W5100S-EVB-Pico评估版介绍

1 简介

  W5100S-EVB-Pico是一款基于树莓派RP2040和全硬件TCP/IP协议栈以太网芯片W5100S的MCU评估板，其工作原理与树莓派Pico板基本相同，但通过W5100S增加了以太网。

2 硬件资源

2.1 硬件规格

• RP2040 微控制器，配备2MByte Flash
  • 双核 Arm Cortex-M0 + @ 133MHz
  • 芯片内置 264KB SRAM 和 2MB 的板载闪存
  • 通过专用 QSPI 总线支持最高 16MB 的片外闪存
  • 30 个 GPIO 引脚，其中 4 个可用作模拟输入
    • 1.8-3.3V IO 电压 (注意：Pico IO电压固定为3.3V)
  • 12位500ksps模拟数字转换器（ADC）
  • 丰富的外设
    • 2 × UART, 2 × I2C, 2 × SPI, 16 × PWM 通道
    • 1 × Timer 和 4 x alarms, 1 × RTC
  • 8个树莓派可编程 I/O（PIO）状态机，用于自定义外围设备支持
  • 灵活且可编程的高速IO
  • 支持模拟SD卡和VGA等接口
• W5100S
  • 全硬件TCP/IP协议栈
    • 支持丰富的协议: TCP, UDP, UDP协议上的WOL, ICMP, IGMPv1/v2, IPv4, ARP, PPPoE
    • 硬件协议栈不受网络攻击，安全稳定
  • 4个独立的硬件socket，各路通信互不影响
  • 16KB片上缓存供TCP/IP包处理
  • 高速SPI接口
• Micro-USB接口，用于供电和传输数据（通过拖放烧录程序）
• 3针ARM串行线调试(SWD)端口
• 内置10 / 100 以太网 PHY
• 全/半双工，10/100速率自动协商
• 内置RJ45(RB1-125BAG1A)
• 内置LDO (LM8805SF5-33V)

2.2 引脚定义

  如上图所示，W5100S-EVB-Pico引脚直接连接到RP2040的GPIO。它具有与树莓派Pico板相同的引脚。但是，GPIO16、GPIO17、GPIO18、GPIO19、GPIO20、GPIO21连接在板内的W5100S上。这些引脚使SPI通信与W5100S使用以太网功能。如果您正在使用以太网功能，这些引脚不能用于任何其他目的。
  W5100S-EVB-Pico内部使用的RP2040 GPIO如下表所示:

I/O	引脚名	描述
I	GPIO16	连接至W5100S的MISO接口
O	GPIO17	连接至W5100S的CS接口
O	GPIO18	连接至W5100S的SCLK接口
O	GPIO19	连接至W5100S的MOSI接口
O	GPIO20	连接至W5100S的RSTn接口
I	GPIO21	连接至W5100S的INTn接口
I	GPIO24	VBUS检测接口
O	GPIO25	连接至用户LED
I	GPIO29	用于ADC模式检测VSYS/3

   除了GPIO和接地引脚外，还有7个其他引脚接口：

引脚号	引脚名	描述
PIN40	VBUS	Micro-USB输入电压，连接至Micro-USB接口引脚1。理论上支持5V。
PIN39	VSYS	主系统输入电压，可在4.3V到5.5V额允许范围内变化，由板载LDO产生3.3V
PIN37	3V3_EN	连接到板载LDO使能引脚。要禁用3.3V（也使RP2040和W5100S断电），将此引脚拉低。
PIN36	3V3	主3.3V电源，用来给RP2040和W5100S供电，由板载LDO产生。
PIN35	ADC_VERF	ADC电源（和参考）电压，并在W5100S-EVB-Pico上通过滤波3.3V电源产生。
PIN33	AGND	GPIO26-GPIO29接地参考。
PIN30	RUN	RP2040使能引脚。复位RP2040则将该引脚拉低。

2.3 工作条件

属性	参数
工作温度	-20℃~85℃
Micro-USB输入电压	DC 5V（+/- 10%）
输入电压	DC 4.3V~5.5V

3 参考资料

3.1 Datasheet

RP2040 Datasheet：https://datasheets.raspberrypi.org/rp2040/rp2040-datasheet.pdf

W5100S Datasheet：https://docs.wiznet.io/Product/iEthernet/W5100S/overview

3.2 原理图

W5100S：https://github.com/Wiznet/Hardware-Files-of-WIZnet/tree/master/02_iEthernet/W5100S/W5100S-EVB-Pico

3.3 尺寸图（单位：mm）

3.4 参考例程

• C/C++
  • C SDK Examples
  • Ethernet Examples
  • AWS Examples
  • Azure Examples
  • LwIP Examples
  • FreeRTOS Examples
• CircuitPython Examples
• MicroPython Examples

4 硬件协议栈优势

1. 高效性：硬件协议栈将TCP/IP协议中的传输层和网络层集成到了一颗以太网芯片中，实现了真正的TCP/IP卸载引擎技术（ToE），为单片机减负，缩短了开发周期。
2. 稳定性：硬件协议栈在高速通信时依然保持稳定，其传输速率是单纯软件协议栈的两倍之多。
3. 安全性：由于TCP/IP在主系统外独立运行，因此能有效地防止外部恶意网络攻击。
4. 易用性：硬件协议栈易于使用，开发者无需专业的网络知识，如同控制外部存储器一样简单，真正实现网络的透明传输。
5. 高吞吐率：硬件协议栈有效地卸载主芯片TCP/IP处理负载，释放更多的CPU资源。