基于W5300的高速硬件以太网解决方案

本文介绍了一个用WIZnet网络芯片W5300来制作数据采集、远程控制的方案

作者：北京博控自动化有限公司 王少克

现代数据采集领域中，越来越多的现场采集设备需要扩展网络功能以实现远程控制和数 据传输。以太网以其低成本，易于集成，传输距离远的优势使其得到了广泛应用。 传统的以太网解决方案，往往采用主控 CPU 连接物理层接口芯片，在主控器内编写以 太网通讯协议。这种方法需要编写繁琐的程序并且耗费大量的时间调试，由于网络协议一般都比较大，写入软件后稳定性欠佳，不利于系统的快速开发与稳定运行。而且客户时常会有新的需求，这种用软件实现的方式就很难满足频繁更新升级的要求。因此，一种方式就是将网络协议的处理独立于系统处理器之外，让应用程序与资料的输入/输出分别执行于不同的硬件，来适应多方面的条件。它将网络协议的处理分成一个由特定处理器执行的控制部分和一个硬件线路部分，这种方式的优点是具有较短的开发周期与较高的弹性，而且能够增加稳定性与有效降低主CPU 负担，模块化的设计也便于以后系统的升级。

北京博控自动化有限公司引进的第三代高速硬件以太网协议芯片W5300，很好的解决了上述问题，它本身还集成了高度成熟的TCP/IP 协议栈、以太网MAC 层、PHY 层等，支持TCP，UDP，IPv4，ICMP，ARP，IGMP 和 PPPoE 等协议，这些协议已经在很多领域经过了多年的验证。它支持8 个独立的Socket 通信，内部128K 字节的发送/接收缓冲区可快速进行数据交换，最大有效通信速率可达70Mbps(DMA 模式)。使用W5300 不需要考虑以太网的控制，只需要进行简单的端口（Socket）编程，像访问外部存储器一样简单。

W5300 支持8 位/16 位的数据总线，可采用之间连接或间接连接的并行方式进行连接。它大大的减小了硬件接口设计和网络编程的工作量，并且可以实现可靠稳定运行的远程数据通讯系统，可广泛应用与各种安全检测，电力系统的测量监控音视频传输，远程信息传输等领域。下图1 为W5300 的系统构架图：

例如，将以太网技术引入以DSP 为核心的嵌入式系统，使DSP 芯片具备网络连接功能，PC 就通过网卡与DSP 嵌入式模块进行大量数据交换并对其进行实时控制。

下面给出了一种 TMS320VC5509A 和W5300 相结合的嵌入式网络控制系统，应用程序

由DSP 来执行，而网络协议的处理与数据的传输则由W5300 来实现，在进行系统设计时不必考虑网络协议的细节，只需要解释并执行网络芯片传送过来的指令和数据就可以实现与Internet 网络连接，且不需要操作系统的支持，具有接口电路简单，编程方便等待点。系统框图如下图2 所示：

该系统通过DSP 给CPLD 发出一个采集命令，由CPLD 控制CMOS 图像传感器向FIFO 写入图像数据，同时DSP 通过DMA 将图像转移至SDRAM 中并进行图像处理，在处理结束后，将处理的结果通过以太网传给微机或其他设备，对其I/O 接口经扩展后，可与PLC 等执行装置相连，被外部执行器触发，完成图像的采集处理，达到远程控制检测目的。

依托W5300完善的TCP/IP 协议处理功能，使DSP 在没有操作系统的支持下接入Internet

网络，具有简单、可靠、价格低廉等优点，具有非常好的应用前景。当然，W5300也可以与51、AVR、PIC、ARM 等控制器完美结合使用，快速为你的产品提供稳定可靠的网络接入能力。

目前，机顶盒、数字多媒体设备、工业控制、网络打印机、视频监控、网络门禁以及工厂与建筑自动化等都已经有非常成熟的应用。

更多详细的功能以及应用，请留言或给我们WIZnet来信：[email protected] ,希望本篇文章可以给您带来帮助，谢谢。