一、概述

本文應(yīng)用主要是使用SPI驅(qū)動(dòng)wiznet的網(wǎng)絡(luò)接口芯片W5xxx，根據(jù)wiznet提供的ioLibrary_Driver庫(kù)支持W5100、W5100S、W5200、W5300、W5500。主要從以下幾點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明：

使用hpm_sdk的cmake框架對(duì)接wiznet的ioLibrary_Driver。

ioLibrary_Driver的底層讀寫(xiě)相關(guān)操作接口注冊(cè)對(duì)接。

以ioLibrary_Driver庫(kù)測(cè)試wiznet的速率性能。

本文不做wiznet芯片相關(guān)寄存器闡述，只簡(jiǎn)單闡述W5xxx的通信機(jī)制。

本文以W5500作為本文測(cè)試芯片。

本文例子倉(cāng)庫(kù)分支地址：

https://github.com/RCSN/hpm_sdk_extra/tree/feature/add_spi_drive_wizchip_w5xxx_sample/spi_drive_wizchip_w5xxx

二、流程

（一）使用hpm_sdk的cmake框架對(duì)接wiznet的ioLibrary_Driver

在一些開(kāi)源項(xiàng)目上，可能并沒(méi)有使用cmake來(lái)進(jìn)行搭建，而hpm_sdk基于cmake構(gòu)建，所以在移植的過(guò)程中，建議使用cmake框架加入開(kāi)源項(xiàng)目。本文以對(duì)接wiznet的ioLibrary_Driver作為例子供開(kāi)發(fā)者相關(guān)參考。

wiznet的ioLibrary_Driver倉(cāng)庫(kù)地址：

https://github.com/Wiznet/ioLibrary_Driver

里面包含了w5xxx的驅(qū)動(dòng)程序以及應(yīng)用程序協(xié)議，使用該庫(kù)基本可以很快能對(duì)接好相應(yīng)的功能實(shí)現(xiàn)。

需要關(guān)心的是Ethernet文件夾，里面包含了如W5500，W5300，W5200，W5100，W5100S的讀寫(xiě)相關(guān)中間層，還提供了socket應(yīng)用層操作接口。

1、芯片讀寫(xiě)操作層加入

在此庫(kù)中，僅支持一款w5xxx，所以添加到工程，也只能是一個(gè)芯片讀寫(xiě)操作的文件夾。在每個(gè)芯片上加入cmakelists文件，把對(duì)應(yīng)的頭文件包含以及添加對(duì)應(yīng)的C文件。

如以下：比如W5100文件夾，使用sdk_inc和sdk_src命令，把該文件下的所需的文件進(jìn)行添加以及包含該文件夾的頭文件。

2、Ethernet文件加入

外層想使用文件夾的時(shí)候，可以通過(guò)set一個(gè)參數(shù)來(lái)判斷對(duì)應(yīng)的芯片操作選擇，然后再添加ethernet內(nèi)部的socket.c和config.c文件。

通過(guò)CONFIG_WIZNET參數(shù)來(lái)進(jìn)行對(duì)不同芯片加入篩選，以及加入兩個(gè)宏定義，一個(gè)是給config表示目前使用的是哪個(gè)芯片，一個(gè)是讓app知道引用的是哪個(gè)頭文件。

3、APP加入ioLibrary_Driver相關(guān)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") 設(shè)置CONFIG_WIZNET為w5500，這樣cmake到ioLibrary_Driver索引時(shí)候只添加w5500這個(gè)文件夾。

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

（3）sdk_app_src sdk_inc 加入ioLibrary_Driver需要的相關(guān)文件和頭文件

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

可以看到ioLibrary_Drivers對(duì)應(yīng)的目錄和文件都已經(jīng)添加到SES。

如此編譯也Ok

(二)ioLibrary_Driver的底層讀寫(xiě)相關(guān)操作接口注冊(cè)對(duì)接

在ioLibrary_Drivers的config上，需要接口注冊(cè)的主要是臨界區(qū)、CS片選操作、單字節(jié)收發(fā)、塊收發(fā)傳輸接口。在該庫(kù)中也有對(duì)應(yīng)的注冊(cè)接口wizchip_conf.h中。

1、臨界區(qū)注冊(cè)

這里臨界主要做全局中斷的使能和禁止，可根據(jù)自身應(yīng)用添加

2、CS片選信號(hào)操作注冊(cè)

在這里為了避免CS拉低后存在較高的間隔，實(shí)際的拉低在actual_cs_sel API操作，就是在開(kāi)啟SPI傳輸?shù)臅r(shí)候調(diào)用，具體請(qǐng)?jiān)斠?jiàn) 玩轉(zhuǎn)先楫SPI外設(shè)系列 文章，這里不做闡述說(shuō)明。

cs操作接口使用sdk對(duì)應(yīng)的board的cs操作API，可自行根據(jù)應(yīng)用更改。

3、讀寫(xiě)單字節(jié)操作注冊(cè)

需要注意的是，這里為了方便快速操作，比如在讀接口SPI設(shè)置為只讀，然后設(shè)置傳輸長(zhǎng)度，復(fù)位FIFO，開(kāi)啟傳輸，等待數(shù)據(jù)接收完成后讀取數(shù)據(jù)。寫(xiě)接口也是如此。具體請(qǐng)?jiān)斠?jiàn) 玩轉(zhuǎn)先楫SPI外設(shè)系列 文章，這里同樣不做闡述說(shuō)明。

4、塊讀寫(xiě)傳輸操作注冊(cè)

DMA相關(guān)的操作請(qǐng)?jiān)斠?jiàn) 玩轉(zhuǎn)先楫SPI外設(shè)系列 文章，這里同樣不做闡述說(shuō)明。

5、注冊(cè)相關(guān)操作接口

（三）以ioLibrary_Driver庫(kù)測(cè)試wiznet的速率性能。

W5500官方手冊(cè)中，雖然可以支持到80M的SPI SCLK，但官方的建議是33.3M推薦頻率，再高的頻率會(huì)出現(xiàn)些許采樣問(wèn)題，在實(shí)際測(cè)試的過(guò)程中也是如此，hpm_sdk的Board.h默認(rèn)為20M，本文SLCK的頻率調(diào)整為30M左右測(cè)試。

在性能上，wiznet官方也出了W5500對(duì)應(yīng)的MAX速率為15Mbps。如果需要更高的可以選擇W5100/s

在本文所實(shí)現(xiàn)的例子實(shí)現(xiàn)中，可通過(guò)cmakelists開(kāi)啟或者關(guān)閉DHCP，或者開(kāi)啟和關(guān)閉tcp iperf測(cè)試。默認(rèn)都是開(kāi)啟。

如果想靜態(tài)IP分配，那么直接在main.c中更改load_net_parameters API里面的ip值即可。

這里iperf測(cè)試主要測(cè)試W5500作為Tcp client的發(fā)送性能。在SPI SCLK 30M下，可以達(dá)到17Mbps速度性能，與wiznet官方提供的15Mbsps速率相當(dāng)，滿足性能需求。

目前ioLibrary_Driver庫(kù)性能還能繼續(xù)提升，比如修改socket的send和recv實(shí)現(xiàn)邏輯，減少查詢和等待；中間層少數(shù)據(jù)收發(fā)再次封裝等等。

在邏輯分析儀下，socket的發(fā)送接口send，在實(shí)際發(fā)送前，會(huì)查詢以及等待相關(guān)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)寄存器，占用了不少時(shí)間。wiznet提供的15mbps只有理論的一半性能也是這個(gè)時(shí)間所消耗引起。

三、總結(jié)

在ioLibrary_Driver庫(kù)下，hpm的SPI驅(qū)動(dòng)W5500的網(wǎng)絡(luò)性能可以達(dá)到17Mbps，與wiznet官方的15Mbps保持一致。

如果需要提高性能，可以選擇wetne其他芯片。或者自身優(yōu)化wiznet的ioLibrary_Driver庫(kù)。比如socket的發(fā)送send邏輯。

對(duì)于HPM6200，HPM5300等先楫通用MCU沒(méi)有以太網(wǎng)接口，但是有實(shí)際以太網(wǎng)需求或者方案平替，可以選擇SPI驅(qū)動(dòng)相關(guān)的芯片網(wǎng)絡(luò)接口。