• FPGA控制W5500完成UDP环回测试

    FPGA控制W5500完成UDP环回测试

    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；
    在这里插入图片描述
    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。
    在这里插入图片描述
    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。
    在这里插入图片描述

    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。
    在这里插入图片描述

    4　Ｗ5500 环回测试

    4.1 W5500初始化

    4.1.1 通用寄存器初始化

    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 begin
		case(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:;
					endcase
				else
					o_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:;
					endcase
				else
					o_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:;
					endcase
				else
					o_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:;
					endcase
				else
					o_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:;
					endcase
				else
					o_dat<=o_dat;
			WRRCR_CMD,WR_RCR:
				o_dat<=8'h08;
			WRPHY_CMD,WR_PHY:
				o_dat<=8'b11111111;
			default:o_dat<=8'h00;
		endcase
	end

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    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 begin
		case(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:;
					endcase
				else
					o_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:;
					endcase
				else
					o_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:;
					endcase
				else
					o_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:;
					endcase
				else
					o_dat<=o_dat;
			WR_MSSR:
				if(rdreq)
					case(cnt_byte)
						'd00:o_dat<=8'h05;		
						'd01:o_dat<=8'hB4;
						default:;
					endcase
				else
					o_dat<=o_dat;		
			WR_CR:
				o_dat<=8'h01;		
			default:;
		endcase	
	end

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    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。
    在这里插入图片描述
    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 begin
		case(state)
			WR_RXRD:	
				if(rdreq)
					case(cnt_byte)
						'd00:o_dat<=rx_ptr[15:08];		
						'd01:o_dat<=rx_ptr[07:00];
						default:;
					endcase
				else
					o_dat<=o_dat;
			WR_CR:
				o_dat<=8'h40;		
			default:o_dat<=o_dat;
		endcase
	end
	
always@(posedge clk,negedge rst_n)
	if(!rst_n)
		rx_ptr<='d0;
	else begin
		case(state)
				RD_RXRD:
					if(rdrxrd_vld)
						rx_ptr<=dinr;
					else
						rx_ptr<=rx_ptr;
				RD_RXBUF:
					if(den)
						rx_ptr<=rx_ptr+'d1;
					else
						rx_ptr<=rx_ptr;
//				END:
//					rx_ptr<='d0;
			default:rx_ptr<=rx_ptr;
		endcase	
	end

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    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。
    在这里插入图片描述

    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 begin
		case(state)
			IDLE:
				if(rxdat_end && waddr>'d0)
					state<=RDDAT_PRE;
				else
					state<=IDLE;
			RDDAT_PRE:
				state<=RD_DAT;
			RD_DAT:
				if(dat_tx_end)
					state<=END;
				else 
					state<=RD_DAT;
			END:state<=IDLE;
			default:state<=IDLE;
		endcase
	end

always@(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;	
	else
		o_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;

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    最后测试结果如下图所示，包含wireshark抓包结果。
    Alt

    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。

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