FPGA控制W5500完成UDP环回测试
- 1 前言
- 2 前期准备
- 3 W5500寄存器描述
- 4 W5500 环回测试
- 4.1 W5500初始化
- 4.1.1 通用寄存器初始化
- 4.1.2 socket寄存器初始化
- 4.2 W5500数据接收
- 4.3 W5500数据发送
- 4.4 数据环回
- 5 总结
1 前言
本文针对已经对W5500有一定了解,并且数据手册已经通读一遍的人群,因为博主目前只完成了UDP环回测试,因此在后文可能只介绍有关UDP部分。
2 前期准备
1.FPGA核心板或者开发板;
2.W5500模块。下图是博主使用的模块;
3.网络调试助手,网上随便找一个就行;
3 W5500寄存器描述
主机与W5500通信有固定协议(数据帧),主机先发两个字节的寄存器地址,然后一个字节的控制字,最后是数据,这个数据可以是一个字节,也可以是N的字节,但是W5000为了方便操作,可以将这个N分为1、2、4和可变长度,这些都可以配置。下图是数据帧格式。
下图是控制字段寄存器,BSB4~BSB0选择寄存器,RWB是读写选择位(1:写 0:读),OM选择数据段中N的字节数。
W5500的寄存器分为两种,一是通用寄存器,二是socket寄存器。这两种寄存器通过数据帧中的地址段来选择,如下图所示。例如,当寄存器地址为16’h0000时,如果BSB是5‘h00000,那么此时选择的是通用寄存器中的MR寄存器;如果BSB是5‘h00001,那么此时选择的是socket0寄存器中的Sn_MR寄存器。
4 W5500 环回测试
4.1 W5500初始化
4.1.1 通用寄存器初始化
通用寄存器的初始化就是配置源网关、子网掩码、MAC地址,IP地址、PHY寄存器,然后清中断。
always@(posedge clk,negedge rst_n)if(!rst_n)o_dat<='d0;else begincase(state)WR_MR://WRMR_CMD,o_dat<=8'h00;WRGAR_CMD,WR_GAR:if(rdreq)case(cnt_byte)'d00:o_dat<=GAR[31:24];'d01:o_dat<=GAR[23:16];'d02:o_dat<=GAR[15:08];'d03:o_dat<=GAR[07:00];default:;endcaseelseo_dat<=o_dat;WR_SUBR://WRSUBR_CMD,if(rdreq)case(cnt_byte)'d00:o_dat<=SUBR[31:24];'d01:o_dat<=SUBR[23:16];'d02:o_dat<=SUBR[15:08];'d03:o_dat<=SUBR[07:00];default:;endcaseelseo_dat<=o_dat;WR_SHAR://WRSHAR_CMD,if(rdreq)case(cnt_byte)'d00:o_dat<=SHAR[47:40];'d01:o_dat<=SHAR[39:32];'d02:o_dat<=SHAR[31:24];'d03:o_dat<=SHAR[23:16];'d04:o_dat<=SHAR[15:08];'d05:o_dat<=SHAR[07:00]; default:;endcaseelseo_dat<=o_dat; WR_IP://WRIP_CMD,if(rdreq)case(cnt_byte)'d00:o_dat<=SIPR[31:24];'d01:o_dat<=SIPR[23:16];'d02:o_dat<=SIPR[15:08];'d03:o_dat<=SIPR[07:00];default:;endcaseelseo_dat<=o_dat;WRIR_CMD,WR_IR,WRIMR_CMD,WR_IMR:o_dat<=8'hFF;WR_RTR://WRRTR_CMD,if(rdreq)case(cnt_byte)'d00:o_dat<=8'h07;'d01:o_dat<=8'hD0;default:;endcaseelseo_dat<=o_dat;WRRCR_CMD,WR_RCR:o_dat<=8'h08;WRPHY_CMD,WR_PHY:o_dat<=8'b11111111;default:o_dat<=8'h00;endcaseend
4.1.2 socket寄存器初始化
socket寄存器配置跟通用寄存器类似,先配置目的socket模式(TCP、UDP、MACRAW)、MAC地址、目的IP地址、目的端口、以及本地端口等寄存器,然后清中断等,最后配置Sn_CR寄存器打开端口,之后就是定时查询SN_SR寄存器,等待socket初始化成功(Sn_SR寄存器值为8’h22)。
always@(posedge clk,negedge rst_n)if(!rst_n)o_dat<='d0; else begincase(state)WR_MR:o_dat<=8'h02;WR_IR,WR_IMR:o_dat<=8'hFF;WR_PORT:if(rdreq)case(cnt_byte)'d00:o_dat<=SN_PORT[15:08]; 'd01:o_dat<=SN_PORT[07:00];default:;endcaseelseo_dat<=o_dat;WR_DHAR:if(rdreq)case(cnt_byte)'d00:o_dat<=SN_DSHAR[47:40]; 'd01:o_dat<=SN_DSHAR[39:32];'d02:o_dat<=SN_DSHAR[31:24]; 'd03:o_dat<=SN_DSHAR[23:16];'d04:o_dat<=SN_DSHAR[15:08]; 'd05:o_dat<=SN_DSHAR[07:00]; default:;endcaseelseo_dat<=o_dat;WR_DIPR:if(rdreq)case(cnt_byte)'d00:o_dat<=SN_DIP[31:24]; 'd01:o_dat<=SN_DIP[23:16];'d02:o_dat<=SN_DIP[15:08]; 'd03:o_dat<=SN_DIP[07:00]; default:;endcaseelseo_dat<=o_dat;WR_DPORT:if(rdreq)case(cnt_byte)'d00:o_dat<=SN_DPORT[15:08]; 'd01:o_dat<=SN_DPORT[07:00];default:;endcaseelseo_dat<=o_dat;WR_MSSR:if(rdreq)case(cnt_byte)'d00:o_dat<=8'h05; 'd01:o_dat<=8'hB4;default:;endcaseelseo_dat<=o_dat; WR_CR:o_dat<=8'h01; default:;endcase end
4.2 W5500数据接收
软件一直在查询Sn_RX_RSR寄存器(Socket n 空闲接收缓存寄存器),显示了 Socket n 接收缓存中已接收和保存的数据大小,当其值大于0时,表明socket已经接收到数据,因此可以进行数据接收流程。W5500数据手册提供了一种数据读取的方法,如下图所示。
socket的接收缓存(RX_BUF)有两个指针,一是写指针(Sn_RX_WR)二是读指针(Sn_RX_RD),当外部将UDP数据发送给W5500时,Sn_RX_WR会自动增加,因此Sn_RX_WR是W5500芯片控制的。Sn_RX_RD由用户控制,控制流程如上图所示。
always@(posedge clk,negedge rst_n)if(!rst_n)o_dat<='d0;else begincase(state)WR_RXRD: if(rdreq)case(cnt_byte)'d00:o_dat<=rx_ptr[15:08]; 'd01:o_dat<=rx_ptr[07:00];default:;endcaseelseo_dat<=o_dat;WR_CR:o_dat<=8'h40; default:o_dat<=o_dat;endcaseendalways@(posedge clk,negedge rst_n)if(!rst_n)rx_ptr<='d0;else begincase(state)RD_RXRD:if(rdrxrd_vld)rx_ptr<=dinr;elserx_ptr<=rx_ptr;RD_RXBUF:if(den)rx_ptr<=rx_ptr+'d1;elserx_ptr<=rx_ptr;
// END:
// rx_ptr<='d0;default:rx_ptr<=rx_ptr;endcase end
4.3 W5500数据发送
软件进入数据发送流程时,先查询W5500的发送缓存剩余空间大小,如果剩余空间大于用户发送数据长度,那么继续后续流程,反之则拒绝发送用户数据。同样,手册也提供了一种数据发送的方法,如下图所示。
4.4 数据环回
软件例化例一个ram来存储收到的数据,接收完成后将数据读出然后发送,代码如下:
always@(posedge clk,negedge rst_n)if(!rst_n)state<='d0;else begincase(state)IDLE:if(rxdat_end && waddr>'d0)state<=RDDAT_PRE;elsestate<=IDLE;RDDAT_PRE:state<=RD_DAT;RD_DAT:if(dat_tx_end)state<=END;else state<=RD_DAT;END:state<=IDLE;default:state<=IDLE;endcaseendalways@(posedge clk,negedge rst_n)if(!rst_n)dat_len<='d0;else if(state==RDDAT_PRE)dat_len<=waddr;always@(posedge clk,negedge rst_n)if(!rst_n)o_dat_tx_req<='d0;else if(state==RDDAT_PRE)o_dat_tx_req<='d1;else if(state==END)o_dat_tx_req<='d0; elseo_dat_tx_req<=o_dat_tx_req;always@(posedge clk,negedge rst_n)if(!rst_n)waddr<='d0; else if(rxdat_vld)waddr<=waddr+'d1;else if(state==END) waddr<='d0; always@(posedge clk,negedge rst_n)if(!rst_n)raddr<='d0; else if(dat_tx_rden)raddr<=raddr+'d1;else if(state==END) raddr<='d0; my_ram my_ram_inst (.clock ( clk ),.wren ( rxdat_vld ),.wraddress ( waddr ),.data ( rxdat ),.rden ( dat_tx_rden ),.rdaddress ( raddr ),.q ( o_dat ));assign o_dat_len =dat_len;
最后测试结果如下图所示,包含wireshark抓包结果。
5 总结
W5500的UDP通信是不难的,只要初始化正确,然后在收发时正确读写socket寄存器,然后就没啥难度了,手册的话还是要多看几遍,博主是在官网下载中文手册, W5500官网(手册、参考电路、驱动固件、例程等),完整代码及工程放在评论区。
博主在完成UDP环回测试后还尝试进行TCP测试验证,W5500作为客户端,但是在配置完成后发现W5500都没有发出ARP包,后来就没有测了,暂时先放下。