單片機(jī)以太網(wǎng)控制芯片W7100A數(shù)據(jù)手冊（一）

W7100A iMCU是一個(gè)單片機(jī)以太網(wǎng)嵌入式控制芯片，它的的結(jié)構(gòu)是：內(nèi)嵌8051單片機(jī) + TCP/IP協(xié)議棧 + 10/100 高速以太網(wǎng)絡(luò)MAC/PHY

W7100A 是 W7100 的升級版。它增加了一些新功能，如記憶鎖定功能(Memory Lock)、休眠模式、最高支持16M字節(jié)外部存儲(chǔ)空間、特別功能寄存器(SFR)和GPIO上拉/下拉的控制(Pull-Up/Down Control)。另有64QFN封裝可供小型嵌入式裝置使用.

今天給大家介紹一下W7100A的結(jié)構(gòu)以及存儲(chǔ)器的部分。

概述

1.1簡介

iMCU W7100A是一個(gè)集合了8051兼容微處理器內(nèi)核,64K的SRAM以及高性能的硬件的TCP/IP協(xié)議棧內(nèi)核的單片式以太網(wǎng)解決方案, 具有很高的表現(xiàn)能力、執(zhí)行能力,以及易移植、易開發(fā)等特點(diǎn)。

W7100A網(wǎng)絡(luò)單片機(jī)的TCP/IP內(nèi)核是一個(gè)久經(jīng)市場考驗(yàn)的全硬件TCP/IP協(xié)議棧,其集成了以太網(wǎng)的MAC和PHY。硬件的TCP/IP協(xié)議棧支持TCP、UDP、IPv4、ICMP、ARP、IGMP和PPPoE,并且已經(jīng)在多年的眾多應(yīng)用中得以證明,成為了一項(xiàng)非常成熟的技術(shù)。

1.2 W7100A的特點(diǎn)

• 與標(biāo)準(zhǔn)8051微處理器完全兼容

• 運(yùn)行速度比標(biāo)準(zhǔn)8051快4~5倍

• 內(nèi)嵌10/100Mbps以太網(wǎng)物理層

• 設(shè)休眠模式以減低功耗

• 全硬件TCP/IP協(xié)議棧: TCP、UDP、IPv4、ICMP、ARP、IGMP、PPPoE和Ethernet

• 支持自動(dòng)握手(全雙工/半雙工模式)及自動(dòng)極性變換(MDI/MDIX)

• 支持ADSL連接 (支持與PAP/CHAP驗(yàn)證模式下的PPPOE協(xié)議)

• 支持8個(gè)獨(dú)立SOCKET同時(shí)通訊

• 32K字節(jié)高速內(nèi)部TCP/IP數(shù)據(jù)處理緩存

• 多功能LED信號輸出（TX、RX、全雙工/半雙工，IP沖突、連接及速度等指示）

• 不支持IP分段

• 雙數(shù)據(jù)指針（DPTR），可用于快速存儲(chǔ)器塊訪問

○先進(jìn)的INC和DEC模式

○ 自動(dòng)切換當(dāng)前DPTR

• 64K字節(jié)內(nèi)部RAM

• 255字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù)Flash、64K字節(jié)內(nèi)部程序Flash、2K字節(jié)內(nèi)部Boot ROM

• 最高支持16M字節(jié)外部存儲(chǔ)空間

• 中斷控制器

○ 2個(gè)優(yōu)先級別

○ 4個(gè)外部中斷

○ 1個(gè)看門狗中斷

• 4個(gè)8位I/O口

• 3個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器s

• 1個(gè)全雙工UART

• 可編程看門狗定時(shí)器

• 提供DoCD™調(diào)試單元

• 高耐產(chǎn)品

○ 至少100，000次程序讀寫周期

○ 至少10年的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存能力

1.37100A的結(jié)構(gòu)圖和特點(diǎn)

圖1.1顯示W(wǎng)7100A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，如下說明了詳細(xì)的結(jié)構(gòu)功能:

ALU– 在執(zhí)行指令的過程中負(fù)責(zé)算術(shù)和邏輯運(yùn)算。它包含累加器(ACC)、程序狀態(tài)字(PSW)、B寄存器和相關(guān)的邏輯，如算術(shù)單元、邏輯運(yùn)算單元、乘法器和除法器。

SFR–特殊控制寄存器的訪問。它包含標(biāo)準(zhǔn)和用戶定義的寄存器和相關(guān)的邏輯。使用所有直接尋址模式指令，可以快速訪問用戶定義的外部設(shè)備(包括讀、寫或修改)。

1.3.1ALU(算術(shù)邏輯單元)

W7100A是與標(biāo)準(zhǔn)的8051單片機(jī)兼容的,并維持所有指令助記符和二進(jìn)制的兼容性。W7100A結(jié)合了許多良好的設(shè)計(jì),從而增強(qiáng)功能,使得W7100A的單片機(jī)能夠高速地執(zhí)行指令。

在W7100A單片機(jī)里的ALU負(fù)責(zé)執(zhí)行大量的數(shù)據(jù)操作。它是由一個(gè)8位的算術(shù)邏輯單元(ALU)、一個(gè)ACC(0XE0)寄存器、一個(gè)B(0xF0)寄存器和PSW(0xD0)寄存器所組合而成。

ACC(0xE0)

圖1.2 累加器ACC寄存器

B寄存器在乘法和除法運(yùn)算過程中使用。在其他情況下,該寄存器可被用作為SFR使用。

B(0xF0)

圖1.3 B寄存器

ALU主要負(fù)責(zé)算術(shù)運(yùn)算,如加法、減法、乘和法除法運(yùn)算,還進(jìn)行其它操作,如遞增、遞減、BCD十進(jìn)制加調(diào)整和比較。邏輯單元利用"AND"、"OR"、"Exclusive OR"、"Complement"或"Rotation"來進(jìn)行不同的操作。布爾處理器主要負(fù)責(zé)"位"的操作,如"set"、"clear"、"complement"、"jump-if-not-set"、"jump-if-set-and-clear"和 "move to/from carry"。

PSW(0xD0)

圖1.4 程序狀態(tài)字寄存器

圖1.5 PSW寄存器

PSW寄存器包含的位,可以反映出MCU的當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)。

1.3.2TCPIP內(nèi)核

圖1.6 TCPIP內(nèi)核結(jié)構(gòu)圖

以太網(wǎng)物理層(PHY)

W7100A包含了一個(gè)10BaseT/100BaseTX的以太網(wǎng)物理層。它支持全雙工/半雙工模式、自動(dòng)握手和動(dòng)極性變換(MDI/MDIX)。它還支持6個(gè)網(wǎng)絡(luò)指示信號燈,如傳送、接收、全雙工/半雙工模式、網(wǎng)絡(luò)沖突、網(wǎng)絡(luò)連接和網(wǎng)絡(luò)速度。

TCPIP引擎

TCPIP引擎是基于WIZnet技術(shù)的硬件邏輯網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

• 802.3 Ethernet MAC (以太網(wǎng)介質(zhì)訪問控制)

它控制以太網(wǎng)CSMA/CD(載波監(jiān)聽、多點(diǎn)接入、沖突檢測)的訪問。這協(xié)議是以48位源/目的MAC地址為基礎(chǔ)。

• PPPoE (以太網(wǎng)上的點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議)

這實(shí)現(xiàn)在以太網(wǎng)上的點(diǎn)對點(diǎn)服務(wù)的協(xié)議技術(shù)。在傳輸時(shí),它把有效載荷(點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)據(jù)幀)封裝在以太網(wǎng)幀內(nèi),然後在接收時(shí)把點(diǎn)對點(diǎn)幀解開。 PPPoE支持與PPPoE服務(wù)器以及PAP//CHAP認(rèn)證進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)通信。

• ARP (地址解析協(xié)議)

ARP是一種以通過使用IP地址來解析MAC地址的協(xié)議。它與對端交換ARP應(yīng)答和ARP請求,來確定互相的MAC地址。

• IP (互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議)

該協(xié)議應(yīng)用于IP層以提供數(shù)據(jù)通信。因它并不支持IP分段,所以是不可能接收分段的數(shù)據(jù)包。除TCP或UDP外,支持其他所有的協(xié)議名。而在TCP或UDP的模式下,會(huì)使用硬件TCPIP協(xié)議棧。

• ICMP (互聯(lián)網(wǎng)控制信息協(xié)議)

ICMP提供互聯(lián)網(wǎng)控制信息,如無法到達(dá)目的地等。當(dāng)接收到一個(gè)PING請求的ICMP數(shù)據(jù)包時(shí),一個(gè)PING答復(fù)的ICMP數(shù)據(jù)包就被發(fā)送。

• IGMPv1/v2 (互聯(lián)網(wǎng)分組管理協(xié)議 - 版本1/2)

該協(xié)議處理IGMP的信息,如加入/離開分組等。IGMP只在UDP多播模式下生效。它只支持IGMP版本1和2的邏輯,當(dāng)使用較新版本的IGMP時(shí),需要以手動(dòng)方式在IP層實(shí)現(xiàn)。

• UDP(用戶報(bào)文協(xié)議)

該協(xié)議支持在UDP層的數(shù)據(jù)通信,還支持如單播、多播和廣播等的用戶報(bào)文。

• TCP(傳輸控制協(xié)議)

該協(xié)議應(yīng)用于TCP層以提供數(shù)據(jù)通信。它能支持TCP服務(wù)器和TCP客戶端模式。

1.4引腳說明

1.4.1引腳分配

封裝類型: LQFP 100

圖1.7 W7100A - LQFP100引腳分布

封裝類型: QFN 64

圖1.8 W7100A - QFN64引腳分配

1.4.2引腳說明

下表描述了引腳的功能。所有引腳都是單向的,沒有三態(tài)輸出引腳和內(nèi)部信號。

1.4.1 配置

1.4.2 定時(shí)器

1.4.3UART

1.4.4DoCD™可兼容調(diào)試器

1.4.5中斷/時(shí)鐘

1.4.6GPIO

注:用戶可以通過PxPU/PxPD SFR控制GPIO I/O的驅(qū)動(dòng)電壓。

注:在這種情況下,GPIO 0~3可用于傳輸外部存儲(chǔ)地址和數(shù)據(jù)。有關(guān)詳情請參考2.3"外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器訪問"。