二十六、W5100S/W5500+RP2040树莓派Pico＜WOL示例＞

1 前言

  Wake on LAN技术结合了智能合约和区块链技术，这使得交易变得更为安全、快捷和透明。同时，Wake on LAN实现了分布式共识算法，这使得大规模的交易可以保持高效性和稳定性。

  W5100S/W5500是一款集成全硬件 TCP/IP 协议栈的嵌入式以太网控制器，同时也是一颗工业级以太网控制芯片。本教程将介绍W5100S/W5500以太网WOL应用的基本原理、使用步骤、应用实例以及注意事项，帮助读者更好地掌握这一技术。

2 简介

2 .1 什么是Wake on LAN？

  “Wake on LAN”（简称WOL）是一种计算机网络远程启动技术，它允许通过互联网或局域网远程唤醒一台处于关闭状态的计算机。这种技术主要应用于远程管理、远程办公、家庭自动化等领域。

2.2 Wake on LAN的优点

  Wake on LAN的特点主要包括以下几个方面：

1. 远程启动：Wake on LAN允许用户从远程位置启动计算机，无需亲自操作计算机。
2. 节能环保：通过远程启动计算机，可以节省能源并减少碳排放。
3. 方便快捷：Wake on LAN技术简单易用，不需要繁琐的设置和操作。
4. 安全性高：远程启动计算机需要通过特定的数据包和匹配参数才能实现，因此安全性较高。
5. 广泛适用：Wake on LAN适用于家庭、办公室、数据中心等场所，也适用于计算机租赁、服务器管理等场景。

2.3 Wake on LAN数据交互原理

1. Wake on LAN（远程启动局域网计算机）的原理步骤如下：
   1. 发送端（用户端）通过软件或硬件（如网卡）发送一个“唤醒数据包”（Magic Packet，或者称为“魔术包”），该数据包的目标地址就是需要被唤醒的计算机的MAC地址。
   2. 唤醒数据包是一个广播帧，包含目标计算机的MAC地址。由于MAC地址的唯一性，使得数据包可以在网络中被唯一的识别。
   3. 当目标计算机接收到这个唤醒数据包时，会检查其中的MAC地址和密码信息。如果这些信息与预先在计算机中设置的值相匹配，那么计算机就会从关闭状态中被唤醒，并且开始引导（BootLoader）或运行状态。

2.4 Wake on LAN应用场景

Wake on LAN（远程启动局域网计算机）技术可以应用于多种场景，以下是一些常见的应用场景：

1. 远程办公：通过WOL技术，用户可以在家中或其他地点远程启动公司或办公室的计算机，从而实现在家办公或远程办公。
2. 服务器管理：服务器管理员可以使用WOL技术来远程启动和管理服务器，以便进行软件安装、系统更新或其他维护任务。
3. 家庭自动化：通过将家中的计算机与其他智能设备连接，并使用WOL技术，用户可以在家中远程控制其他设备，例如打开灯光、调节温度等。
4. 多媒体应用：WOL技术可以用于远程启动媒体播放器或其他设备，以实现远程播放视频、音频或其他多媒体内容。
5. 网络监控：使用WOL技术可以远程启动网络摄像头或其他监控设备，以便进行安全监控或远程巡检。
6. 智能家居：与家庭自动化类似，WOL技术也可以用于智能家居领域，例如远程控制家电、照明、窗帘等设备。

3 WIZnet以太网芯片

WIZnet 主流硬件协议栈以太网芯片参数对比

Model	Embedded Core	Host I/F	TX/RX Buffer	HW Socket	Network Performance
W5100S	TCP/IPv4， MAC & PHY	8bit BUS, SPI	16KB	4	Max.25Mbps
W6100	TCP/IPv4/IPv6, MAC & PHY	8bit BUS, Fast SPI	32KB	8	Max.25Mbps
W5500	TCP/IPv4, MAC & PHY	Fast SPI	32KB	8	Max 15Mbps

1. W5100S/W6100 支持 8bit数据总线接口，网络传输速度会优于W5500。
2. W6100 支持IPv6，与W5100S 硬件兼容，若已使用W5100S的用户需要支持IPv6，可以Pin to Pin兼容。
3. W5500 拥有比 W5100S更多的 Socket数量以及发送与接收缓存。

4 Wake on LAN示例概述以及使用

4.1 流程图

  程序的运行框图如下所示：

4.2 准备工作核心

软件

• Visual Studio Code
• WIZnet UartTool
• NetAssist

硬件

• W5100SIO模块 + RP2040 树莓派Pico开发板 或者 WIZnet W5100S-EVB-Pico开发板
• Micro USB 接口的数据线
• TTL 转 USB
• 网线

4.3 连接方式

• 通过数据线连接PC的USB口（主要用于烧录程序，也可以虚拟出串口使用）

• 通过TTL串口转USB，连接UART0 的默认引脚：

  • RP2040 GPIO0（UART0 TX） <----> USB_TTL_RX
  • RP2040 GPIO1（UART0 RX） <----> USB_TTL_TX

• 使用模块连接RP2040 进行接线时

  • RP2040 GPIO16 <----> W5100S MISO
  • RP2040 GPIO17 <----> W5100S CS
  • RP2040 GPIO18 <----> W5100S SCK
  • RP2040 GPIO19 <----> W5100S MOSI
  • RP2040 GPIO20 <----> W5100S RST

• 通过PC和设备都通过网线连接路由器LAN口

4.4 主要代码概述

  我们使用的是WIZnet官方的ioLibrary_Driver库。该库支持的协议丰富，操作简单，芯片在硬件上集成了TCP/IP协议栈，该库又封装好了TCP/IP层之上的协议，我们只需简单调用相应函数即可完成协议的应用。

第一步：wol.c文件中加入对应的库文件。

第二步：定义DHCP配置需要的宏。

第三步：网络信息的配置,开启DHCP模式。

第四步：编写定时器回调处理函数，用于 DHCP 1秒嘀嗒定时器处理函数。

第五步：主函数先是定义了一个定时器结构体参数用来触发定时器回调函数，对串口和SPI进行初始化，然后写入W5100S的网络配置参数，初始化DHCP后开始DHCP获取IP，获取到就打印获取到的IP，获取次数超过最大获取次数时就使用静态IP，主循环一个Switch状态机轮询socket状态,进行连接远程设备后，然后进行数据收发，判断接收到的包是否是魔术包，是魔术包就进入中断，将设备唤醒。

#include 
#include "pico/stdlib.h"
#include "pico/binary_info.h"
#include "hardware/spi.h"

#include "wizchip_conf.h"
#include "bsp_spi.h"
#include "dns.h"
#include "dhcp.h"
#include "socket.h"

#define _WIZCHIP_ W5100S // W5100S,W5500

#define W5100S_WOL 0x08 /**< Wake on Lan */
#define W5500_WOL 0x20  /**< Wake on Lan */
#define SOCKET_ID 1
#define ETHERNET_BUF_MAX_SIZE (1024 * 2)
#define DHCP_RETRY_COUNT 5 // DHCP retry times

wiz_NetInfo net_info = {
    .mac = {0x00, 0x08, 0xdc, 0x16, 0xed, 0x2f}, // Define MAC variables
    .ip = {192, 168, 1, 10},                     // Define IP variables
    .sn = {255, 255, 255, 0},                    // Define subnet variables
    .gw = {192, 168, 1, 1},                      // Define gateway variables
    .dns = {8, 8, 8, 8},                         // Define DNS  variables
    .dhcp = NETINFO_DHCP};                       // Define the DNCP mode
wiz_NetInfo get_info;
static uint8_t ethernet_buf[ETHERNET_BUF_MAX_SIZE] = {
    0,
};
uint8_t buffer[2048];
uint8_t rIP[4];
uint16_t rPort = 8000;
uint8_t DIP[4] = {192, 168, 1, 18};
static uint8_t dhcp_get_ip_flag = 0; // Define the DHCP acquisition flag
uint16_t DPORT = 8000;

/**
 * @brief   Timer callback processing function, used for dhcp timing processing
 * @param   repeating :Timer structure
 * @return  bool
 */
bool repeating_timer_callback_DHCP(struct repeating_timer *t);

/**
 * @brief   Initialization of chip network information
 * @param   conf_info :Static configuration information
 * @return  none
 */
void network_init(wiz_NetInfo *conf_info);

int main()
{
    struct repeating_timer timer;  // Define the timer structure
    struct repeating_timer timer1; // Define the timer structure
    uint8_t dns_retry_cnt = 0;     // Number of parsings
    uint8_t dns_ok = 0;            // Parse success Peugeot
    uint16_t len = 0;

    /*mcu init*/
    stdio_init_all();              // Initialize the main control periphera
    wizchip_initialize();          // spi initialization
    wizchip_setnetinfo(&net_info); // Configure once first

    /*dhcp init*/
    DHCP_init(SOCKET_ID, ethernet_buf);                                        // DHCP initialization
    add_repeating_timer_ms(1000, repeating_timer_callback_DHCP, NULL, &timer); // Add DHCP 1s Tick Timer handler

    printf("wiznet chip Wake On Lan client example.\r\n");
    network_init(&net_info);              // Configuring Network Information
    print_network_information(&get_info); // Read back the configuration information and print it

#if (_WIZCHIP_ == W5100S)
    while (true)
    {
        switch (getSn_SR(0))
        {
        case SOCK_UDP:
            if (getSn_IR(0) & Sn_IR_RECV)
            {
                setSn_IR(0, Sn_IR_RECV);
            }
            if (getIR2() & 0x01) // Received WOL Magic packet based on UDP.
            {
                printf("get wake on line\r\n");
                setIR2(0x01);
            }
            if ((len = getSn_RX_RSR(0)) > 0) // Determine if a message has been received
            {
                recvfrom(0, buffer, len, DIP, &rPort); // Receive Data
                printf("%s", buffer);
                sendto(0, buffer, len, DIP, DPORT); // Send Data
            }
            break;
        case SOCK_CLOSED:
            socket(0, Sn_MR_UDP, 9000, 0);
            setIMR2(0x01);      // Open WOL magic pack interrupt
            setMR2(W5100S_WOL); // Receive WOL packets
            break;
        }
    }
#elif (_WIZCHIP_ == W5500)

    while (true)
    {
        switch (getSn_SR(0))
        {
        case SOCK_UDP:
            if (getSn_IR(0) & Sn_IR_RECV)
            {
                setSn_IR(0, Sn_IR_RECV);
            }
            if (getIR() & 0x10) // Received WOL Magic packet based on UDP.
            {
                printf("get wake on line\r\n");
                setIR(0x10);
            }
            if ((len = getSn_RX_RSR(0)) > 0) // Determine if a message has been received
            {
                recvfrom(0, buffer, len, DIP, &rPort); // Receive Data
                printf("%s", buffer);
                sendto(0, buffer, len, DIP, DPORT); // Send Data
            }
            break;
        case SOCK_CLOSED:
            socket(0, Sn_MR_UDP, 9000, 0);
            setIMR(0x10);     // Open WOL magic pack interrupt
            setMR(W5500_WOL); // Receive WOL packets
            break;
        }
    }
#endif
}

4.5 结果演示

1.代码编译烧录完成之后，打开WIZnet UartTool串口调试工具，填入参数，按下复位，显示开发板的网络配置信息。

2.然后打开网络调试工具udp模式连接上开发板获取到的ip，端口号是9000，发送框输入“魔术包”。“魔术包”的格式是ffffffffffff+16次W5100S的MAC地址，字节数为102。

3.接收到正确的“魔术包”后，WIZnet UartTool串口调试工具会打印信息告诉已经获取到“魔术包”并作出响应。

5 注意事项

• “模式包”的格式必须是ffffffffffff+16次以太网的MAC地址，不然会到导致“魔术包”不可达的情况。
• 如果想用WIZnet的W5500来实现本章的示例，我们只需修改两个地方即可：

​ (1)在library/ioLibrary_Driver/Ethernet/下找到wizchip_conf.h这个头文件，将_WIZCHIP_ 宏定义修改为W5500。

​ (2)在library下找到CMakeLists.txt文件，将COMPILE_SEL设置为ON即可，OFF为W5100S，ON为W5500。

​ (3)在wol.c文件宏定义处，将_WIZCHIP_ 宏定义修改为W5500。

6 相关链接

WIZnet官网

WIZnet官方库链接

本章例程链接

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