Микросхема W3150A+

Микросхема W3150A+ выпущена компанией WIZnet осенью 2006 года и до сих пор с успехом применяется многими производителями, реализующими подключение своих устройств к сети Ethernet. Как и ее предшественница (W3150A), она является изделием класса ASIC (Application Specific Integrated Circuit), выполненным по технологии i2Chip. В W3150A+ аппаратно реализованы протоколы уровней OSI: канального, сетевого и транспортного, но не реализован аппаратно физический уровень (PHY). В качестве протокола канального уровня W3150A+ реализует Ethernet MAC и готовит данные к последующей передаче данных по линиям 10BaseT/100BaseTX.

Микросхема W3150A+ является полноценными сетевым контроллером, позволяющим организовать передачу данных по сети со скоростью до 25 Мбит/c.

Чип W3150A+ является следующим поколением кристалла W3100A-LF и, аналогично своему предшественнику, предназначен для аппаратной реализации скоростного Ethernet-интерфейса для сетевых стандартов 10BaseT/100BaseTX. Микросхема W3150A+ содержит аппаратную реализацию стека протоколов

 TCP/IP. Помимо стеков TCP/IP, W3150A+ аппаратно поддерживает протоколы: TCP, UDP, IP, ICMP, ARP, MAC, а также PPPoE (Point-to-point over Ethernet) с аутентификацией по протоколам PAP/CHAP.
Протокол PPPoE был специально разработан для реализации прямого широкополосного соединения между двумя точками обмена данными. Такой протокол может использоваться, например, в стандарте высокоскоростной связи DSL. В этом случае обычный DSL-модем переключается в режим PPPoE и преобразует данные Ethernet в формат, использующийся в обычной линии ATM.
Следует отметить, что большинство DSL модемов имеют встроенную поддержку PPPoE. Программная реализация PPPoE обычно представляет собой набор драйверов для определенной операционной системы и прилагается в комплекте с DSL-модемом. Такие драйверы весьма затруднительно портировать во встраиваемое устройство. Поэтому, при необходимости использовать встраиваемое DSL устройство для обмена данными по линии Ethernet, целесообразно использовать специальный DSL модем, который может автоматически переходить в режим PPPoE.

Кристал W3150A+ может использоваться в паре с DSL-модемом, не имеющим собственной поддержки протокола PPPoE.  

Общие свойства и различия W3150A+ и W3100A-LF

Поскольку микросхема W3150A+ является развитием W3100A-LF, то существует ряд свойств, присущих им обоим:

• Аппаратная поддержка протоколов TCP/IP;
• Одновременная поддержка 4-х соединений;
• Скорость обмена данными до 25 Mbps;
• Стандартный сетевой интерфейс MII;
• Поддержка 10BaseT/100BaseTX в полнодуплексном режиме;
• Напряжение питания 3,3 В; линии ввода/вывода поддерживают уровни сигналов 5,0 В;
• Корпус LQFP64.

   

Есть и отличия:

• более совершенная технология производства — 0,18 мкм CMOS;
• индустриальный рабочий температурный диапазон от –40 до +80 °С;
• дополнительный аппаратный интерфейс SPI (Slave) для связи с управляющим микроконтроллером;
• исполнение в соответствии со стандартом RoHS.

Следующая таблица иллюстрирует основные особенности кристалла W3150A+, отличающие его от W3100A-LF:

W3150A+ работает совместно с внешним управляющим микроконтроллером (С51, AVR, ARM, PIC24 и т. д.), для которого представляется в виде «черного ящика», выполняющего рутинную работу по передаче данных. Роль процессора сводится лишь к обмену информацией с буферами приема-передачи сетевого контроллера и к программированию нескольких командных регистров W3150A+ для управления процессом обмена данными. Вся остальная работа выполняется без участия внешнего процессора. В качестве микросхемы PHY можно рекомендовать недорогие кристаллы производства Realtek и Davicom, которые не требуют программирования и ориентированы главным образом на встраиваемые системы. Совместная работа кристаллов W3150A+ и PHY полностью берет на себя обработку сетевого трафика, начиная с формирования передаваемого пакета и заканчивая выдачей сигналов в канал связи.

Обмен данными между управляющим микроконтроллером и W3150A+ идёт по интерфейсу SPI. Схема включения — стандартная.

Внешний микроконтроллер работает в режиме Master, сетевой контроллер WIZnet — в режиме Slave. Для обмена информацией используются линии MOSI/MISO, тактирование W3150A+ осуществляется от внешнего микроконтроллера по линии SCLK, линия /SS используется мастером для формирования временного «окна» для очередного обмена данными. Вывод SPI_EN должен быть установлен в состояние логической «1» для того, чтобы микросхема перешла в режим интерфейса SPI с внешним микроконтроллером. Если этот вывод удерживать в логическом «0», то выводы MOSI, MISO, SCLK и /SS работают в альтернативном режиме как адресные линии A для режима Direct Bus. Отметим также, что вывод SPI_EN «подтянут» внутренним резистором к «земле» внутри кристалла. Поэтому по умолчанию для обмена с внешним микроконтроллером аппаратно предустановлен режим Direct Bus. Это следует иметь в виду, так как предыдущая версия W3150A не имела такого дополнительного вывода. Точнее, вывод 33 был назначен как выходной сигнал PLOCK. Данный выходной сигнал удерживался микросхемой в низком уровне до тех пор, пока внутренняя ФАПЧ не выходила на рабочий режим генерации стабильной внутренней частоты. После этого сигнал на PLOCK выставлялся в «1» и кристалл был готов к работе.

W3150A+ работает по интерфейсу SPI в режиме Slave и поддерживает два наиболее распространенных режима — SPI Mode 0 и 3. Кристалл W3150A+ использует только два кода операции — Read и Write. Остальные коды операции игнорируются им, и по ним никаких действий не выполняется.

Процедура обмена данными по интерфейсу SPI между W3150A+ и микроконтроллером заключается в формировании и отправке 4-байтовой посылки в рамках временного «окна» на линии /SS. Информационные поля в посылке формируются в следующей последовательности: 1 байт кода операции, 2 байта адреса и 1 байт данных. Все три поля передаются старшими битами вперед (начиная с MSB).

Стуктурная схема микрсхемы W3150А+
 

Отладочное средство I EVB-B1+

Особенности и преимущества

• Контроллер от ATMEL Atmega 128 на основе отладочной платы W3150A+ chip
• 96 pin расширенный разъем для использования всех выводов AVR
• Обеспечение работы  приложений с различными исходными кодами : Loopback, веб-сервер, Ping
• Поддержка ISP & JTAG интерфейсов

Спецификация оборудования

Документация