使用SPI驱动wiznet的网络接口芯片W5xxx

一、概述

本文应用主要是使用SPI驱动wiznet的网络接口芯片W5xxx，根据wiznet提供的ioLibrary_Driver库支持W5100、W5100S、W5200、W5300、W5500。主要从以下几点进行说明：

使用hpm_sdk的cmake框架对接wiznet的ioLibrary_Driver。

ioLibrary_Driver的底层读写相关操作接口注册对接。

以ioLibrary_Driver库测试wiznet的速率性能。

本文不做wiznet芯片相关寄存器阐述，只简单阐述W5xxx的通信机制。

本文以W5500作为本文测试芯片。

二、流程

（一）使用hpm_sdk的cmake框架对接wiznet的ioLibrary_Driver

在一些开源项目上，可能并没有使用cmake来进行搭建，而hpm_sdk基于cmake构建，所以在移植的过程中，建议使用cmake框架加入开源项目。本文以对接wiznet的ioLibrary_Driver作为例子供开发者相关参考。

里面包含了w5xxx的驱动程序以及应用程序协议，使用该库基本可以很快能对接好相应的功能实现。

需要关心的是Ethernet文件夹，里面包含了如W5500，W5300，W5200，W5100，W5100S的读写相关中间层，还提供了socket应用层操作接口。

1、芯片读写操作层加入

在此库中，仅支持一款w5xxx，所以添加到工程，也只能是一个芯片读写操作的文件夹。在每个芯片上加入cmakelists文件，把对应的头文件包含以及添加对应的C文件。

如以下：比如W5100文件夹，使用sdk_inc和sdk_src命令，把该文件下的所需的文件进行添加以及包含该文件夹的头文件。

2、Ethernet文件加入

外层想使用文件夹的时候，可以通过set一个参数来判断对应的芯片操作选择，然后再添加ethernet内部的socket.c和config.c文件。

通过CONFIG_WIZNET参数来进行对不同芯片加入筛选，以及加入两个宏定义，一个是给config表示目前使用的是哪个芯片，一个是让app知道引用的是哪个头文件。

3、APP加入ioLibrary_Driver相关文件。

在本文中，使用的芯片是W5500，需要用到DHCP和ioLibrary_Driver里面application的loopback的tcp client接口，那么在app的camkelist可以做以下操作：

（1）set(CONFIG_WIZNET "w5500") 设置CONFIG_WIZNET为w5500，这样cmake到ioLibrary_Driver索引时候只添加w5500这个文件夹。

（2）add_subdirectory(ioLibrary_Driver)  加入ioLibrary_Driver文件目录

（3）sdk_app_src sdk_inc 加入ioLibrary_Driver需要的相关文件和头文件

4、使用sdk_env的start_gui生成工程或者使用命令行生成都可以。这里使用start_gui

可以看到ioLibrary_Drivers对应的目录和文件都已经添加到SES。

如此编译也Ok

(二)ioLibrary_Driver的底层读写相关操作接口注册对接

在ioLibrary_Drivers的config上，需要接口注册的主要是临界区、CS片选操作、单字节收发、块收发传输接口。在该库中也有对应的注册接口wizchip_conf.h中。

1、临界区注册

这里临界主要做全局中断的使能和禁止，可根据自身应用添加

2、CS片选信号操作注册

在这里为了避免CS拉低后存在较高的间隔，实际的拉低在actual_cs_sel API操作，就是在开启SPI传输的时候调用，具体请详见 玩转先楫SPI外设系列 文章，这里不做阐述说明。

cs操作接口使用sdk对应的board的cs操作API，可自行根据应用更改。

3、读写单字节操作注册

需要注意的是，这里为了方便快速操作，比如在读接口SPI设置为只读，然后设置传输长度，复位FIFO，开启传输，等待数据接收完成后读取数据。写接口也是如此。具体请详见 玩转先楫SPI外设系列 文章，这里同样不做阐述说明。

4、块读写传输操作注册

DMA相关的操作请详见  玩转先楫SPI外设系列 文章，这里同样不做阐述说明。

5、注册相关操作接口

（三）以ioLibrary_Driver库测试wiznet的速率性能。

W5500官方手册中，虽然可以支持到80M的SPI SCLK，但官方的建议是33.3M推荐频率，再高的频率会出现些许采样问题，在实际测试的过程中也是如此，hpm_sdk的Board.h默认为20M，本文SLCK的频率调整为30M左右测试。

在性能上，wiznet官方也出了W5500对应的MAX速率为15Mbps。如果需要更高的可以选择W5100/s

在本文所实现的例子实现中，可通过cmakelists开启或者关闭DHCP，或者开启和关闭tcp iperf测试。默认都是开启。

如果想静态IP分配，那么直接在main.c中更改load_net_parameters API里面的ip值即可。

iperf测试软件链接: 

https://cloud.firebbs.cn/forum/201903/14/141408i20v8ny2i8tckkzy.zip?OSSAccessKeyId=LTAI4GJiLU8j9rPvpTDpqQKC&Expires=1698567700&Signature=JPFda8WE9%2BSZpIcf8JY8xOHd4xo%3D

这里iperf测试主要测试W5500作为Tcp client的发送性能。在SPI SCLK 30M下，可以达到17Mbps速度性能，与wiznet官方提供的15Mbsps速率相当，满足性能需求。

目前ioLibrary_Driver库性能还能继续提升，比如修改socket的send和recv实现逻辑，减少查询和等待；中间层少数据收发再次封装等等。

在逻辑分析仪下，socket的发送接口send，在实际发送前，会查询以及等待相关网络状态寄存器，占用了不少时间。wiznet提供的15mbps只有理论的一半性能也是这个时间所消耗引起。

三、总结

在ioLibrary_Driver库下，hpm的SPI驱动W5500的网络性能可以达到17Mbps，与wiznet官方的15Mbps保持一致。

如果需要提高性能，可以选择wetne其他芯片。或者自身优化wiznet的ioLibrary_Driver库。比如socket的发送send逻辑。

对于HPM6200，HPM5300等先楫通用MCU没有以太网接口，但是有实际以太网需求或者方案平替，可以选择SPI驱动相关的芯片网络接口。

　　审核编辑：汤梓红