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WIZnet公司硬件协议栈芯片W3100A-LF

W3100A-LF 概述

WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF 是WIZnet公司专门为以太网互联和嵌入式设备推出的硬件TCP/IP协议栈芯片,其硬件TCP/IP协议栈包含了TCP、uDP、IP、ARP和ICMP协议.

The iinChip W3100A is an LSI of hardware protocol stack that provides an easy, low-cost solution for high-speed Internet connectivity for digital devices by allowing simple installation of TCP/IP  stack  in  the hardware.

The W3100A offers system designers a quick,easy way to add Ethernet networking functionality to any product. Implementing this  LSI into a system can completely offload Internet connectivity and processing standard protocols from the system, thereby significantly reducing the software development cost.

The W3100A contains TCP/IP Protocol Stacks such as TCP,UDP,IP, ARP and ICMP protocols,as well as Ethernet protocols such as Data  Link Control and MAC protocol.

The W3100A offers a socket API (Application Programming Interface) that is similar to the windows socket API. The chip provides a local bus interface and I2C for various MCUs and supports standard MII interface for under-layer Ethernet.

The W3100A can be applied to handheld devices including Internet phones,VoIP SOC chips,  Internet MP3 players,handheld medical  devices,LAN cards for Web servers,cellular phones and many other non- portable electronic devices such as large consumer electronic products.

WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF简介

近年来,随着技术的飞速进步,电子产品正朝着小型化、智能化和网络化的方向发展。在小型嵌入式设备中实现以太网互联正在成为研究和应用的热点。在这种潮流的推动下,研究人员提出了许多解决方案。传统的做法是在嵌入式设备中植入TCP/IP协议栈,或者移植一个具有TCP/IP协议栈的嵌入式操作系统。虽然上述做法在很多应用中取得了不错的效果,但都是以牺牲大量资源为代价的。W3100A-LF 硬件协议栈则可以在占用极低系统资源的条件下快速完成网络通讯。

WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF 的主要性能特点如下：
• 硬件协议栈包括TCP、 IP Ver．4、 uDP、 ICMP、 ARP；
• 支持硬件以太网协议DLC和MAC；
• 同时支持四路独立的网络连接；
• 支持Ping命令；
• 协议处理速度达到全双工4～5Mbps；
• 支持InteI/MotoroIa MCu总线接口；
• 支持I2C接口；
• 带有标准的MII接口,可连接底层以太网接口芯片；
• 可提供Socket API加速应用程序开发；
• 支持全双工模式；
• 其内建16KB双口RAM可作为数据缓冲区；
• 采用0．35μm CMOS制造工艺。

WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF的引脚功能

WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF 采用64脚LQFP封装,其引脚分布如图所示。

WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF 各引脚功能描述如下：
TXD[0]～TXD[3]：在TXD＿CLK上升沿发送数据。串行模式时,TXD[0]用作串行数据发送引脚,TXD[1]～TXD[3]无效。
TXE：发送使能端。
TXD＿CLK：数据发送时钟,时钟由以太网接口芯片提供。
RXD[0]～RXD[3]：在TXD＿CLK下降沿接收数据。串行模式时,RXD[0]作为串行数据接收引脚,RXD[1]～RXD[3]无效。
RXDV/CRs：载波监测。高电平有效。
RXD＿CLK：数据接收时钟,时钟由以太网接口芯片提供。
COL：冲突探测引脚。在半双工模式发生冲突时有效。
A[14～8]/DA[6～0]：在MCu总线接口模式下作为14～8位地址。在I2C模式下作为I2C接口6～0位设备地址。
A[7～0]：7～0位地址线。
D[7～0]：8位数据线。
INT：接收发送中断请求。低电平有效。
Cs：片选信号。低电平有效。
WR：写信号。低电平有效。
RD：读信号。低电平有效。
RESET：复位信号。
CLOCK:工作时钟。通常由以太网接口芯片提供,推荐频率为25MHz。
EXT＿CLK：外部时钟输入信号。
LINK：表示是否已连接到以太网。低电平表示连接有效,高电平表示TCP超时或连接关闭。
SERIAL：10BASE－T SERIAL或NIBBLE选择。
FDPLX：全双工/半双工选择。0为全双工,1为半双工。
MODE[2～0]：用于选择W3100A-LF工作模式。000为时钟模式；001为外部时钟模式；010为无时钟模式；011为I2C模式；1xx为测试模式。

WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF 的内部结构

系统设计人员利用WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF 可以方便快捷地为产品添加网络功能。WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF 的硬件TCP/IP协议栈包含了TCP、uDP、IP、ARP和ICMP协议。并支持一套与Windows系统相同的socket API。W3100的内部结构框图如图所示。

WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF 共有32kB的内部存储器空间。其中位于存储器顶部地址为0x0000～0x01FF的1kB空间分配给了控制寄存器组,0x2000～0x3FFF则作为保留空间供给其它设备使用,而0x4000～0x5FFF为发送缓冲区,0x6000～0x7FFF为数据接收缓冲区。由于WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF 可以为用户提供4路独立的连接通路,所以相对应的8kB发送缓冲区和 8kB接收缓冲区可以通过寄存器TMSR和RMSR进行配置。配置方法如图所示。

WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF 应用设计

WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF 硬件设计

WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF 有3种不同的工作模式,分别为Direct BusI/F模式、Indirect Bus I/F模式和I2C Bus I/F模式。用户可根据自己的实际情况进行选择。下面就常用的Direct Bus I/F模式和I2C Bus I/F模式作以简单介绍。

Direct Bus I/F模式的硬件结构框图。

Indirect Bus I/F模式的硬件结构框图。

由图可见,Direct Bus I/F模式模式下,WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF 共用了15条地址线、8位数据线、片选Cs,及读写控制信号WR和RD。不难看出,Direct Bus I/F模式模式下硬件电路设计相对简单,但要占用较多的MCu资源。同时还应该注意,在Direct Bus I/F模式下,WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF的工作时钟也有3种不同的模式,在大多数情况下,系统推荐使用CIocked 模式,因为该模式下系统可以稳定的工作。但是如果系统中MCu的访问速度小于100ns,则应为WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF单独外接时钟并选择ExternaI CIock模式。而当MCu的Cs、RD、WD信号时序满足W3100A-LF的要求时,也可以不要时钟。

I2C Bus I/F模式下,MCu与W3100A-LF的连接示意图。

I2C Bus I/F模式下,可使用SCL和SDA在MCu和W3100A-LF之间串行传输数据,时钟信号线SCL由MCu提供,SDA则用来在MCu和WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF之间传送地址和数据。只要系统中的MCu支持I2C总线即可使用该模式。可以看出,使用该模式可以大量减少MCu与WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF的连接线,从而节省MCu的资源。

软件设计

此外,通过WIZnet公司为W3100A-LF专门提供的Socket API软件,可使网络通讯的软件设计更加方便。利用该软件进行设计时,应首先初始化WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF的网络设置,即在相应的寄存器中设置默认网关、子网掩码、本机物理地址和IP地址,然后建立Socket连接以实现通讯。整个过程与Windows Socket编程十分类似,此处不再赘述。

结论

WIZnet硬件协议栈芯片W3100A-LF具有传输速度快、工作稳定可靠、系统开销小等优点,可以为小型嵌入式设备提供很好的网络解决方案。

特性：
• W3100A-LF TCP, UDP, IP, ARP, ICMP, MAC
• W3100A-LF Amazing protocol processing speed (depending upon MCU); 8051 (max. 1Mbps), AVR (max. 8Mbps), ARM7 (max. 21Mbps)
• W3100A-LF 10/100 Base-T Ethernet Gateway (Auto detection)
• W3100A-LF Supports 4 independent channels simultaneously (Dynamic buffer allocation for each channel)
• W3100A-LF Full-duplex mode
• W3100A-LF MCU bus interface and I2C serial interface for MCU
• W3100A-LF Support 8 Bit CPU Access
• W3100A-LF Standard MII interface for physical layer
• W3100A-LF 16KBytes data buffer embedded
• W3100A-LF Simple socket API interface
• W3100A-LF Small 64 Pin LQFP package
• W3100A-LF 3.3V internal operation, 5V tolerant I/Os
• W3100A-LF Commercial Temperature Range from 0∑C to 70∑C
• W3100A-LF DHCP, TELNET, FTP, HTTP, DNS, SNMP source codes are provided with EVB or DK
• W3100A-LF All source codes are written in ANSI C totally free
• W3100A-LF RoHS Package

技术支持：
WIZnet公司硬件协议栈芯片W3100A-LF 资料DataSheet.pdf
WIZnet公司硬件协议栈芯片W3100A-LF 原理图 .PDF
由网络协议栈芯片W3100A构成的TCP/IP处理平台

韩国WIZnet公司背景

①公司名称：WIZnet

②专长
WIZnet公司成立于1998年,是一家专注于全硬接线TCP/IP核心技术的无晶圆厂半导体公司。

③技术特征
WIZnet公司的核心技术TCP/IP卸载平台适合于任何操作系统甚至是非操作系统应用。借助独立于主处理器的on-the-fly处理结构,它的全硬接线TCP/IP算法可以确保较高的线路速度。另外它还通过卸载TCP/IP任务防止了主处理器过载的现象,因此提升了系统整体性能,尤其是在多媒体流应用领域。

④使命和目标
WIZnet公司的目标在于实现片上互联网,并成为全球标准TCP/IP专家。它将在SoC（片上系统）开发之后构造结合了各种嵌入式系统功能的互联网平台。

韩国WIZnet公司市场情况

①市场地位
WIZnet已经拥有全球营销网络、iinChip公司（美国子公司）和全球37家分销商。尤其是在中国,WIZnet在大量生产电视机顶盒和DVR。另外,在美国和欧洲它的主要方向也是工业领域（例如,工厂自动化、楼宇自动化和远程医疗诊断系统等）。

②目标市场和业绩
WIZnet连续三年营销额达到35000美元左右。其中韩国市场占25％,国外市场占75％。2007年,韩国和中国机顶盒市场对WIZnet芯片的采用将达到高峰。因此,2007年销售额将至少达到50000美元。

③ 营销策略和目标
在不久的将来,嵌入式系统市场将开始需要特殊应用平台。因此,WIZnet一直在努力和市场领先的MCU公司(NEC, Microchip, ATMEL等)建立战略联盟关系。MCU是嵌入式系统的大脑。WIZnet的芯片将给MCU制造商提供互联网方案,并创造出独特的互联网型处理器。Internet-tuned的授权业务不仅面向各种MCU制造商,也面向DVD、机顶盒和多媒体CODEC芯片等。

韩国WIZnet公司独家技术和产品

WIZnet新产品：W5100 W3150A+ W3100A-LF

全硬接线TCP/IP内核还包括MAC和PHY,3合1单芯片方案