二十六、W5100S/W5500+RP2040树莓派Pico＜WOL示例＞

编程入门行业动态更新时间:2024-10-21 11:40:00

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二十六、W5100S/W5500+RP2040树莓派Pico＜WOL示例＞

文章目录

1 前言
2 简介
- 2 .1 什么是Wake on LAN？
- 2.2 Wake on LAN的优点
- 2.3 Wake on LAN数据交互原理
- 2.4 Wake on LAN应用场景
3 WIZnet以太网芯片
4 Wake on LAN示例概述以及使用
- 4.1 流程图
- 4.2 准备工作核心
- 4.3 连接方式
- 4.4 主要代码概述
- 4.5 结果演示
5 注意事项
6 相关链接

1 前言

Wake on LAN技术结合了智能合约和区块链技术，这使得交易变得更为安全、快捷和透明。同时，Wake on LAN实现了分布式共识算法，这使得大规模的交易可以保持高效性和稳定性。

W5100S/W5500是一款集成全硬件 TCP/IP 协议栈的嵌入式以太网控制器，同时也是一颗工业级以太网控制芯片。本教程将介绍W5100S/W5500以太网WOL应用的基本原理、使用步骤、应用实例以及注意事项，帮助读者更好地掌握这一技术。

2 简介

2 .1 什么是Wake on LAN？

“Wake on LAN”（简称WOL）是一种计算机网络远程启动技术，它允许通过互联网或局域网远程唤醒一台处于关闭状态的计算机。这种技术主要应用于远程管理、远程办公、家庭自动化等领域。

2.2 Wake on LAN的优点

Wake on LAN的特点主要包括以下几个方面：

远程启动：Wake on LAN允许用户从远程位置启动计算机，无需亲自操作计算机。
节能环保：通过远程启动计算机，可以节省能源并减少碳排放。
方便快捷：Wake on LAN技术简单易用，不需要繁琐的设置和操作。
安全性高：远程启动计算机需要通过特定的数据包和匹配参数才能实现，因此安全性较高。
广泛适用：Wake on LAN适用于家庭、办公室、数据中心等场所，也适用于计算机租赁、服务器管理等场景。

2.3 Wake on LAN数据交互原理

Wake on LAN（远程启动局域网计算机）的原理步骤如下：
1. 发送端（用户端）通过软件或硬件（如网卡）发送一个“唤醒数据包”（Magic Packet，或者称为“魔术包”），该数据包的目标地址就是需要被唤醒的计算机的MAC地址。
2. 唤醒数据包是一个广播帧，包含目标计算机的MAC地址。由于MAC地址的唯一性，使得数据包可以在网络中被唯一的识别。
3. 当目标计算机接收到这个唤醒数据包时，会检查其中的MAC地址和密码信息。如果这些信息与预先在计算机中设置的值相匹配，那么计算机就会从关闭状态中被唤醒，并且开始引导（BootLoader）或运行状态。

2.4 Wake on LAN应用场景

Wake on LAN（远程启动局域网计算机）技术可以应用于多种场景，以下是一些常见的应用场景：

远程办公：通过WOL技术，用户可以在家中或其他地点远程启动公司或办公室的计算机，从而实现在家办公或远程办公。
服务器管理：服务器管理员可以使用WOL技术来远程启动和管理服务器，以便进行软件安装、系统更新或其他维护任务。
家庭自动化：通过将家中的计算机与其他智能设备连接，并使用WOL技术，用户可以在家中远程控制其他设备，例如打开灯光、调节温度等。
多媒体应用：WOL技术可以用于远程启动媒体播放器或其他设备，以实现远程播放视频、音频或其他多媒体内容。
网络监控：使用WOL技术可以远程启动网络摄像头或其他监控设备，以便进行安全监控或远程巡检。
智能家居：与家庭自动化类似，WOL技术也可以用于智能家居领域，例如远程控制家电、照明、窗帘等设备。

3 WIZnet以太网芯片

WIZnet 主流硬件协议栈以太网芯片参数对比

Model	Embedded Core	Host I/F	TX/RX Buffer	HW Socket	Network Performance
W5100S	TCP/IPv4， MAC & PHY	8bit BUS, SPI	16KB	4	Max.25Mbps
W6100	TCP/IPv4/IPv6, MAC & PHY	8bit BUS, Fast SPI	32KB	8	Max.25Mbps
W5500	TCP/IPv4, MAC & PHY	Fast SPI	32KB	8	Max 15Mbps

W5100S/W6100 支持 8bit数据总线接口，网络传输速度会优于W5500。
W6100 支持IPv6，与W5100S 硬件兼容，若已使用W5100S的用户需要支持IPv6，可以Pin to Pin兼容。
W5500 拥有比 W5100S更多的 Socket数量以及发送与接收缓存。

4 Wake on LAN示例概述以及使用

4.1 流程图

程序的运行框图如下所示：

4.2 准备工作核心

软件

Visual Studio Code
WIZnet UartTool
NetAssist

硬件

W5100SIO模块 + RP2040 树莓派Pico开发板或者 WIZnet W5100S-EVB-Pico开发板
Micro USB 接口的数据线
TTL 转 USB
网线

4.3 连接方式

通过数据线连接PC的USB口（主要用于烧录程序，也可以虚拟出串口使用）
通过TTL串口转USB，连接UART0 的默认引脚：
- RP2040 GPIO0（UART0 TX） <----> USB_TTL_RX
- RP2040 GPIO1（UART0 RX） <----> USB_TTL_TX
使用模块连接RP2040 进行接线时
- RP2040 GPIO16 <----> W5100S MISO
- RP2040 GPIO17 <----> W5100S CS
- RP2040 GPIO18 <----> W5100S SCK
- RP2040 GPIO19 <----> W5100S MOSI
- RP2040 GPIO20 <----> W5100S RST
通过PC和设备都通过网线连接路由器LAN口

4.4 主要代码概述

我们使用的是WIZnet官方的ioLibrary_Driver库。该库支持的协议丰富，操作简单，芯片在硬件上集成了TCP/IP协议栈，该库又封装好了TCP/IP层之上的协议，我们只需简单调用相应函数即可完成协议的应用。

第一步：wol.c文件中加入对应的库文件。

第二步：定义DHCP配置需要的宏。

第三步：网络信息的配置,开启DHCP模式。

第四步：编写定时器回调处理函数，用于 DHCP 1秒嘀嗒定时器处理函数。

第五步：主函数先是定义了一个定时器结构体参数用来触发定时器回调函数，对串口和SPI进行初始化，然后写入W5100S的网络配置参数，初始化DHCP后开始DHCP获取IP，获取到就打印获取到的IP，获取次数超过最大获取次数时就使用静态IP，主循环一个Switch状态机轮询socket状态,进行连接远程设备后，然后进行数据收发，判断接收到的包是否是魔术包，是魔术包就进入中断，将设备唤醒。

#include <stdio.h>
#include "pico/stdlib.h"
#include "pico/binary_info.h"
#include "hardware/spi.h"#include "wizchip_conf.h"
#include "bsp_spi.h"
#include "dns.h"
#include "dhcp.h"
#include "socket.h"#define _WIZCHIP_ W5100S // W5100S,W5500#define W5100S_WOL 0x08 /**< Wake on Lan */
#define W5500_WOL 0x20  /**< Wake on Lan */
#define SOCKET_ID 1
#define ETHERNET_BUF_MAX_SIZE (1024 * 2)
#define DHCP_RETRY_COUNT 5 // DHCP retry timeswiz_NetInfo net_info = {.mac = {0x00, 0x08, 0xdc, 0x16, 0xed, 0x2f}, // Define MAC variables.ip = {192, 168, 1, 10},                     // Define IP variables.sn = {255, 255, 255, 0},                    // Define subnet variables.gw = {192, 168, 1, 1},                      // Define gateway variables.dns = {8, 8, 8, 8},                         // Define DNS  variables.dhcp = NETINFO_DHCP};                       // Define the DNCP mode
wiz_NetInfo get_info;
static uint8_t ethernet_buf[ETHERNET_BUF_MAX_SIZE] = {0,
};
uint8_t buffer[2048];
uint8_t rIP[4];
uint16_t rPort = 8000;
uint8_t DIP[4] = {192, 168, 1, 18};
static uint8_t dhcp_get_ip_flag = 0; // Define the DHCP acquisition flag
uint16_t DPORT = 8000;/*** @brief   Timer callback processing function, used for dhcp timing processing* @param   repeating :Timer structure* @return  bool*/
bool repeating_timer_callback_DHCP(struct repeating_timer *t);/*** @brief   Initialization of chip network information* @param   conf_info :Static configuration information* @return  none*/
void network_init(wiz_NetInfo *conf_info);int main()
{struct repeating_timer timer;  // Define the timer structurestruct repeating_timer timer1; // Define the timer structureuint8_t dns_retry_cnt = 0;     // Number of parsingsuint8_t dns_ok = 0;            // Parse success Peugeotuint16_t len = 0;/*mcu init*/stdio_init_all();              // Initialize the main control peripherawizchip_initialize();          // spi initializationwizchip_setnetinfo(&net_info); // Configure once first/*dhcp init*/DHCP_init(SOCKET_ID, ethernet_buf);                                        // DHCP initializationadd_repeating_timer_ms(1000, repeating_timer_callback_DHCP, NULL, &timer); // Add DHCP 1s Tick Timer handlerprintf("wiznet chip Wake On Lan client example.\r\n");network_init(&net_info);              // Configuring Network Informationprint_network_information(&get_info); // Read back the configuration information and print it#if (_WIZCHIP_ == W5100S)while (true){switch (getSn_SR(0)){case SOCK_UDP:if (getSn_IR(0) & Sn_IR_RECV){setSn_IR(0, Sn_IR_RECV);}if (getIR2() & 0x01) // Received WOL Magic packet based on UDP.{printf("get wake on line\r\n");setIR2(0x01);}if ((len = getSn_RX_RSR(0)) > 0) // Determine if a message has been received{recvfrom(0, buffer, len, DIP, &rPort); // Receive Dataprintf("%s", buffer);sendto(0, buffer, len, DIP, DPORT); // Send Data}break;case SOCK_CLOSED:socket(0, Sn_MR_UDP, 9000, 0);setIMR2(0x01);      // Open WOL magic pack interruptsetMR2(W5100S_WOL); // Receive WOL packetsbreak;}}
#elif (_WIZCHIP_ == W5500)while (true){switch (getSn_SR(0)){case SOCK_UDP:if (getSn_IR(0) & Sn_IR_RECV){setSn_IR(0, Sn_IR_RECV);}if (getIR() & 0x10) // Received WOL Magic packet based on UDP.{printf("get wake on line\r\n");setIR(0x10);}if ((len = getSn_RX_RSR(0)) > 0) // Determine if a message has been received{recvfrom(0, buffer, len, DIP, &rPort); // Receive Dataprintf("%s", buffer);sendto(0, buffer, len, DIP, DPORT); // Send Data}break;case SOCK_CLOSED:socket(0, Sn_MR_UDP, 9000, 0);setIMR(0x10);     // Open WOL magic pack interruptsetMR(W5500_WOL); // Receive WOL packetsbreak;}}
#endif
}