高性能以太网芯片W5500 数据手册 V1.0（一）

W5500

W5500 是一款全硬件 TCP/IP 嵌入式以太网控制器，为嵌入式系统提供了更加简易的互联网连接方案。W5500 集成了 TCP/IP 协议栈，10/100M 以太网数据链路层（MAC） 及物理层（PHY），使得用户使用单芯片就能够在他们的应用中拓展网络连接。

久经市场考验的 WIZnet 全硬件 TCP/IP 协议栈支持 TCP,UDP,IPv4,ICMP,ARP,IGMP 以及 PPPoE 协议。W5500 内嵌 32K 字节片上缓存以供以太网包处理。如果你使用 W5500， 你只需要一些简单的 Socket 编程就能实现以太网应用。这将会比其他嵌入式以太网方案 更加快捷、简便。用户可以同时使用 8 个硬件 Socket 独立通讯。

W5500 提供了 SPI（外设串行接口）从而能够更加容易与外设 MCU 整合。而且， W5500 的使用了新的高效 SPI 协议支持 80MHz 速率，从而能够更好的实现高速网络通讯。 为了减少系统能耗，W5500 提供了网络唤醒模式（WOL）及掉电模式供客户选择使用。

特点

• 支持硬件 TCP/IP 协议：TCP, UDP, ICMP, IPv4, ARP, IGMP, PPPoE
• 支持 8 个独立端口（Socket）同时通讯
• 支持掉电模式
• 支持网络唤醒
• 支持高速串行外设接口（SPI 模式 0，3）
• 内部 32K 字节收发缓存
• 内嵌 10BaseT/100BaseTX 以太网物理层（PHY）
• 支持自动协商（10/100-Based 全双工/半双工）
• 不支持 IP 分片
• 3.3V 工作电压，I/O 信号口 5V 耐压；
• LED 状态显示（全双工/半双工，网络连接，网络速度，活动状态）
• 48 引脚 LQFP 无铅封装（7x7mm, 0.5mm 间距）

目标应用

W5500 适合于以下嵌入式应用：

• 家庭网络设备: 机顶盒、个人录像机、数码媒体适配器
• 串行转以太网: 门禁控制、LED 显示屏、无线 AP 继电器等
• 并行转以太网: POS/微型打印机、复印机
• USB 转以太网: 存储设备、网络打印机
• GPIO 转以太网: 家庭网络传感器
• 安全系统: 数字录像机、网络摄像机、信息亭
• 工厂和楼宇自动化控制系统
• 医疗监测设备
• 嵌入式服务器

1          引脚分配

图 1 W5500 引脚分布

1.1    引脚描述

表格 1 引脚类型标记

表格 2 W5500 引脚描述

在 EXRES1 引脚和模拟地之间需要接一个 12. 4KΩ，精度  1 %的电阻。如下图所示:

图 2 外部参考电阻

晶振参考周边电路如下图所示：

图 3 晶振参考电路

2          主机接口

W5500 提供了 SPI（串行外部接口）作为外设主机接口，共有 SCSn, SCLK, MOSI, MISO 4 路信号，且作为 SPI 从机工作。

W5500 与 MCU 的连接方式如图 4 和图 5 所示。根据其工作模式（可变数据长度模 式/固定数据长度模式）将分别在第 2.3 章节和 2.4 章节做解释说明。

如图 4 所示，可以与其他 SPI 设备共用 SPI 接口

在可变数据长度模式中（如图 4 所示），W5500 可以与其他 SPI 设备共用 SPI 接口。 但是一旦将 SPI 接口指定给 W5500 之后，则不能再与其他 SPI 设备共用，如图 5 所示。

在可变数据长度模式（如图 4 所示），W5500 可以与其他 SPI 设备共用 SPI 接口。 然而，在固定数据长度模式（如图 5 所示），SPI 将指定给 W5500，不能与其他 SPI 设 备共享。

图 4 可变数据长度模式（SCSn 受主机控制）

图 5 固定数据长度模式（SCSn 保持接地）

SPI 协议定义了四种工作模式（模式 0，1，2，3）。每种模式的区别是根据 SCLK 的极性及相位不同定义的。SPI 的模式 0 和模式 3 唯一不同的就是在非活动状态下， SCLK 信号的极性。SPI 的模式 0 和 3，数据都是在 SCLK 的上升沿锁存，在下降沿输出。

W5500 支持 SPI 模式 0 及模式 3.MOSI 和 MISO 信号无论是接收或发送，均遵从从最 高标志位（MSB）到最低标志位（LSB）的传输序列。

图 6 SPI 模式 0&3

2.1    SPI 工作模式

W5500 与外设主机的通讯受 SPI 数据帧控制（参考第 2.2 章节 SPI 数据帧） 。

W5500 的帧分为 3 段：地址段，控制段，数据段。

地址段为 W5500 寄存器或 TX/RX 内存指定了 16 位的偏移地址。 控制段指定了地址段设定的偏移区域的归属，读/写访问模式以及 SPI 工作模式（可变长度模式/固定长度模式）。

数据段可以设定为任意长度（N-字节，1≤N）或者是固定的长度：1  字节，2 字节 或 4 字节；如果 SPI 工作模式设置为可变数据长度模式（VDM），SPI 的 SCSn 信号需要由外部 主机通过 SPI 帧控制。

在可变数据长度模式下，SCSn 控制 SPI 帧的开始和停止：

SCSn 信号拉低（高电平到低电平），即代表 W5500 的 SPI 帧开始（地址段）；

SCSn 信号拉高（低电平到高电平），即代表 W5500 的 SPI 帧结束（数据段的随机 N字节数据结尾）；

2.2    SPI 数据帧

W5500 的 SPI 数据帧包括了 16 位地址段的偏移地址，8 位控制段和 N 字节数据段。 如图 7 所示。

8 位控制段可以通过修改区域选择位 (BSB[4:0])，读/写访问模式位(RWB)以及 SPI工作模式位(OM[1:0])来重新定义。 区域选择位选择了归属于偏移地址的区域。

图 7 SPI 数据帧格式

W5500 支持数据的连续读/写。其流程为数据从（2/4/N 字节连续数据的）偏移地址的基址开始传输，偏移地址会（自增寻址）加 1 传输接下来 的数据。

2.2.1 地址段

地址段为 W5500 的寄存器或 TX/RX 缓存区指定了 16 位的偏移地址。 这 16 位偏移地址的值来自于从最高标志位到最低标志位的顺序传输。

SPI 数据帧的数据段（2/4/N 字节）通过偏移地址自增（每传输 1 字节偏移地址加 1） 支持连续数据读/写。

2.2.2     控制段

控制段指定了地址段设定的偏移区域的归属，读/写访问模式以及 SPI 工作模式。

表格 3 SPI 数据帧控制段对应位的说明

      

                         

2.2.3     数据段

在 SPI 工作模式位 OM[1:0]设定了控制端之后，数据段被设定为 2 种长度类型：1 种为可变的 N 字节长度（可变数据长度模式），另以一种为确定的 1/2/4 字节长度（固定数 据长度模式）。

此时，1 字节数据从最大标志位到最小标志位，通过 MOSI 或者 MISO 信号传输。

2.3       可变数据长度模式

在 VDM 模式下，SPI 数据帧的长度被外设主机控制的 SCSn 所定义。这就意味着数据 段长度根据 SCSn 的控制，可以是一个随机值（从 1 字节到 N 字节任何长度均可）。

在 VDM 模式下，M[1:0]位必须为‘00’。

2.3.1     写访问——VDM 模式

图 8 在 VDM 模式下读 SPI 数据帧

图 8 显示的是在外部主机控制 W5500 读操作时的 SPI 数据帧。

在 VDM 模式下，SPI 数据帧的控制段：读写控制位（RWB）为‘1’，工作模式位为’00’。

此时外设主机在传输 SPI 数据帧之前，须拉低 SCSn 信号引脚。

然后主机通过 MOSI 将 SPI 数据帧的所有位传输给 W5500 ，并在 SCLK 的下降沿同 步。

在完成 SPI 数据帧的传输后，主机拉高 SCSn 信号（低电平到高电平）。 当 SCSn 保持低电平且数据段持续传输，即可实现连续数据写入。

1 字节数据写访问示例

当主机在 VDM 模式下，向通用寄存器区域中的 Socket 中断屏蔽寄存器写入数据‘0xA

A’时，SPI 数据帧的写操作如下所示：

Offset Address = 0×0018

BSB[4:0]       = ‘00000’ RWB = ‘1’ OM[1:0]               = ‘00’

1st Data         = 0xAA

在传输 SPI 数据帧之前，外设主机须拉低 SCSn，然后主机在时钟（SCLK）跳变时同步 传输 1 位数据。在 SPI 数据帧传输完毕后，外设主机拉高 SCSn。（参考图 9）

图 9 VDM 模式下，SIMR 寄存器写操作

N 字节写访问示例

当主机在 VDM 模式下，向通用寄存器区域中的 Socket 中断屏蔽寄存器写入 5 字节数 据时（0×11, 0×22, 0×33, 0×44, 0×55），SPI 数据帧的写操作如下所示：

N 字节的写访问如图 10 所示。

5 字节的数据被连续地写入 Socket 1 的写缓存地址：0×0040 – 0×0044。 在 SPI 数据帧传输时，外设主机拉低 SCSn（高电平到低电平）。

在 SPI 数据帧传输完毕时，外设主机拉高 SCSn（低电平到高电平）。

图 10 在 VDM 模式下，向 Socket1 的发送缓存区 0×0040 中写入 5 字节数据

2.3.2     读访问——VDM 模式

图 11 在 VDM 模式下读 SPI 数据帧

图 11 显示的是当外设主机访问 W5500 做读访问时，SPI 的数据帧格式。

在 VDM 模式下，读/写访问位（RWB）为‘0’（读模式），SPI 数据帧控制段的工作 模式位（OM[1:0]）为‘00’。

与此同时，在 SPI 数据帧传输之前，外设主机拉低 SCSn（高电平到低电平）。 然后主机通过 MOSI 将地址及控制段的所有位传输给 W5500.所有为将在 SCLK 的下降 沿同步。

之后在同步采样时钟（SCLK）的上升沿，主机通过 MISO 接收到所有数据位。 在接收完所有数据后，主机拉高 SCSn（低电平到高电平）。

当 SCSn 保持低电平且数据段持续传输，即可实现连续数据读取。

1 字节数据读访问示例

在     VDM     模式下，当主机读取      Socket     7     寄存器区的     Socket      状态寄存器(S7_SR),SPI 数据帧的数据读取如下所示。我们让 S7_SR 设置为 Socket 建立模式下（0×17）。

在 SPI 数据帧传输之前，外设主机拉低 SCSn（高电平到低电平）。然后外设主机通过 M OSI 传输地址段和控制段给 W5500.

然后主机通过 MISO 接收到接收完的数据。

在完成数据段的接收后，主机拉高 SCSn（低电平到高电平）。（参考图 12）

图 12 在 VDM 模式下读 S7_SR

N 字节读访问示例

在 VDM 模式下，当从Socket3  的地址为  0×0100  的读取缓存中读取  5  字节的数据（0xAA,  0xBB,  0xCC,  0xDD,0xEE）。这 5 个字节数据的读访问 SPI 数据帧如下所示。

N 字节读访问如图 13 所示。

从 Socket 3 的接收缓存（地址 0×0100 – 0×0104），连续地读取这 5 字节的数据（0xAA,

0xBB, 0xCC, 0xDD, 0xEE）。

在 SPI 传输数据帧之前，外设主机将 SCSn 拉低。（高电平到低电平） 在 SPI 数据段结束时，外设主机将 SCSn 拉高。（低电平到高电平）

图 13 在 VDM 模式下，读取 Socket 3 接收缓存 0×0100 中的 5 字节数据

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