W5100在单片机实现以太网通信中的应用

硬件接口结构框图。通过片选信号/CS 选中 （RTR）、重试次数寄存器 （RCR）、接收数据
W5100 芯片，通过直接总线模式，读 （/WR）、 缓冲区大小寄存器 （RMSR）、发送数据缓冲
图 1 W5100 功能框图
写 （/RD） 信号和数据 （DATA）、地址 （AD－ 区大小寄存器 （TMSR） 以及套接字寄存器控
STC89C52 单片机 （MCU） 和 W5100 相结合的 接。由此可见，该模式下硬件电路的设计相对 制寄存器平均分为 4 部分，对 （下转 15 页）
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时隙被浪费掉。
3.1 当多个标签进入阅读器范围的时候，阅 立连接，完成数据通信，但若此时信道状态为忙
2.4 动态帧时隙算法
读器首先发言，向所有标签发送唤醒命令，标签 碌，标签将再次进入随机延时状态。
力系统的测量监控、音视频传输、远程信息传
输等领域。
嵌入式网络控制系统，应用程序由 MCU 来执 简单，形式类似于 MCU 芯片外扩 RAM，只是
1 硬件设计
行 ， 而 网 络 协 议 的 处 理 与 数 据 的 传 输 则 由 增加了中断控制线。
W5100 是韩国 WIZnet 公司生产的以太网 W5100 来实现。在进行系统设计时不必考虑
环中的帧的时隙个数 N，一个帧内的时隙的数 读器范围内），则阅读器与此标签建立连接，完 的实现[J].单片机与嵌入式系统应用，2006（5）：
目 N 能随阅读区域中的标签的数目而动态改 成一次信息传送，成功传送信息后，阅读器发送 33-35.
变，或通过增加时隙数以减少帧中的冲突数目， 灭活指令，使该标签进入休眠状态；如果发生冲 [2]陈香，张思东，薛小平.防碰撞技术研究[J].应
或通过减少空时隙数来减小 N 以节省时间。一 突，阅读器向范围内的所有标签发送延时命令。 用科学学报，2005，23（5）：489-293.
般用“冲突的数目”、 “成功响应的数目”和“空时
3.3 标签在收到延时命令后，立即产生一个 [3]陈香，薛小平，张思东.标签防冲突算法的研
隙的数目”这三个因素来决定下一次阅读循环 随机延时。
本系统的防碰撞算法如下：
信道状态，若信道依旧为空，则标签与阅读器建
责任编辑：孙兆杰
（上接 76 页） 4 个独立的网络通道单独设置；
发送和接收数据缓冲区用来存放临时数据。通
过设置 W5100 内部的控制寄存器，设计者完
全可以像在局域网中配置 IP 地址一样简单地
配置设计的系统，通过灵活创建和选择TCP 和
可快速进行数据交换，W5100 支持且自动识 部有 MAX810 专用复位电路，价格也较便宜， 理帧格式在物理信道上传输。反之，W5100
别全双工或半双工的传输模式，并可实现且兼 由于这些特点使得 STC 系列单片机的应用日 收到物理信号后将其还原成数据，按指定格式
容 100M 以太网络。W5100 芯片主要由 4 部分 趋广泛。
参考文献
对 MCU 自身的初始化和对 W5100 的初始化。
[1] 郁峰.单片机对 TCP/IP 通讯的实现 [J] .苏
MCU 的初始化任务主要是设置中断和根据具

州市职业大学学报，2009，20 （3）：44-47.
体要求设定接口参数。W5100 的初始化包括
[2] 邹依依，郭灿新，黄成军.W5100 在 DSP
2 系统软件设计
接入芯片，与之前的网络芯片 W3100 系列芯 网络协议的细节，只需要解释并执行网络芯片
系统软件设计部分主要包括两个方面：一
片相比，它集成了以太网物理层内核，具有更 传送过来的指令和数据就可以实现与 Internet 是网络芯片 W5100 驱动程序，包括对其内部
好的集成性，拥有更稳定、更优良的性能。 网络连接，且不需要操作系统的支持，具有接 寄存器的初始化，以及对数据寄存器的读、写
引言
随着网络技术的发展，现代嵌入式系统通
信技术中，越来越多采用以 TCP/IP 协议为基
础的网络解决方案来实现远程控制和数据通
信。其中以太网以其低成本，易于集成，传输
距离远的优势使其得到了广泛应用。在传统的
以太网解决方案中，往往采用单片机与网络接
口芯片 RTL8019AS 实现，此种方案中需要在
主控制器内编写以太网通讯协议，程序繁琐、
鉴于以上特点，人们又提出了动态帧时隙 被唤醒，并且向阅读器发送确认消息。阅读器根
本系统防碰撞算法流程图如图 1、2。
算法（自适应 F-S-ALOHA 算法）。动态帧时隙 据收到的确认消息判断是否发生冲突。
参考文献
算法中读写器能动态增加或减少下一次阅读循
3.2 若未发送冲突（即只有一个标签处于阅 [1]徐丽香，蓝运维.RFID 二进制搜索法防碰撞
2.5 ALOHA 算法总结
否为空闲。
[5] 崔沂峰，陈平.射频识别技术防碰撞算法的
使用纯 ALOHA 算法的读写器设 计 较 简
3.5 若信道处于非空闲状态，则标签再次进 研究[J].科技信息（学术版），2007（11）.
单，适于标签数量不定的环境应用，但这种算法 入随机延时状态，并且将预先设定的延时次数 [6] J.Waldrop，D.W.Engels，and S.E.Sarma，Col－
信息产业
W5100 在单片机实现以太网通信中的应用
陆 扬1 付 斌2 游 江2
（1、91439 部队，辽宁 大连 116044 2、哈尔滨工程大学，黑龙江 哈尔滨 150001）
摘 要：在此介绍了一种基于单片机和 W5100 组合实现以太网通信的设计方法。采用以 TCP/IP 协议为基础的网络解决方案。W5100 是嵌入式 以太网硬件协议栈芯片，它同时集 TCP/IP 协议栈、以太网 MAC 和 PHY 于一体，支持多种网络协议。阐述了其具体的使用方法、接口方式、时序,以及 程序实现等。
图及基本外围连接如图 1 所示。
SPI 模式。其中直接总线接口模式适用于大数 完成，不用考虑。
据量传输的情况；SPI 模式的接口连线较少，
对 W5100 的驱动是通过对其公共寄存器
适用于数据量不大，传输速率相对较低的情 的配置完成的，主要包括模式寄存器 （MR），
况；间接总线接口模式下的数据传输性能则介 网关地址寄存器 （GWR）、子网掩码寄存器
设计
阅读器发生过数据通信，为了防止本标签在阅
本系统的防碰撞算法是基于标签随机延时 读器与其他标签通信的间隙向阅读器发送消
设计的。系统的无线射频芯片采用全集成、单晶 息，本标签将再次自动延时一个固定时长，保证
片、低功耗、多频道的 FSK 收发器—— —IA4421。 阅读器与上一标签通信完成。此次延时后判断
关 键 词 ：单片机；W5100；以太网 Abstract: MCU and W5100 based ethernet network interface is introduced in this paper. W5100 is an embedded hardware protocol chip on Ethernet, it contains TCP/IP protocol, Ethernet Mac and PHY, and supports many other kinds of net protocols. Detail operation manners, interface circuit, timing and program realization are prented in this paper. Key words: MCU；W5100；ethernet
驱动程序实现的功能是将要发送的数据包
线接口和间接总线接口），以及 SPI 串行总线 容 51 单片机，并有其独到之处，其抗干扰性 按指定格式写入芯片输入输出缓冲区中并启动
等接口方式。内置 16KB 数据缓冲双口 RAM， 强，加密性强，超低功耗，可以远程升级，内 发送命令，W5100 会自动把数据包转换成物
W5100 包 含 了 TCP/IP、 UDP、 ICMP、 ARP、 口电路简单，编程方便等特点。
控制等；另外是用于对传输数据的显示与观测
DHCP 等网络协议和 DLC、MAC 以太网协议。
STC89C 系列单片机是由宏晶科技开发的 的上位机软件设计。
它提供多种总线，包括两种并行总线 （直接总 8 位单片机。其突出特点是 STC 单片机完全兼
存放在输入输出缓冲区中，以便主机程序取
组 成 ： MCU 接 口 单 元 、 网 络 协 议 引 擎 、
W5100 与微处理器芯片的接口方式有 3 用，简言之就是 W5100 完成数据包和电信号
DPRAM 及以太网物理层接口单元。其功能框 种：直接总线接口模式、间接总线接口模式和 之间的相互转换。以太网协议由芯片硬件自动
耗费时间、不利于系统的快速开发和稳定运
行。在此采用单片机与 TCP/IP 协议硬解码网
络接口芯片 W5100 来实现，W5100 是 Wiznet
公司开发的具有内部硬件协议栈的芯片，此方
案能够大大地减小硬件接口设计和网络编程的
工作量，并且可以实现可靠稳定运行的远程数
据通信系统，可广泛应用于各种安全检测、电
于它们两者之间。在本系统中选用直接总线接 （SUBR）、源硬件地址寄存器 （SHAR）、源 IP
口模式，以最大限度地提高数据的传输速率。 地址寄存器 （SIPR）、中断寄存器 （IR）、中断
图 2 为直接总线接口模式的 MCU 与 W5100 的 屏 蔽 寄 存 器 （IMR） 、 重 试 时 间 寄 存 器
究[J].现代电子技术，2006（5）：13-15.
中最佳帧的大小，使其和未识别的标签的数量
3.4 当延时时间到，标签根据 IA4421 的数 [4] 丁军. RFID 技术及其应用[J].工业仪表与自