使用RP2040和W5100S的无套接字功能

描述

您是否知道使用 W5100S 可以在不打开套接字的情况下执行 ARP 和 PING 请求？

ARP 和 PING 请求的无套接字命令 (SLC) 在测试网络环境或检查设备连接状态时非常有用。这些功能仅在 W5100S 和 W6100 中支持，可以通过控制以下寄存器来操作：

• SLCR -无套接字命令，
• SLIR -无套接字中断，
• SLIMR -无套接字中断掩码，
• SLIRCLR - SOCKET-less 中断清除，
• SLDIPR -无套接字目标 IP 地址，
• SLDHAR -无套接字目标硬件地址，
• PINGIDR - PING ID ,
• PINGSEQR —— PING 序列号。

要了解有关 W5100S 的更多信息，请参阅此链接，有关无套接字命令的更多信息可在此处找到。

在这个项目中，我将演示如何运行这些命令。我正在使用 W5100S-EVB-Pico 来实现，但在使用 Raspberry Pi Pico 和 WIZnet Ethernet HAT 时可以使用相同的代码，只需要检查 SPI 引脚。

1.软件环境

我使用 Win 10 并按照WIZnet repo 中的说明进行软件环境设置。

2.ARP请求的SLC

操作流程如WIZnet 应用说明图 1（下图）所示。

ARP操作流程，来源：WIZnet W5100S Application Note

 

WIZnet ioLibrary已经具备操作W5100S 寄存器的一切，只需按照此流程操作即可。

代码非常简单。

configure_arp_request 函数将重置中断寄存器并设置 SLRCR（计数寄存器）和 SLRTR（时间寄存器）的值。W5100S 将发送 ARP 请求，除非它的请求数量超过 SLRCR 中的值，之后 SLIR 寄存器将被设置为超时。

static uint16_t ArpRCR = 0x08;
static uint16_t ArpRTR = 0x07d0;

void configure_arp_request(void)
{
setSLIR(SLIR_TIMEOUT | SLIR_ARP);
setSLRCR(ArpRCR);
setSLRTR(ArpRTR);
}

由于 W5100S 自动准备数据包，只需将地址作为参数传递并设置 SLCR 寄存器即可。send_arp_request 然后将请求发送到给定地址。

uint8_t send_arp_request(uint8_t *addr)
{
setSLPIPR(addr);
setSLCR(SLCMD_ARP);
}

接下来，需要检查发送请求的结果，这是由recv_arp_reply 函数完成的。在此函数中检查 SLIR 寄存器，如果 ARP 位设置为 1，则收到回复。如果超时位设置为 1，则未收到响应且请求计数超过预定义的数量。

uint8_t recv_arp_reply()
{
if(getSLIR()&SLIR_ARP){
setSLIR(SLIR_ARP);
return ARP_SUCCESS;
}
else if(getSLIR()&SLIR_TIMEOUT){
setSLIR(SLIR_TIMEOUT);
return TIMEOUT_ERROR;
}
else return ARP_FAIL;
}

一旦收到响应，W5100S 会自动将 MAC 地址写入 SLPHAR 寄存器。

void get_arp_MacAddress(uint8_t* addr)
{
getSLPHAR(addr);
}

3. PING 的 SLC

PING 操作流程如同一应用笔记所示。

PING操作流程。来源：WIZnet W5100S SLC 应用说明。

 

PING SLC 的功能。这些与 ARP 请求类似，因此我将跳过每个功能的描述。

static uint16_t RandomID = 0x1234;
static uint16_t RandomSeqNum = 0x4321;
static uint16_t PingRCR = 0x08;
static uint16_t PingRTR = 0x07d0;

void configure_ping_request(void){
setSLIR(SLIR_TIMEOUT | SLIR_PING);
setSLRCR(PingRCR);
setSLRTR(PingRTR);
setPINGSEQR(RandomID);
setPINGIDR(RandomSeqNum);
}

uint8_t send_ping_request(uint8_t s, uint8_t *addr)
{
setSLPIPR(addr);
setSLCR(SLCMD_PING);
}
uint8_t recv_ping_reply(uint8_t s){
if(getSLIR()&SLIR_PING){
setSLIR(SLIR_PING);
return PING_SUCCESS;
}
else if(getSLIR()&SLIR_TIMEOUT){
setSLIR(SLIR_TIMEOUT);
return TIMEOUT_ERROR;
}
else return PING_FAIL;
}// ping_reply

4. 简单的测试代码

我使用WIZnet 示例作为基础并更新了主循环。

在我的例子中，我有 3 个设备连接到我的路由器，为了简单测试，我向192.168.0.4 ~ 10的 IP 范围发送了 ARP 和 PING 请求。

uint8_t dest_ip[4]={192,168,0,4};

while(dest_ip[3]<11)
{
printf("Send ARP to : %d.%d.%d.%d\n", dest_ip[0], dest_ip[1], dest_ip[2], dest_ip[3]);
int8_t arp_ret=arp_auto(dest_ip);
if(arp_ret==1)
{
printf("ARP : successful\r\n");
get_arp_MacAddress(addr0);
printf("%.2x:%.2x:%.2x:%.2x:%.2x:%.2x\r\n",addr0[0],addr0[1],addr0[2],addr0[3],addr0[4],addr0[5],addr0[6]);
}
else printf("ARP : failure\r\n", arp_ret);
printf("Sending PING to : %d.%d.%d.%d\n", dest_ip[0], dest_ip[1], dest_ip[2], dest_ip[3]);
int8_t ping_ret=ping_auto(0, dest_ip);
printf("Ping statistics for %d.%d.%d.%d:\n", dest_ip[0], dest_ip[1], dest_ip[2], dest_ip[3]);
printf("    Sent = 4, Received = %d, Lost = %d (%d%% of loss)\r\n", ping_ret, 4 - ping_ret, (1 - ping_ret/4) * 100);
dest_ip[3] = dest_ip[3] +1;
printf("--------------------------------------------------\n\n");
}

检查下面的最终结果。

左图显示来自路由器的信息，右图显示代码执行结果。

 

192.168.0.10没有ping 响应，因为我忘记关闭Windows 防火墙和Defender，这就是ARP 成功但PING 100% 丢失的原因。

我附上了用于该项目的 3 个源文件。为了在 W5100S-EVB-Pico 或 Raspberry Pi Pico 板上运行，需要相应地更新 CMakeLists 文件。

希望这个项目可以帮助理解无套接字命令的概念。