Wiznet W5100 i komunikacja SPI: pytania o podłączenia i schematy

Thu Aug 21, 2014 4:15 pm   

Projektuję właśnie pewną płytkę wykorzystującą układ Wiznet W5100. Układ
ten jest kontrolerem Ethermet, posiadającym wbudowaną obsługę stosu
TCP/IP. Można się z nim komunikować za pomocą magistrali SPI albo
magistrali równoległej.

Na ile dobrze zrozumiałem dokumentację (datasheet + schemat udostępniony
przez producenta) włączenie komunikacji po SPO wymaga zewnętrznego
podciągnięcia pinu SEN do plusa zasilania. W przypadku korzystania ze
SPI wszystkie piny ADDR powinny być podłączone do masy - taka informacja
znajduje się na schemacie:

http://www.wiznet.co.kr/UpLoad_Files/ReferenceFiles/W5100_Ref_sch_MAG_R2.1.pdf

Natomiast w datasheecie (str. 9) pojawia się wzmianka, że piny te mają
już wewnętrznego pull downa. Na wszelki wypadek mogę je fizycznie
połączyć z masą, to akurat nie komplikuje mi mocno projektu PCB.

Mam jednak kilka innych wątpliwości. Po pierwsze zajrzałem do schematu
Arduino Ethernet Shielda, który wykorzystuje ten układ. Tam z masą
połączono również piny DATA. Nie ma o tym mowy w datasheecie ani na
schemacie producenta. Kto ma rację?

Po drugie co powinienem zrobić z pinami /CS, /WR i /RD? Jeśli dobrze
rozumiem dokumentację, piny te są używa w komunikacji równoległej.
Nigdzie w dokumentacji ani na schemacie nie ma mowy o tym, co zrobić z
nimi w przypadku korzystania ze SPI. Z tego co widzę, twórca Ethernet
Shielda podciągnął je wszystkie do plusa wspólnym rezystorem. Takie
rozwiązanie będzie konieczne, czy mogę je sobie odpuścić i po prostu
zostawić te piny "wiszące w powietrzu"?

Kolejna kwestia to wspomniany już pin SEN, który aktywuje komunikacje
SPI przy stanie wysokim. Producent układu w takim przypadku zaleca
podciągnięcie go do VCC. Natomiast na schemacie Ethernet Schelda jest
jakaś dziwna konstrukcja z buforem odwracającym pomiędzy tym pinem, a
wejściem SPI Chip Select. Znów - kto ma rację?

I ostatnia sprawa - masa analogowa. W5100 ma trzy piny oznaczone AGND.
Na schemacie dostarczonym przez producenta są one z główną masą za
pośrednictwem koralika ferrytowego. Czy coś złego się stanie, jeśli
pominę ten element, łącząc je bezpośrednio z polem masy? Bardzo mocno
uprościłoby mi to projekt płytki.

Thu Aug 21, 2014 4:23 pm   

I jeszcze jedno pytanie. Nie mogę znaleźć w dokumentacji informacji na
temat zachowania wejść/wyjść interfejsu SPI. Czy przy nieaktywnym pinie
/SCS mogę liczyć na to, że zostaną one ustawione na stan wysokiej
impedancji, nie przeszkadzając w programowaniu MCU za pośrednictwem ISP?

Może dla świętego spokoju warto zastosować rozwiązanie z niewielkim
rezystorem na linii MISO?

Fri Aug 22, 2014 8:34 am   

Użytkownik "Atlantis" <marekw1986NOSPAM@wp.pl> napisał w wiadomości
news:lt55vc$rur$1@portraits.wsisiz.edu.pl...

Żadnych pinów wejściowych nigdy nie powinieneś zostawiać wiszących w
powietrzu.

O 5100 mogę powiedzieć tyle:
W prototypie użyliśmy SPI. Wyszło, że komunikacja SPI z nim jest bardzo
ułomna. Nie jestem pewien o co chodziło (nie piszę programów). W drugim
prototypie zastosowaliśmy połączenie równoległe i tak już zostało.
P.G.

Fri Aug 22, 2014 8:40 am   

Nie widzę żadnego powodu aby nie połączyć wszystkich GND razem.
P.G.

Fri Aug 22, 2014 10:04 am   

On 22.08.2014 10:34, Piotr Gałka wrote:


Piny DATA to piny I/O. Pociągnięcie ich do masy jest trochę kłopotliwe, bo
płytką która projektuję jest jednostronna, a nie chciałbym mnożyć zworek,
jeśli i bez tego układ będzie działał prawidłowo.
Za to wszystkie piny ADDRES są połączone z masą. Zmieniłem także podłączenie
pinów /CS, /RD i /W - teraz nie wiszą w powietrzu, ale są podciągnięte do
VCC wspólnym rezystorem, tak jak w Ethernet Shieldzie. Tylko zastanawiam
się dlaczego autor projektu tego shielda wstawił tam dwa rezystory w
szeregu (1k i 2,2k). Jeden 3,3k by nie wystarczył.



A to dziwne... Układ jest masowo wykorzystywany w Arduino Ethernet Shield i
Arduino Ethernet, właśnie w trybie SPI. Nie słyszałem, żeby Stwarzał
problemy.

Natomiast jeśli chodzi o pin SEN (SPI Enable), to przyjrzałem się schematowi
pierwszej wersji wspomnianego wyżej Shielda. Tam był on na stałe
podciągnięty do VCC rezystorem, była jednak tam także zworka opisana jako
"prog". Wychodziłoby na to, że przy włączonym SPI (nawet przy nieaktywnym
pinie SCS) może dojść do konfliktu na magistrali i właśnie dlatego w
późniejszej wersji dodano bufor odwracający, aby aktywował SPI dopiero po
otrzymaniu sygnału z procesora, wraz z ustawieniem SCS na stan niski.
Dobrze to interpretuję?

Fri Aug 22, 2014 3:07 pm   

Użytkownik "Atlantis" <marekwNOSPAM@wp.pl> napisał w wiadomości
news:53f715ad$0$2234$65785112@news.neostrada.pl...


opisem, ale założenia ułomne.
Ale to nie ja się tym zajmowałem i było to ze 3 lata temu albo dawniej -
mogę coś mylić.

Na inne tematy się nie wypowiem - nie wiem o co chodzi, a nie mam czasu się
zagłębiać.
P.G.

Fri Aug 22, 2014 4:40 pm   

W dniu 2014-08-22 17:07, Piotr Gałka pisze:


Tak swoją drogą, mógłbym zapytać o wasze opinie na temat tego projektu
płytki?
Nic rażąco sprzecznego ze "sztuką" nie rzuca się w oczy?

http://oi61.tinypic.com/2ldizyh.jpg

Fri Aug 22, 2014 5:04 pm   

On Fri, 22 Aug 2014 18:40:48 +0200, Atlantis <marekw1986NOSPAM@wp.pl>
wrote:

Widzę, że też lubisz przejścia pomiędzy padami smd , zawsze jestem
ciekaw czy w profesjonalnych projektach też takie przejścia się
stosuje (nie spotkałem się jeszcze) i czy one sa zgodne ze sztuką.

--
Marek

Fri Aug 22, 2014 5:07 pm   

W dniu 2014-08-22 19:04, Marek pisze:


Staram się ich unikać tak bardzo, jak tylko mogę.
Nie stosuję ich też do sygnałów w.cz.
Jednak kiedy mam wybór: robić zworkę (i tym samym tracić sporo miejsca
na PCB) czy puścić ścieżkę między padami, to wybieram to drugie.

Fri Aug 22, 2014 6:04 pm   

Użytkownik "Atlantis" <marekw1986NOSPAM@wp.pl> napisał w wiadomości
news:lt7rqm$u3b$1@portraits.wsisiz.edu.pl...

Dla mnie sprzeczna ze sztuką jest płytka jednowarstwowa.
Prąd płynie zawsze w obwodzie zamkniętym. Każdemu sygnałowi biegnącemu
ścieżką z punktu A do B towarzyszy przeciwny prąd biegnący od B do A po
masie. Ten powrotny prąd powinien na całej trasie przebiegać jak najbliżej
sygnału z A do B. W ten sposób pętla emitująca zakłócenia (lub odbierająca
zakłócenia) jest minimalna. Przy wysokich f nawet grubość typowego laminatu
jest za dużym odstępem.

Ja projektuję (na razie) wszystkie płytki dwustronne z drugą stroną
najczęściej pełną GND. Na płytce z tym W5100 użyłem kilku drucików na
liniach zasilających (w warstwie GND tylko piny dla tych drucików). Ostatnio
nauczyłem się nawet używać rezystorów zerowych, aby nie naruszać ciągłości
warstwy GND. Co projekt to rozważam cztery warstwy, ale jak tych zerowych
wychodzi mi 2..3 na płytkę to stwierdzam że tę jeszcze zrobimy
dwuwarstwowo...
P.G.

Fri Aug 22, 2014 6:10 pm   

Użytkownik "Marek" <fake@fakeemail.com> napisał w wiadomości
news:almarsoft.3558600114579237414@news.neostrada.pl...

Nie ma żadnych przeciwwskazań. Rezystory zerowe wymyślili specjalnie po to,
aby można było zrobić skrzyżowanie ścieżek bez przechodzenia na inną
warstwę. Pod takim zerowym 1206 chyba 5 ścieżek mi bez problemu wchodzi (i
to wcale nie przy jakiejś nadzwyczajnej gęstości).
P.G.

Fri Aug 22, 2014 7:50 pm   

W dniu 2014-08-22 18:40, Atlantis pisze:

Efekt tego jest taki że bardzo źle się później lutuje taką
płytkę.

--
Pozdr

Janusz_K

Sat Aug 23, 2014 9:10 am   

W dniu 2014-08-22 20:04, Piotr Gałka pisze:


Tak, wiem. Jednak tego nie obejdę w warunkach amatorskich. To znaczy od
biedy jeszcze mógłbym próbować z płytką dwustronną, ale póki co trzymam
się jednostronnych - jak na razie moje projekty nie wymagają jeszcze
stosowania kynarowej plątaniny po stronie elementów. ;)

Swoje płytki wykonuję samodzielnie, za pomocą termotransferu. Wiem, że
zaraz pewnie ktoś stwierdzi, że nie warto, że lepiej zamówić od razu 10
sztuk w firmie, płacąc za to kilkaset złotych... Moim zdaniem jednak nie
jest to opłacalne, gdy mowa o amatorsko składanym urządzeniu, które
powstaje na własne potrzeby, w celach edukacyjnych albo po prostu "dla
frajdy".

W tym przypadku chciałem po raz kolejny sprawdzić granice możliwości
termotransferu. Udawało mi się już zejść z grubością ścieżki do 10
milsów, ale były to pojedyncze przypadki. Zastosowanie układu W5100
wymusza zastosowanie ich w większej ilości, w odstępach wynoszących
około 6 milsów. Zobaczymy jak laminator i wytrawiarka sobie poradzą. ;)

Jeśli będą problemy, przerzucę się na W5500, który ma nieco uproszczoną
aplikację (brak magistrali równoległej), mniej pinów i nie wymaga tak
wąskich ścieżek. Jednak mam pod ręką kilka sztuk W5100 i w miarę
możliwości chciałbym je do czegoś wykorzystać.


Tak swoją drogą kiedyś udało mi się uzyskać ścieżkę o szerokości 5
milsów, jednak była to tylko "obwódka" wyznaczająca miejsce cięcia. Co
nie zmienia faktu, że wyszła całkiem ładnie, przetrwała cynowanie stopem
Lichtenberga i zachowała ciągłość. Może kiedyś sprawdzę, czy da się
uzyskać powtarzalne ścieżki sygnałowe o takiej grubości za pomocą
termotransferu.

Sat Aug 23, 2014 9:21 am   

On Sat, 23 Aug 2014 11:10:57 +0200, Atlantis <marekw1986NOSPAM@wp.pl>
wrote:


A czy w ogóle zrobiłeś jakiś działający prototyp nas tych układach?
Możesz opisać swoje doświadczenia jak te układy się sprawują?
Szczególnie mnie intersuje od strony aplikacji: komunikacja z
układem, prostota w komunikacji, jakie są potrzebne zasoby po stronie
mcu, ile na raz połączeń tcp można obsłużyć , jakie transfery można
uzyskać, jaka jest stabilność stosu, odporność na deniale, itd.

--
Marek

Sun Aug 24, 2014 11:41 am   

W dniu 2014-08-23 11:21, Marek pisze:


Nie, projektowana płytka ma być pierwszym podejściem do tych układów. Do
tej pory jedynie miałem z nimi do czynienia w przypadku Ethernet
Shielda. Wiem jednak, że znajomy budował samodzielnie jakieś układy na
W5500 i z jego relacji wynika, że sprawują się bardzo dobrze - od strony
programowej ich obsługa bardzo przypomina stosowanie standardowych socketów.



Jak wspomniałem, komunikacja wygląda podobnie do stosowania socketów.
Układy mają wbudowaną obsługę stosu i całe przetwarzanie komunikacji
TCP/IP odbywa się w ich wnętrzu, jedyne czy musi się zająć MCU, to
warstwa aplikacji. Zresztą zobacz tutaj:
http://www.seanet.com/~karllunt/w5100_library.html
Prosty serwerek WWW ma AVR, który mieści się w 2,4 kB pamięci flash.
Właśnie dzięki temu, że nie trzeba poświęcać zasobów na obsługę stosu. ;)

Co do ilości połączeń, to W5100 dysponuje czterema kanałami. Domyślnie
każdy z nich ma przydzielone 2kB bufora RX i 2kB bufora TX. Jeśli nie
wykorzystujemy któregoś z kanałów, można przypisać wolną pamięć do
pozostałych. W5500 z tego co pamiętam ma dwa razy więcej kanałów i
odpowiednio większą ilość pamięci.

Szybkość? AFAIR układy potrafią pracować na Fast Ethernecie i mają
obsługę Fast SPI. To raczej MCU będzie wąskim gardłem.

Pamiętam, że w datasheccie producent chwalił się odpornością na ataki. W
jakim stopniu odpowiada to prawdzie - nie wiem. Ja i tak nie mam zamiaru
bezpośrednio wystawiać swoich urządzeń do publicznego Internetu.