Микросхема W5500

Микросхема W5500 - последнее дополнение к линейке популярных Ethernet-чипов от компании WIZNet - представляет собой функционально законченный чип встраиваемого Ethernet-контроллера для обеспечения проводного соединения TCP/IP, позволяющий упростить подключение к интернету устройств и систем, использующих SPI (высокоскоростной последовательный периферийный интерфейс). W5500 позволяет удовлетворить потребности пользователей в стабильном подключении к Internet, с помощью единого чипа для реализации стека TCP/IP, 10/100, Ethernet MAC и PHY. Аппаратный стек TCP/IP поддерживает TCP, UDP, IPv4, ICMP, ARP, IGMP, PPPoE...

Новый усовершенствованный сетевой контроллер W5500 имеет более быстрый и универсальный интерфейс SPI (до 80 МГц), а также возможность более гибкого использования буфера оперативной памяти (ОЗУ) для целей временного хранения данных общего назначения, что является несомненным плюсом при использовании дешевых управляющих микроконтроллеров (MCU) с ограниченной RAM. Положительным является и сокращение энергопотребления компонентов аппаратного уровня и функционирующего ПО, реализованного за счет продвинутых решений физического уровня (PHY). W5500 поддерживает Ethernet-приложения, использующие популярные недорогие 8/16-разрядные микроконтроллеры. Ethernet возможности могут быть добавлены в существующие приложения без необходимости перехода на более дорогой MCU и полной передки аппаратного и программного обеспечения.

Благодаря отличающемуся улучшенным дизайном кристаллу 3-го поколения, уменьшению его геометрии (повышения компактности решения за счёт использования методов проектирования ‘SiP’ (System-in-Package)), для контроллера W5500 значительно уменьшено не только энергопотребление, но и размер его корпуса.

Также W5500 может функционировать в качестве обычного Ethernet-трансивера с использованием стороннего программного реализованного TCP/IP-протокола. Его Ethernet трансивер имеет простой способ обновления прошивки (добавления новых функций) с помощью предпрошитого программного обеспечения (ex: OS и RTOS ‘стека TCP/IP’), использующего преимущества реализации аппаратного обеспечения TCP/IP в новом чипе.

В отличие от конструкций, которые требуют стороннего программного обеспечения для обработки основных сетевых операций, W5500 предоставляет меры ‘firewall’-защиты на аппаратном уровне, что не может не сказываться на надежности функционирования разрабатываемого оборудования.

История исправленных и прошедших тестирование программных релизов

• первый релиз : 14 августа 2013
• Добавление функций чтения / записи W5500 в конфигурируемые регистры физического уроня (PHY)  : 4 декабря 2013
• Поддержка Arduino Due (Arduino IDE 1.5.x). Реализована IТ-поддержка тактирования SPI на 42 МГц : 28 февраля 2014
• Поддержка отдельных папок для Arduino IDE 1.0.x & Arduino IDE 1.5.x

Функциональные возможности и технические преимущества W5500

• Аппаратно поддерживаемые коммутационные протоколы обработки проводного TCP/IP стека: TCP, UDP, MAC, ICMP, IPv4, ARP, IGMP, PPPoE
• Простая реализация других сетевых протоколов
• Аппаратно реализованная сетевая превентивная защита от Un-типа атак, таких как переполнение, а также подмена и вброс пакетов
• Host интерфейс : высокоскоростной последовательный периферийный интерфейс SPI
• Основной интерфейс SPI, режим 0,3 / тактовая частота SPI до 80 МГц 
• Требуется менее производительный MCU для работы с GPIO и SPI (резервные выходы GPIO могут использованы для других функций самостоятельно)
• Пониженное тепловыделение (для W5500 : до 40℃ / другие аналогичные чипы : 60~70℃)
• Поддержка встроенного OS драйвера : Linux (поддержка ядра 2.4.xx, 2.6.xx, 3.1,xx) & RTOS
• Аппаратное обеспечение 8 независимых TCP/UDP сокетов (канальных соединений)
• Внутренний сокет 32 кбайт буферной памяти RAM для обеспечения процесса передачи TCP/IP пакетов
• More efficient power operation : power down & wake-on LAN over UDP
• 10BaseT / 100Base TX Ethernet со встроенным MAC/PHY
• Поддержка автоматического определения полярности принимаемого сигнала (полный & полудуплекс, 10 & 100 Based)
• Выводы под светодиодную LED индикацию (полный/полудуплекс, скорость линка, активное состояние)
• Рабочее напряжение питания 3.3 В (DC) с реализацией толерантности к 5 В   I/O (по входам и выходам) сигналам
• Диапазон рабочих температур -40...85°C
• Корпус 48LQFP lead-free package (7x7 мм, 0.5 мм pitch) 48-Pin LQFP Lead-Free Package
• Способ монтажа - SMD
• Масса брутто: 1.02 g
• Групповая упаковка [pcs]: от 1

Структурная схема контроллера W5500

Рекомендуемые характеристики и варианты схемного включения развязывающего трансформатора

Схема соединения сетевого контроллера W5500 с управляющим контроллером (вариант 1, для режима с данными переменной длины (SCSn контролируемый узел))

Схема соединения сетевого контроллера W5500 с управляющим контроллером (вариант 2, режим для данных фиксированной длины  (SCSn постоянно соединен с землей))

Отладочное средство W5500 EVB

W5500 EVB - это отладочная (тестовая) плата для работы с чипом W5500, базирующаяся на базе 32-разрядного микроконтроллера ARM® Cortex™-M0. Использование отладочной платы - самый простой способ разработки интернет-приложений на основе проводного соединения TCP/IP для небольших встроенных систем на базе встроенного в них Ethernet-контроллера W5500. Отладочное стредство было разработано так, чтобы быть по-pin-ово совместимым с аппаратными платформами Arduino shields' для 'Arduino UNO Rev3" и с другими стыково-совместимыми платами этой серии. Т.о. W5500 EVB вполне может быть использовано в серийных разработках как некий самостоятельный функционально законченный узел.

• Чип W5500 является дальнейшим развитием платформ с сетевой поддержкой приложений на основе микроконтроллеров
• Ethernet, для проводного подключения по стыку TCP/IP. 

Отладочная плата чипа W5500 базируется на контроллере NXP LPC11E36/501 (MCU) (LPC11E36FHN33) с 32-битным ARM® Cortex™-M0 ядром, работающим на 50 МГц. Контроллер имеет 96 Кб флэш-памяти, 12 Кб SRAM, 4 Кб EEPROM, четыре независимых встроенных таймера и различные интерфейсы ввода-вывода, включая SPI/SSP, I2C, UART, 8/10-битный ADC, PWM и другие. Кроме того, там же имеется датчик температуры / потенциометр , которые могут быть использованы для тестирования АЦП, а также два программируемых кнопочных переключателя, RGB светодиод, внешний блок 4 Мбит последовательной dataflash памяти и 10/100 Base-Tx разъем RJ-45 со встроенным трансформатором на борту, для реализации встраиваемых сетевых приложений.

По умолчанию, модули на основе W5500 поставляются как "WIZ550io_WITH_MACADDRESS", если при заказе из партии не было указано другое. Вы можете использовать MAC-адрес модуля WIZ550io как МАС-адрес разрабатываемого вами устройства.

#if defined(W5500_ETHERNET_SHIELD)
//#define WIZ550io_WITH_MACADDRESS // Use assigned MAC address of WIZ550io
#include "w5500.h"
#endif

Отладочный комплект W5500 EVB позволяет упростить разработку достаточно мощных сетевых приложений в малом форм-факторе на основе встраиваемых устройств, использующих чип W5500.

Форм-фактор, особенности и технические характеристики отладочной платы

• Чип W5500 от WIZnet с аппаратной реализацией TCP/IP-стека и встроенным Ethernet-контроллером
• Аппаратный стек TCP/IP поддерживает протоколы TCP, UDP, IPv4, ICMP, ARP, IGMP и PPPoE
• Простота реализации других сетевых протоколов
• Ethernet 10/100 Мбит/с (разъем RJ-45 со встроенным трансформатором)
• SPI (Serial Peripheral Interface) интерфейс для сопряжения с микроконтроллером
• GPIO входное напряжение : 0 ~ 5 В
• GPIO выходное напряжение : 0 ~ 3.3 В
• Контроллер NXP LPC11E36/501 MCU (LPC11E36FHN33) 32-bit ARM® Cortex™-M0 работающий на частотах до 50 МГц, с 96 кБ встроенной в чип flash-памяти / 12 кБ SRAM / 4 кБ EEPROM / Various peripherals
• Поддержка внешней 4 МБит-ной последовательной памяти (SPI, 2048 страниц x 256/264 байт/на страницу)
• Цифровые пины от 0 до 15, аналоговые входы от 0 до 5, вход питания и т.д.
• Двухрядный коннектор PCB (материал FR-4, 1.6T)
• Pin-совместимые с Arduino коннекторы W5500 EVB предназначены для UNO Rev3
• Стандартный ARM отладочный разъем Ethernet / USB-mini : 10-pin Cortex debug разъем для SWD (последовательный отладочный соединительный провод)
• Два кнопочных переключателя (SW)
• Наличие на борту TC1047A (датчика-конвертора температура-напряжение от Microchip). Широкий диапазон измерений: от -40 до +125 °С с сохранением работоспособности при диапазоне питающих напряжений от 2.7 В до 4.4 В. Высокая точность отображения температуры конвертером : 2 °С, max, при температуре 25 °С
• 1 x потенциометр (ADC)
• 1 x RGB индикаторный светодиод (LED)
• Питающее напряжение 5 В / 500 мА (DC), а также поддержка питания +5 В через разъем USB
• Индустриальный рабочий температурный диапазон (-40 ... +85^ОС)
• Размеры отладочной платы : 93 X 53 X 17.3(H) мм

Прошивки для W5500 и отладочного средства W5500 EVB приведены ниже, в разделе "Документация". Библиотеки и примеры исходного кода для их создания также можно скачать по ниже приведённой ссылке:

Особое внимание следует обратить на следующие разделы:

NXP MCU библиотека (необходимый компонент новых проектов)

• lpc_chip_11exx (NXP LPC11exx serise chip драйвер)
• Страница загрузки программного обеспечения NXP LPCOpen

 W5500 EVB библиотека от WIZnet (необходимый компонент новых проектов)

• wiznet_evb_w5500evb_board (W5500 EVB штатная библиотека от WIZnet)
• ioLibrary (W5500 EVB ethernet библиотеки и протоколы от WIZnet)

Приложения, демо-проекты

• Basic demos (LED blinky and loopback test)
• DHCP client
• DNS client
• On-board Temperature sensor
• On-board Potentiometer

Приступая к работе, начинайте с примеров:

• Hello World!
• Downloading a new program

Создать новый проект на W5500 EVB

• Make a new W5500 EVB project with LPCXpresso IDE

Технические описания установочных изделий отладочной платы

• Microchip TC1027/TC1047A Datasheet (температурный датчик)
• ATMEL AT45DB041D Datasheet (внешняя flash-память для хранения данных)

• W5500 EVB Rev1.0 Schematic(Eagle CAD) (последнее обновление от 2014-05-27)
• W5500 EVB Rev1.0 Schematic(PDF) (последнее обновление от 2014-05-27)

• W5500 EVB Rev1.0 Part List (последнее обновление от 2014-05-27)

Другие портовые библиотеки

Спецификация оборудования, реализованного на основе W5500

Готовые модули на основе сетевых микросхем удобно использовать как компонент для ускоренной разработки сетевых приложений. Они имеют необходимые разъемы для установки их на базовую плату, а также элементы обвязки, обеспечивающие штатное функционирование микросхмы сетевого контроллера. Принципиальные схемы модулей можно найти на сайте производителя и в технических описаниях продуктов, преставленных на сайте компании МТ-Систем.

Ссылки на учебник, статьи и видео (You Tube)

Ссылка на видео (тестирование W5500 и его результаты)

• Домашние сетевые устройства - Set Top Box, PVR, цифровые медиа адаптеры
• Параллельный доступ к сетям Ethernet - POS/мини принтеры, копиры
• GPIO-доступ к сетям Ethernet - домашние сетевые сенсоры и датчики
• USB-доступ к сетям Ethernet - охранные устройства, сетевые принтеры
• Устройства последовательного доступа к сети Ethernet - устройства контроля доступа, LED-дисплеи Wireless AP relays и др.
• Встроенные серверы
• Системы охраны, видеонаблюдения - цифровая запись, сетевые камеры, контроль доступа
• Системы с шифрацией данных: DVR, сетевые камеры, платёжные терминалы (киоски)
• Услуги IP-телефонии и видеосвязи
• Удаленный доступ к информации в быту и деловой жизни
• Удаленное управление и мониторинг в промышленности, в офисных и жилых зданиях
• Удалённый мониторинг с медицине
• Сбор данных

Документация