Микросхема W7100A

W7100A — это однокристальный сетевой 10BaseT/100BaseTX Ethernet-контроллер в корпусе LQFP 100 и 64QFN, объединяющий на одном кристалле аппаратный блок Ethernet-моста со встроенными уровнями MAC и PHY, а также MSC-51 совместимое процессорное ядро. Аппаратно реализует стек протоколов TCP/IP (TCP, UDP,IP,ARP, ICMP, DLC + PPPoE с PAP/CHAP-аутентификацией). Ethernet-блок этого контроллера аналогичен по характеристикам микросхеме W5300. Он поддерживает те же протоколы и обеспечивает до восьми соединений на аппаратном уровне.
Дополнительно к возможностям W7100 реализует функции блокировки памяти, режимы пониженного потребления энергии и управление выводами GPIO.

Удаленное управление объектом (или устройством) и контроль его состояния может быть реализовано посредством использования локального web-сервера, реализованного на основе контроллера W7100A, к которому, в свою очередь, можно подключаться из любой точки, где есть доступ к Интернету (как вариант — из сети, к которой подключен данный web-сервер). Управление им можно осуществлять с любого ПК, ноутбука или мобильного устройства, на которых установлен и активирован web-браузер. Управление модулем на основе W7100A осуществляется через web-интерфейс, что избавляет разработчика от необходимости написания ПО верхнего уровня и обеспечивает совместимость с различными ОС. Элементы управления реализованы стандартными средствами языка HTML.

От 32 до 19 линий ввода/вывода (в зависимости от типа корпуса) этого контроллера могут служить для управления исполнительными устройствами и получения информации от них. При использовании фирменного ПО (firmware), которое изначально «прошито» в Ethernet-контроллер W7100A, могут быть реализованы следующие функции: управление устройствами по восьми дискретным цифровым выходам и восьми входам; работа с двумя источниками входного аналогового сигнала (например, датчиками давления) (диапазон оцифровываемых значений напряжения от 0 до 5 В); цифро-аналоговое преобразование по двум линиям в диапазоне от 0 до 4 В; прием и передача данных по интерфейсу UART.

Особенности и преимущества

• промышленный стандарт 8051
• конвейерная архитектура, работающая в 4~5 раз быстрее, чем другие реализации 8051;
• 2 типа индексации данных для быстрой обработки находящихся в памяти блоков;
• 64 кБайт Flash, 64 кБайт SRAM, 2 кБайт Boot ROM, 255 байт Data Flash;
• внешний стабилизатор рабочей частоты на 11.0592 МГц для внутренних нужд PLL логики;
• контроллер прерываний : 2 уровня приоритета / 4 внешних источника прерываний / 1 тревожное прерывание
• четыре 8-разрядных порта ввода/вывода I/O;
• три назависимых таймера/счётчика;
• полнодуплексный UART;
• программируемый таймер;
• аппаратная поддержка стека проводных протоколов TCP/IP: TCP, UDP, IPv4, ICMP, ARP, IGMP, MAC, PPPoE (Point-to-point over Ethernet) c PAP/CHAP-протоколами аутентификации;
• Un-устойчивое (неуязвимое) оборудование сетевого движка для предотвращения сетевых атак, таких как переполнение, подмены и посторонние вбросы;
• поддержка 8 независимых аппаратных гнёзд;
• 32 кБайт внутренней памяти для обюработки TCP/IP-пакетов;
• аппаратная поддержка 10BaseT/100Base TX Ethernet PHY в полнодуплексном режиме;
• поддержка автоматического согласования(полный & полудуплекс, 10 & 100 Based)
• поддержка Auto-MDIX;
• основное напряжение питания 3,3 В; линии ввода/вывода I/O совместимы (толерантны) с сигналами 5,0 В;
• корпус 100LQFP (13x13 мм), либо 64QFN (10x10 мм), не содержит свинца (соответствие стандарту RoHS)

Итак, Ethernet-контроллеры W7100A производятся в двух корпусах — LQFP 100 и QFN 64. Микросхемы, выполненные в 64‑выводном корпусе, имеют несколько отличий:

• Режим работы (auto-negotiation) физического уровня задается только программным путем (для 100‑выводного корпуса —программным и аппаратным).
• Доступно 19 линий ввода/вывода общего назначения (для 100‑выводного доступно 32 линии).
• Отсутствует возможность подключения внешней памяти.
• Отсутствуют сигналы управления таймерами.
• Доступны только два сигнала, индицирующие состояние линии Ethernet: связь установлена (Link) и скорость (низкий уровень —10 Мбайт, высокий —100 Мбайт).
• Доступна одна линия внешнего прерывания (для 100‑выводного —четыре линии).

Структурная схема

Ссылки на учебник, статью и демонстрационное видео (You Tube)

В Ethernet-контроллерах W7100A предусмотрен специализированный отладочный узел (Debug). Программирование и отладка контроллера в данном случае осуществляется с помощью внутрисхемного отладчика iMCU7100 Debugger по трехпроводному интерфейсу. Также предусмотрена возможность программирования микросхем W7100А по интерфейсу UART. Этот режим активируется переводом вывода W7100A BOOTEN в высокое состояние.

Для тестирования, разработки и отладки приложений на базе контроллеров W7100A компания WIZnet предлагает набор iMCU7100EVB. В состав этого набора входят сама отладочная плата на базе контроллера W7100A, кабели Ethernet и COM, адаптер питания 5В/2А и символьный ЖК-дисплей (16 символов 2 строки).

Отладочная плата iMCU7100EVB

Отладочная плата для тестирования, отладки и внутрисхемного программирования приложений на базе интегральной микросхемы сетевого контроллера W7100. На плате размещена микросхема сетевого контроллера W7100, разъемы RJ-45 (для Ethernet), DB9 (для RS-232 порта) и DTAG (отладочный разъем), гнездо питания. Ее можно подключать к локальной сети, к устройствам с интерфейсом RS-232, к аппаратному адаптеру отладчика. Предусмотрены места для дополнительных разъемов. Имеются два макетных поля на 236 и 167 контактов с шагом 2,00 и 2,54 мм. Это позволяет качественно и всесторонне испытывать возможности сетевого контроллера W7100 и приложений разработанных на его платформе.

Особенности и преимущества

• Отладочная плата для W7100A
• Встроенный порт расширения
• WizISP обеспечение для программирования
• Поддержка различных интерфейсов : последовательный, Ethernet, DTAG
• Встроенная флэш-память 64 кБайт, 64 кБайт RAM, 256 байт флэш данных

Спецификация оборудования отладочной платы

Плата сопровождается комплексом средств внутрисхемного программирования и хорошо развернутым набором примеров программирования приложений. Как дополнение, разработчикам к набору с отладочной платой можно рекомендовать использование аппаратного адаптера iMCU7100Debugger.

Аппаратный адаптер iMCU7100Debugger

Плата аппаратного адаптера iMCU7100Debugger для тестирования, отладки и внутрисхемного программирования приложений, использующих новую интегральную микросхему сетевого контроллера W7100. Прилагается набор драйверов и программная среда разработки и тестирования "W7100 Debugger". Адаптер iMCU7100Debugger подключается USB-кабелем к компьютеру и шлейфом с разъемами DTAG к исследуемой плате. В дополнение, отладочная плата iMCU7100EVB располагает разъемом DTAG для подключения этого адаптера. 

Компания Wiznet также предлагает готовый web-сервер Wiz220IO на базе этой микросхемы. Модуль Wiz220IO представляет собой готовое решение, на базе которого можно реализовать удаленную систему управления и контроля.

При использовании фирменного ПО (firmware), которое изначально «прошито» в Ethernet-контроллер W7100A, могут быть реализованы следующие функции: управление устройствами по восьми дискретным цифровым выходам и восьми входам; работа с двумя источниками аналогового сигнала (например, датчиками давления) в диапазоне от 0 до 5 В; цифро-аналоговое преобразование по двум линиям в диапазоне от 0 до 4 В; прием и передача данных по интерфейсу UART. Управление модулем осуществляется через веб-интерфейс, что избавляет разработчика от необходимости написания ПО верхнего уровня и обеспечивает совместимость с различными ОС. Элементы управления реализованы стандартными средствами языка HTML. Модули на основе W7100A представлюет собой готовое решение, на базе которого можно реализовать удаленную систему управления и контроля. Дизайн веб-интерфейса модуля можно изменять и загружать в Ethernet-контроллер W7100A, не затрагивая при этом его основной программы.

Спецификация оборудования, реализованного на основе W7100A

Модуль Wiz107SR реализует готовый конвертер интерфейсов Ethernet-RS232. С базовым ПО модуль обеспечивает передачу данных по каналу RS-232 со скоростью до 230 кбод. Управление приемом/передачей — аппаратное (RTS/CTS) или программное. По своим функциональным характеристикам этот модуль идеально подходит для встраиваемых приложений. Небольшие габариты модуля (48х30х18 мм) и удобные крепежные отверстия позволяют установить его в любом удобном месте внутри корпуса прибора. В принципе, этот модуль допускает возможность использования на его базе ПО собственной разработки, если фирменное ПО не решает требуемую задачу полностью.

Модуль Wiz108SR представляет собой конвертер интерфейсов Ethernet-RS-422/485. По основным характеристикам он соответствует Wiz107SR, за исключением того, что на плате установлены микросхемы драйверов физического уровня RS-422/485.

Документация