全硬件TCP/IP協(xié)議棧學(xué)習(xí)筆記（第七天：FPGA+W5500 PING通）

在一周多的時(shí)間，從軟件的協(xié)議到芯片接口最后到硬件描述，我覺得是時(shí)候試一試芯片了，看一看能不能ping通。兩天時(shí)間終于完成第一次ping，也挺不容易的。

首先想要ping通，要先知道ping是什么

它所利用的原理是這樣的：利用網(wǎng)絡(luò)上機(jī)器IP地址的唯一性，給目標(biāo)IP地址發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包，再要求對(duì)方返回一個(gè)同樣大小的數(shù)據(jù)包來確定兩臺(tái)網(wǎng)絡(luò)機(jī)器是否連接相通，時(shí)延是多少。

而對(duì)于W5500能夠ping通，官方博客的解釋是這樣：

W5500 若想Ping通的話需要保證以下2點(diǎn)：

1）物理信道通信正常：初步判定Link 燈及狀態(tài)燈指示正常。

2）配置了W5500的IP，網(wǎng)關(guān)，子網(wǎng)掩碼，MAC地址這些特殊寄存器

由于W5500內(nèi)部硬件邏輯電路實(shí)現(xiàn)了ARP協(xié)議。所以，一旦收到ping包請(qǐng)求的話，會(huì)自動(dòng)回復(fù)。以上的設(shè)置不過是為了保證基本信道及通訊能夠建立的而已。

反向而言，如果Ping不通，也可以先從這兩方面著手。

看上去并不是很難，如果想ping通的話只是需要配置好W5500的寄存器即可。

下面我們開始動(dòng)手

器件選擇basys2，開發(fā)環(huán)境ISE，以及野火的W5500網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展模塊

根據(jù)W5500的說明書，我們通過SPI協(xié)議來完成與W5500的通信，共有SCSn，SCLK，MOSI，MISO4路信號(hào)，且作為SPI從機(jī)工作。其工作方式有可變長度模式和固定數(shù)據(jù)長度

SPI協(xié)議定義了四種工作模式，每種模式的區(qū)別就是根據(jù)SCLK的極性和相位不同。W5500支持SPI模式0及模式3，數(shù)據(jù)都是在SCLK的上升沿鎖存，在下降沿輸出，而且無論發(fā)送與接收，均遵從最高標(biāo)志位（MSB）到最低標(biāo)志位（LSB）的傳輸序列。

W5500與外設(shè)主機(jī)的通信受SPI數(shù)據(jù)幀控制，W5500的幀分3段：地址段，控制端，數(shù)據(jù)段。

地址段為W5500寄存器或TX/RX 內(nèi)存指定了16位的偏移地址。控制段指定了地址段設(shè)定的偏移區(qū)域的歸屬，讀寫訪問模式以及SPI工作模式。數(shù)據(jù)段可以設(shè)置為任意長度或固定長度；如果SPI工作模式設(shè)置為可變數(shù)據(jù)長度模式，SPI的SCSn信號(hào)由外部主機(jī)SPI幀控制。

在可變數(shù)據(jù)長度模式，SCSn控制SPI幀的開始和停止：SCSn信號(hào)拉低，即代表W5500的SPI幀開始（地址段）SCSn信號(hào)拉高，即代表W5500的SPI幀結(jié)束（數(shù)據(jù)段的隨機(jī)N字節(jié)數(shù)據(jù)結(jié)尾）

SPI數(shù)據(jù)幀包括16位地址段的偏移地址，8位的控制段和N字節(jié)的數(shù)據(jù)段，8位的控制段可以通過修改區(qū)域選擇位（BSB[4:0]）,讀寫訪問模式位（RWB）以及SPI工作模式位（OM[1:0]）來重新定義。區(qū)域選擇選擇了屬于偏移地址的區(qū)域。

W5500支持?jǐn)?shù)據(jù)的連續(xù)讀寫。其流程為數(shù)據(jù)從偏移地址的基位會(huì)自增尋址加1傳輸接下來的數(shù)據(jù)。

在控制段中指定了地址段設(shè)定的偏移區(qū)域的歸屬，讀寫訪問模式以及SPI工作模式

所以我們?cè)陂_啟第一件事就是配置寄存器，而我們處理發(fā)送的順序?yàn)镻HY_MODE，MAC address，IP address，gateway_address（網(wǎng)關(guān)地址），Set the subnet mask，Set socket 0's mode，Set the size of socket 0's TX buffer，Set the source port for socket 0，Send the command to open the socket， Set the destination IP address for socket 0，Send the command to read the socket state。

好了，我們現(xiàn)在配置的協(xié)議了解了，順序也已經(jīng)了解了，而按順序發(fā)送即使用SPI在每一個(gè)上升沿發(fā)送，在下降沿讀取。發(fā)送的內(nèi)容以及SPI_clk我們選擇使用有限狀態(tài)機(jī)來實(shí)現(xiàn)。那我們下一步就來理順一下狀態(tài)轉(zhuǎn)移。

首先我們?cè)O(shè)置出幾個(gè)狀態(tài)，按其功能進(jìn)行命名

1.狀態(tài)初始在STATE_INITIALIZING狀態(tài)，該狀態(tài)內(nèi)將spi_clk拉低，下一狀態(tài)轉(zhuǎn)入STATE_SENDING_COMMAND，同時(shí)將initialization_progress加一，case他來選擇initialization_progress（mosi的數(shù)組集合）的賦值，首先是PHY_MODE，spi_chip_select_n賦值給零，spi_clock_count賦值給零，忙信號(hào)給1；此狀態(tài)結(jié)束

2.狀態(tài)轉(zhuǎn)入STATE_SENDING_COMMAND，spi_clk信號(hào)取反，即拉高，狀態(tài)沒有變化。

3.狀態(tài)依然是STATE_SENDING_COMMAND，spi_clk信號(hào)取反，即拉低，此時(shí)滿足下邊的條件，執(zhí)行將spi_clk_count加1，

反復(fù)執(zhí)行這兩個(gè)狀態(tài)，到spi_clk_count 加到32時(shí)，各項(xiàng)狀態(tài)仍和3是一樣，經(jīng)過了32x2個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘

4.狀態(tài)依然在STATE_AEND_COMMAND，只是將spi_chip_select_n拉高為1；此時(shí)is_initialized信號(hào)為初始值0，，此時(shí)將狀態(tài)轉(zhuǎn)換為STATE_INITIALIZING

狀態(tài)再次到達(dá)1，此種狀態(tài)一直重復(fù)直到將29個(gè)數(shù)據(jù)全部發(fā)送完畢。依次發(fā)送的是PHY_MODE，MAC address，IP address，gateway_address（網(wǎng)關(guān)地址），Set the subnet mask，Set socket 0's mode，Set the size of socket 0's TX buffer，Set the source port for socket 0，Send the command to open the socket， Set the destination IP address for socket 0，Send the command to read the socket state。

根據(jù)spi協(xié)議spi_clk 為低，狀態(tài)處在STATE_SENDING_COMMAND且spi_clk_count 在24到31之間的時(shí)候，由于相對(duì)于clk，spi_clk實(shí)質(zhì)上是clk的二分頻，所以對(duì)clk的上升沿的檢測(cè)就是對(duì)spi_clk的所有沿的檢測(cè)，在上升沿 處讀取數(shù)據(jù)，由高位到低位進(jìn)行讀取。在下降沿處發(fā)送數(shù)據(jù)，每次發(fā)送一位一位，同樣從高位到低位進(jìn)行發(fā)送。將最后一組數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束之后，waiting _for_socket賦值給1， 初始化的data_read為7個(gè)0，之后一直在等待套接字的狀態(tài)

這就是狀態(tài)轉(zhuǎn)移的基本思路

我們基礎(chǔ)設(shè)置IP為222.24.16.3（由于我的主機(jī)IP為222.24.16.163，所以設(shè)置了這個(gè)IP），子網(wǎng)掩碼為255.0.0.0（最?。?/p>

根據(jù)我們的思路，下邊就是代碼的書寫了

完成之后進(jìn)行仿真，

訂對(duì)后發(fā)現(xiàn)和我們想要的都一樣，仿真即通過。

（P.S.由于spi是系統(tǒng)時(shí)鐘的二分頻，是發(fā)送接受的時(shí)鐘線。spi_clock_count是發(fā)送的計(jì)數(shù)器，他的數(shù)值即為當(dāng)前發(fā)送到所給數(shù)據(jù)的位數(shù)。通過仿真可以發(fā)現(xiàn)狀態(tài)在010和011之間變換，即為位數(shù)的變化和發(fā)送內(nèi)容的更新。）

完成仿真之后就可以在開發(fā)板上實(shí)現(xiàn)一下，即下好之后將電腦和模塊之間用網(wǎng)線連接好，（我同時(shí)將無線，網(wǎng)絡(luò)等都關(guān)閉了，以保證此網(wǎng)絡(luò)之中只有模塊和主機(jī)兩個(gè)設(shè)備），打開cmd，ping一下我的模塊

這就證明ping通。

寄存器配置成功。

ping通只是開始，但僅僅一個(gè)ping通就已經(jīng)....這段時(shí)間的學(xué)習(xí)確實(shí)走了不少的彎路，博客，說明書，論壇，甚至到淘寶去找資料。就連C51，STM32的例程也學(xué)了一些。踉踉蹌蹌的完成了配置。

而要為了實(shí)現(xiàn)我們希望的功能咨詢了一下軟件大佬，首先是web服務(wù)器，web服務(wù)器是留在因特網(wǎng)上的程序，可以向?yàn)g覽器等web用戶提供文檔，也可以放置文件，讓全世界瀏覽。就是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的為客戶提供某種服務(wù)的專用計(jì)算機(jī)。所以我們向web服務(wù)器上發(fā)送HTTP包裝的協(xié)議，他解析分析之后再完成其他你想讓他完成的任務(wù)，或者是操作。但是W5500只是整合到傳輸層，所以感到還是前路慢慢啊。

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