解，并且数据手册已经通读一遍的人群，因为博主目前只完成了UDP环回测试，因此在后文可能只介绍有关UDP部分。
２ 前期准备
1.FPGA核心板或者开发板；
2.Ｗ5500模块。下图是博主使用的模块；
3.网络调试助手，网上随便找一个就行；
３ Ｗ5500寄存器描述
主机与W5500通信有固定协议（数据帧），主机先发两个字节的寄存器地址，然后一个字节的控制字，最后是数据，这个数据可以是一个字节，也可以是N的字节，但是W5000为了方便操作，可以将这个N分为1、2、4和可变长度，这些都可以配置。下图是数据帧格式。
下图是控制字段寄存器，BSB4~BSB0选择寄存器，RWB是读写选择位（1：写 0：读），OM选择数据段中N的字节数。
W5500的寄存器分为两种，一是通用寄存器，二是socket寄存器。这两种寄存器通过数据帧中的地址段来选择，如下图所示。例如，当寄存器地址为16’h0000时，如果BSB是5‘h00000，那么此时选择的是通用寄存器中的MR寄存器；如果BSB是5‘h00001，那么此时选择的是socket0寄存器中的Sn_MR寄存器。
4 Ｗ5500 环回测试
4.1 W5500初始化
4.1.1 通用寄存器初始化
通用寄存器的初始化就是配置源网关、子网掩码、MAC地址，IP地址、PHY寄存器，然后清中断。
always@(posedge clk,negedge rst_n)
if(!rst_n)
o_dat<='d0;
else begin
case(state)
WR_MR://WRMR_CMD,
o_dat<=8'h00;
WRGAR_CMD,WR_GAR:
if(rdreq)
case(cnt_byte)
'd00:o_dat<=GAR[31:24];
'd01:o_dat<=GAR[23:16];
'd02:o_dat<=GAR[15:08];
'd03:o_dat<=GAR[07:00];
default:;
endcase
else
o_dat<=o_dat;
WR_SUBR://WRSUBR_CMD,
if(rdreq)
case(cnt_byte)
'd00:o_dat<=SUBR[31:24];
'd01:o_dat<=SUBR[23:16];
'd02:o_dat<=SUBR[15:08];
'd03:o_dat<=SUBR[07:00];
default:;
endcase
else
o_dat<=o_dat;
WR_SHAR://WRSHAR_CMD,
if(rdreq)
case(cnt_byte)
'd00:o_dat<=SHAR[47:40];
'd01:o_dat<=SHAR[39:32];
'd02:o_dat<=SHAR[31:24];
'd03:o_dat<=SHAR[23:16];
'd04:o_dat<=SHAR[15:08];
'd05:o_dat<=SHAR[07:00];
default:;
endcase
else
o_dat<=o_dat;
WR_IP://WRIP_CMD,
if(rdreq)
case(cnt_byte)
'd00:o_dat<=SIPR[31:24];
'd01:o_dat<=SIPR[23:16];
'd02:o_dat<=SIPR[15:08];
'd03:o_dat<=SIPR[07:00];
default:;
endcase
else
o_dat<=o_dat;
WRIR_CMD,WR_IR,WRIMR_CMD,WR_IMR:
o_dat<=8'hFF;
WR_RTR://WRRTR_CMD,
if(rdreq)
case(cnt_byte)
'd00:o_dat<=8'h07;
'd01:o_dat<=8'hD0;
default:;
endcase
else
o_dat<=o_dat;
WRRCR_CMD,WR_RCR:
o_dat<=8'h08;
WRPHY_CMD,WR_PHY:
o_dat<=8'b11111111;
default:o_dat<=8'h00;
endcase
end
4.1.2 socket寄存器初始化
socket寄存器配置跟通用寄存器类似，先配置目的socket模式（TCP、UDP、MACRAW）、MAC地址、目的IP地址、目的端口、以及本地端口等寄存器，然后清中断等，最后配置Sn_CR寄存器打开端口，之后就是定时查询SN_SR寄存器，等待socket初始化成功（Sn_SR寄存器值为8’h22）。
always@(posedge clk,negedge rst_n)
if(!rst_n)
o_dat<='d0;
else begin
case(state)
WR_MR:
o_dat<=8'h02;
WR_IR,WR_IMR:
o_dat<=8'hFF;
WR_PORT:
if(rdreq)
case(cnt_byte)
'd00:o_dat<=SN_PORT[15:08];
'd01:o_dat<=SN_PORT[07:00];
default:;
endcase
else
o_dat<=o_dat;
WR_DHAR:
if(rdreq)
case(cnt_byte)
'd00:o_dat<=SN_DSHAR[47:40];
'd01:o_dat<=SN_DSHAR[39:32];
'd02:o_dat<=SN_DSHAR[31:24];
'd03:o_dat<=SN_DSHAR[23:16];
'd04:o_dat<=SN_DSHAR[15:08];
'd05:o_dat<=SN_DSHAR[07:00];
default:;
endcase
else
o_dat<=o_dat;
WR_DIPR:
if(rdreq)
case(cnt_byte)
'd00:o_dat<=SN_DIP[31:24];
'd01:o_dat<=SN_DIP[23:16];
'd02:o_dat<=SN_DIP[15:08];
'd03:o_dat<=SN_DIP[07:00];
default:;
endcase
else
o_dat<=o_dat;
WR_DPORT:
if(rdreq)
case(cnt_byte)
'd00:o_dat<=SN_DPORT[15:08];
'd01:o_dat<=SN_DPORT[07:00];
default:;
endcase
else
o_dat<=o_dat;
WR_MSSR:
if(rdreq)
case(cnt_byte)
'd00:o_dat<=8'h05;
'd01:o_dat<=8'hB4;
default:;
endcase
else
o_dat<=o_dat;
WR_CR:
o_dat<=8'h01;
default:;
endcase
end
4.2 W5500数据接收
软件一直在查询Sn_RX_RSR寄存器（Socket n 空闲接收缓存寄存器），显示了 Socket n 接收缓存中已接收和保存的数据大小，当其值大于0时，表明socket已经接收到数据，因此可以进行数据接收流程。W5500数据手册提供了一种数据读取的方法，如下图所示。
socket的接收缓存（RX_BUF）有两个指针，一是写指针（Sn_RX_WR）二是读指针（Sn_RX_RD），当外部将UDP数据发送给W5500时，Sn_RX_WR会自动增加，因此Sn_RX_WR是W5500芯片控制的。Sn_RX_RD由用户控制，控制流程如上图所示。
always@(posedge clk,negedge rst_n)
if(!rst_n)
o_dat<='d0;
else begin
case(state)
WR_RXRD:
if(rdreq)
case(cnt_byte)
'd00:o_dat<=rx_ptr[15:08];
'd01:o_dat<=rx_ptr[07:00];
default:;
endcase
else
o_dat<=o_dat;
WR_CR:
o_dat<=8'h40;
default:o_dat<=o_dat;
endcase
end
always@(posedge clk,negedge rst_n)
if(!rst_n)
rx_ptr<='d0;
else begin
case(state)
RD_RXRD:
if(rdrxrd_vld)
rx_ptr<=dinr;
else
rx_ptr<=rx_ptr;
RD_RXBUF:
if(den)
rx_ptr<=rx_ptr+'d1;
else
rx_ptr<=rx_ptr;
// END:
// rx_ptr<='d0;
default:rx_ptr<=rx_ptr;
endcase
end
4.3 W5500数据发送
软件进入数据发送流程时，先查询W5500的发送缓存剩余空间大小，如果剩余空间大于用户发送数据长度，那么继续后续流程，反之则拒绝发送用户数据。同样，手册也提供了一种数据发送的方法，如下图所示。
4.4 数据环回
软件例化例一个ram来存储收到的数据，接收完成后将数据读出然后发送，代码如下：
always@(posedge clk,negedge rst_n)
if(!rst_n)
state<='d0;
else begin
case(state)
IDLE:
if(rxdat_end && waddr>'d0)
state<=RDDAT_PRE;
else
state<=IDLE;
RDDAT_PRE:
state<=RD_DAT;
RD_DAT:
if(dat_tx_end)
state<=END;
else
state<=RD_DAT;
END:state<=IDLE;
default:state<=IDLE;
endcase
end
always@(posedge clk,negedge rst_n)
if(!rst_n)
dat_len<='d0;
else if(state==RDDAT_PRE)
dat_len<=waddr;
always@(posedge clk,negedge rst_n)
if(!rst_n)
o_dat_tx_req<='d0;
else if(state==RDDAT_PRE)
o_dat_tx_req<='d1;
else if(state==END)
o_dat_tx_req<='d0;
else
o_dat_tx_req<=o_dat_tx_req;
always@(posedge clk,negedge rst_n)
if(!rst_n)
waddr<='d0;
else if(rxdat_vld)
waddr<=waddr+'d1;
else if(state==END)
waddr<='d0;
always@(posedge clk,negedge rst_n)
if(!rst_n)
raddr<='d0;
else if(dat_tx_rden)
raddr<=raddr+'d1;
else if(state==END)
raddr<='d0;
my_ram
my_ram_inst (
.clock ( clk ),
.wren ( rxdat_vld ),
.wraddress ( waddr ),
.data ( rxdat ),
.rden ( dat_tx_rden ),
.rdaddress ( raddr ),
.q ( o_dat )
);
assign o_dat_len =dat_len;
最后测试结果如下图所示，包含wireshark抓包结果。
5 总结
W5500的UDP通信是不难的，只要初始化正确，然后在收发时正确读写socket寄存器，然后就没啥难度了，手册的话还是要多看几遍，博主是在官网下载中文手册， W5500官网（手册、参考电路、驱动固件、例程等），完整代码及工程放在评论区。
博主在完成UDP环回测试后还尝试进行TCP测试验证，W5500作为客户端，但是在配置完成后发现W5500都没有发出ARP包，后来就没有测了，暂时先放下。
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