三十、W5100S/W5500+RP2040树莓派Pico<PPPoE>

文章目录

  • 1 前言
  • 2 简介
    • 2 .1 什么是PPPoE?
    • 2.2 PPPoE的优点
    • 2.3 PPPoE数据交互原理
    • 2.4 PPPOE应用场景
  • 3 WIZnet以太网芯片
  • 4 PPPOE示例概述以及使用
    • 4.1 流程图
    • 4.2 准备工作核心
    • 4.3 连接方式
    • 4.4 主要代码概述
    • 4.5 结果演示
  • 5 注意事项
  • 6 相关链接

1 前言

  PPPoE是一种在以太网上传输点对点协议(PPP)的方法。它是一种链路层协议,将PPP会话封装在以太网帧中,以便在以太网上传输。

  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PPPOE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PPPoE?

  PPPoE(以太网上的点对点协议)是将点对点协议(PPP)封装在以太网(Ethernet)框架中的一种网络隧道协议。它允许在以太网广播域中的两个以太网接口间创建点对点隧道。由于协议中集成PPP协议,所以实现出传统以太网不能提供的身份验证、加密以及压缩等功能,也可用于缆线调制解调器(cable modem)和数字用户线路(DSL)等以以太网协议向用户提供接入服务的协议体系。

2.2 PPPoE的优点

  pppoe的优势主要包括:

  1. 方便用户使用和管理:PPPoE继承了以太网的快速和简便特点,同时具备PPP的强大功能,用户使用拨号网络模式,方便易用。
  2. 允许多个用户共享高速数据接入链路:PPPoE通过简单桥接接入设备连接远端接入设备,并可以利用以太网的共享性连接多个用户主机,允许多个用户共享一个高速数据接入链路。
  3. 动态服务选择:PPPoE终端用户可同时接入多个ISP,这种动态服务选择的功能可以使ISP容易创建和提供新的业务。
  4. 兼容性强:PPPoE兼容现有所有的XDSL Modem 和DSLAM,可与ISP现有接入结构相融合。
  5. 提供独立的接入控制和计费:PPPoE对每个用户进行独立的接入控制和计费,方便用户使用和管理。

2.3 PPPoE数据交互原理

三十、W5100S/W5500+RP2040树莓派Pico<PPPoE>_第1张图片

PPPoE的交互过程包括以下步骤:

  1. PPPoE客户端通过广播发送PADI报文,以请求所需的服务。
  2. 所有在服务范围内的PPPoE服务器收到PADI报文后,将其中请求的服务与自己能够提供的服务进行比较,如果可以提供,则单播回复一个PADO报文。
  3. PPPoE客户端在可能收到的多个PADO报文中选择一个合适的PADO报文,然后向所选择的接入集中器发送PPPoE有效发现请求分组(PADR)。
  4. 接入集中器收到PADR报文后准备开始PPP会话,它发送一个PPPoE有效发现会话确认PADS报文。当主机收到PADS报文确认后,双方就进入PPP会话阶段。

2.4 PPPOE应用场景

PPPoE的应用场景包括但不限于以下几种:

  1. 宽带接入:PPPoE可以用于各种宽带接入方式,如DSL、LAN、HFC等,使得用户可以通过以太网接口进行网络连接,并实现安全、高速、稳定的上网体验。
  2. 小区组网建设:在小区组网建设中,PPPoE可以用于实现小区内的网络连接和数据传输,提高网络管理和安全性。
  3. 移动通信:PPPoE可以应用于移动通信网络中,实现在不同网络之间的无缝连接和数据传输,提高网络性能和管理效率。
  4. 远程办公和在线游戏:PPPoE可以用于实现远程办公和在线游戏等功能,保证数据传输的稳定性和实时性。

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 PPPOE示例概述以及使用

4.1 流程图

  程序的运行框图如下所示:

三十、W5100S/W5500+RP2040树莓派Pico<PPPoE>_第2张图片

4.2 准备工作核心

软件

  • Visual Studio Code
  • WIZnet UartTool

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
  • 支持拨号的路由器

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:pppoe.c文件中加入对应的库文件。

第二步:定义PPPOE配置需要的宏。

第三步:设置PPPOE连接的ID和密码(ID和密码是通过路由器管理界面设置PPPOE的用户时进行获取)以及对应的数据长度。

第四步:网络信息的配置,使用静态获取IP模式。

第五步:主函数先是定义了一个变量接收PPPOE运行函数的返回值,然后定义一个数组用来获取拨号获取到的参数变量,下来是对串口和SPI进行初始化,然后写入W5100S的网络配置参数,主循环直接PPPOE进行拨号,判断是否拨号成功,成功则打印获取到的IP,失败则打印配置好的静态IP

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

#include "wizchip_conf.h"
#include "bsp_spi.h"
#include "PPPoE.h"
#include "socket.h" // Use socket

#define DATA_BUF_SIZE 2048
uint8_t gDATABUF[DATA_BUF_SIZE];

uint8_t pppoe_id[6] = "W5100S";
uint8_t pppoe_id_len = 6;
uint8_t pppoe_pw[7] = "WIZnet";
uint8_t pppoe_pw_len = 6;
uint8_t pppoe_ip[4] = {
    0,
};
uint16_t pppoe_retry_count = 0;

/* Network information to be configured. */
wiz_NetInfo net_info = {
    .mac = {0x00, 0x08, 0xdc, 0x11, 0x22, 0x33}, // Configured MAC address
    .ip = {192, 168, 1, 10},                     // Configured IP address
    .sn = {255, 255, 255, 0},                    // Configured subnet mask
    .gw = {192, 168, 1, 1},                      // Configured gateway
    .dns = {8, 8, 8, 8},                         // Configured domain address
    .dhcp = NETINFO_STATIC};                     // Configured dhcp model,NETINFO_DHCP:use dhcp; NETINFO_STATIC: use static ip.

wiz_NetInfo get_info;

int main()
{
    int32_t ret = 0;
    uint8_t str[15];
    struct repeating_timer timer; // Define the timer structure

    /* MCU init */
    stdio_init_all();              // Initialize the main control peripheral
    wizchip_initialize();          // Initialize the chip interface
    wizchip_setnetinfo(&net_info); // Configure once first

    printf("wiznet chip PPPOE example.\r\n");

    while (1)
    {
        ret = ppp_start(gDATABUF); // ppp start function
        if (ret == PPP_SUCCESS || pppoe_retry_count > PPP_MAX_RETRY_COUNT)
        {
            break; // PPPoE Connected or connect failed by over retry count
        }
            
    }
    if (ret == PPP_SUCCESS) // 1 : success
    {

        printf("\r\n<<<< PPPoE Success >>>>\r\n");
        printf("Assigned IP address : %d.%d.%d.%d\r\n", pppoe_ip[0], pppoe_ip[1], pppoe_ip[2], pppoe_ip[3]);

        printf("\r\n==================================================\r\n");
        printf("    AFTER PPPoE, Net Configuration Information        \r\n");
        printf("==================================================\r\n");

        getSHAR(str);
        printf("MAC address  : %x:%x:%x:%x:%x:%x\r\n", str[0], str[1], str[2], str[3], str[4], str[5]);
        getSUBR(str);
        printf("SUBNET MASK  : %d.%d.%d.%d\r\n", str[0], str[1], str[2], str[3]);
        getGAR(str);
        printf("G/W IP ADDRESS : %d.%d.%d.%d\r\n", str[0], str[1], str[2], str[3]);
        getSIPR(str);
        printf("SOURCE IP ADDRESS : %d.%d.%d.%d\r\n\r\n", str[0], str[1], str[2], str[3]);
    }
    else // failed
    {
        printf("\r\n<<<< PPPoE Failed >>>>\r\n");
        wizchip_setnetinfo(&net_info);        // Configuring Network Information
        print_network_information(&get_info); // Read back the configuration information and print it
    }

    while (1)
    {
    }
}

4.5 结果演示

三十、W5100S/W5500+RP2040树莓派Pico<PPPoE>_第3张图片

5 注意事项

  • 注意使用PPPOE进行拨号时,要用到带有拨号功能的路由器,并进入路由器管理界面开启PPPOE功能,获取到ID和密码并将其写入到代码中。
  • 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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