FPGA控制W5500完成UDP环回测试

• １　前言
• ２　前期准备
• ３　Ｗ5500寄存器描述
• 4　Ｗ5500 环回测试
• • 4.1 W5500初始化
  • • 4.1.1 通用寄存器初始化
    • 4.1.2 socket寄存器初始化
  • 4.2 W5500数据接收
  • 4.3 W5500数据发送
  • 4.4 数据环回
• 5 总结

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；

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。

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。

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。

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 begincase(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:;endcaseelseo_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:;endcaseelseo_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:;endcaseelseo_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:;endcaseelseo_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:;endcaseelseo_dat<=o_dat;WRRCR_CMD,WR_RCR:o_dat<=8'h08;WRPHY_CMD,WR_PHY:o_dat<=8'b11111111;default:o_dat<=8'h00;endcaseend

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 begincase(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:;endcaseelseo_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:;endcaseelseo_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:;endcaseelseo_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:;endcaseelseo_dat<=o_dat;WR_MSSR:if(rdreq)case(cnt_byte)'d00:o_dat<=8'h05;		'd01:o_dat<=8'hB4;default:;endcaseelseo_dat<=o_dat;		WR_CR:o_dat<=8'h01;		default:;endcase	end

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。

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 begincase(state)WR_RXRD:	if(rdreq)case(cnt_byte)'d00:o_dat<=rx_ptr[15:08];		'd01:o_dat<=rx_ptr[07:00];default:;endcaseelseo_dat<=o_dat;WR_CR:o_dat<=8'h40;		default:o_dat<=o_dat;endcaseendalways@(posedge clk,negedge rst_n)if(!rst_n)rx_ptr<='d0;else begincase(state)RD_RXRD:if(rdrxrd_vld)rx_ptr<=dinr;elserx_ptr<=rx_ptr;RD_RXBUF:if(den)rx_ptr<=rx_ptr+'d1;elserx_ptr<=rx_ptr;
//				END:
//					rx_ptr<='d0;default:rx_ptr<=rx_ptr;endcase	end

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。

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 begincase(state)IDLE:if(rxdat_end && waddr>'d0)state<=RDDAT_PRE;elsestate<=IDLE;RDDAT_PRE:state<=RD_DAT;RD_DAT:if(dat_tx_end)state<=END;else state<=RD_DAT;END:state<=IDLE;default:state<=IDLE;endcaseendalways@(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;	elseo_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;

最后测试结果如下图所示，包含wireshark抓包结果。

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。