全硬件TCP/IP協(xié)議棧學習筆記 （第八天：W5500+FPGA實現(xiàn)tcp連接）

經(jīng)歷了一個多月的調(diào)試，最終終于使用basys2將tcp模式配置成功了。

首先說一下思路吧，首先W5500的發(fā)送與接收與開發(fā)板的通信使用的是SPI協(xié)議，下降沿發(fā)送,上升沿接收。每次發(fā)送的數(shù)據(jù)格式為前十六位為地址位，之后五位為寄存器區(qū)的選塊，例如常用的為5‘b00000為通用寄存器區(qū)，5’b00001為socket1寄存器區(qū)。接下來一位為讀寫操作位，0為讀數(shù)據(jù)，1為寫數(shù)據(jù)。接下來兩位是SPI模式選擇，00代表使用SCSN信號確定位寬，01代表一位字長（八個二進制數(shù)），10代表兩位字長（十六個二進制數(shù)），11代表四位字長（32個二進制數(shù)）。隨后便是和之前字長相匹配的數(shù)據(jù)位。格式如下：

0000000000000000_ 00000__1_01_00000000

地址位 寄存器區(qū) 寫 一位字長 數(shù)據(jù)

在發(fā)送數(shù)據(jù)與接收數(shù)據(jù)的時候，要保證數(shù)據(jù)位和SCK信號沿對其，同時要保證SCSN為低電平。具體的SPI發(fā)送可以參考之前的博客。

說完了發(fā)送的格式，接下來我們來說一說發(fā)送的數(shù)據(jù)。

首先我們要明確我們要配置數(shù)據(jù)，我們要發(fā)送我們的IP，GATEWAY，MAC，端口以及目的IP，端口。實際上我們講的發(fā)送應該是配置寄存器，我們是在將我們發(fā)送所必須的信息寫入寄存器中。在發(fā)送數(shù)據(jù)之前我們要首先將我們W5500通過外邊的接口硬復位，之后對模式寄存器進行讀操作，直到模式寄存器的最低位為0時，即復位完成，我們在進行其他的寫入操作。在復位結(jié)束之后，我們可以將IP，MAC，GATEWAY等數(shù)據(jù)寫入對應的寄存器中，具體的寄存器地址和所屬寄存器區(qū)具體參看W5500的手冊，里邊的東西都寫的非常清楚。

在配置完成這些之后，我們對socket1 mode即1端口的模式選擇寄存器進行書寫，將W5500模式選擇為TCP模式。具體的操作為將對應的后三位寫入為001。之后再對該寄存器進行讀操作，以此來確定模塊卻是在TCP模式運行。確認之后開始配置目標IP，端口，最大字長等信息。之所以先配置TCP模式是因為我們后邊配置的寄存器都屬于端口寄存器區(qū)，而我們在配置之前應先配置模式寄存器。

完成這些配置之后，我們來接觸兩個很特殊但是也很重要的寄存器，一個是CR寄存器，另一個是SR寄存器（原諒我平板打字實在不想寫全稱了）。在我們完成以上基礎的寄存器配置之后，我們對CR寄存器寫入對應特定的值，該值可以讓模塊進行對應的操作。而我們要知道該操作是否完成，我們就要對SR寄存器進行讀操作，讀出的對應值代表模塊當前所處在的模式狀態(tài)。如我們最初對CR寄存器寫入值0x01，表示我們將模塊設置為TCP，之后我們對SR寄存器進行讀操作，如果讀出的值是0x13，那么代表模塊當前處在TCP客戶端模式，我們即可進行下一步操作。我們之后再進行對應的操作，例如要將模塊設置為偵聽狀態(tài)下，將CR寄存器寫入0x04，讀SR寄存器值為0x17即為處在偵聽狀態(tài)。接下來我們對發(fā)送區(qū)讀指針寄存器讀操作來獲取當前讀指針，隨后根據(jù)讀指針讀出的數(shù)據(jù)將我們要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入到發(fā)送緩存即可。這樣就完成了數(shù)據(jù)的發(fā)送。

這樣，我們將配置的大概思路講完了。

設計模塊如下

在具體書寫時，我將SPI發(fā)送與接收寫在了一個模塊，而且發(fā)送與接收都只是發(fā)送8位和接收8位。SCSN信號是在該模塊中產(chǎn)生，具體發(fā)送與接收都是使用狀態(tài)機來書寫，SCSN信號在發(fā)送第一位的時候拉低，最后一位發(fā)送結(jié)束之后拉高。（注意，是發(fā)送結(jié)束之后不是發(fā)送最后一位時就拉低。）SPI發(fā)送與接收部分就結(jié)束了，在書寫時要注意接收條件為SCSN信號為低信號同時SCK信號的上升沿，發(fā)送的條件是SCSN信號為低同時SCK信號的下降沿。

8位發(fā)送數(shù)據(jù)波形如下

我們將要發(fā)送的信息寫在一個狀態(tài)機模塊中，通過狀態(tài)機來實現(xiàn)發(fā)送信息的按順序發(fā)送。我們將每次發(fā)送的信息按照8位來拆解，想對應的想發(fā)送一位時就要發(fā)送總共32位，和下來就是發(fā)送四段。兩位時發(fā)送五段，四位時發(fā)送7段。相應的讀操作也是一樣，由于我在我所做的項目中所需讀的數(shù)據(jù)均為一個字長，即為8位，所以我只寫了讀一個字長的操作。拆解的過程就是移位加取高8位，另加一個計數(shù)器即可完成。而每次發(fā)送的觸發(fā)信號即為上邊的SPI控制模塊在接受或者發(fā)送結(jié)束后發(fā)送的結(jié)束信號。當接收到發(fā)送或接收的結(jié)束信號，即可將下一個8位數(shù)據(jù)傳輸給SPI控制模塊。

最后我寫了一個同步FIFO來將幾個拆分的幾位數(shù)據(jù)合并。

合并之后波形如下

其實最初這個FIFO是用來救場的，由于最初書寫的時候沒有認真的研究說明書，想成每次發(fā)送8位，后來意識到這件事情的時候時間有些緊張，就想寫一個FIFO來救個場，就過再后來做的時候，發(fā)現(xiàn)實際上是因禍得福，這種書寫方式可以有效的減少資源，而且在SPI控制模塊也會更加簡單，在最后糾錯時也好找錯誤字段。

到此，設計思路和配置思路均結(jié)束。這幾天還是有些忙，稍后把仿真圖補一下吧。等到元旦后期末結(jié)束了認認真真的將W5500數(shù)據(jù)傳輸從硬件連接到網(wǎng)絡編程寫一篇大報告分享出來。

最后，說個心聲吧，從ping通到今天完成，足足過了5，6這五六周，有躊躇滿志，更多的是茫然無措。但是我就決定一定要做出來?，F(xiàn)在完成之后激動的都不想睡覺了抓緊時間總結(jié)發(fā)出來。代碼量對于我來說感覺仿佛突破了自己，風格可能還很稚嫩，但是真的很有成就感。尤其是在一個問題卡住了2周多的時間結(jié)果一個偶然發(fā)現(xiàn)是配置管腳的UCF錯了但時候，恨透了愚蠢的自己。這段時間的學習真的收獲了太多了，感謝這段時間的自己。