單芯片解決方案，開啟全新體驗——W55MH32 高性能以太網(wǎng)單片機

W55MH32是WIZnet重磅推出的高性能以太網(wǎng)單片機，它為用戶帶來前所未有的集成化體驗。這顆芯片將強大的組件集于一身，具體來說，一顆W55MH32內(nèi)置高性能Arm? Cortex-M3核心，其主頻最高可達(dá)216MHz；配備1024KB FLASH與96KB SRAM，滿足存儲與數(shù)據(jù)處理需求；集成TOE引擎，包含WIZnet全硬件TCP/IP協(xié)議棧、內(nèi)置MAC以及PHY，擁有獨立的32KB以太網(wǎng)收發(fā)緩存，可供8個獨立硬件socket使用。如此配置，真正實現(xiàn)了All-in-One解決方案，為開發(fā)者提供極大便利。

在封裝規(guī)格上，W55MH32提供了兩種選擇：QFN100和QFN68。

W55MH32L采用QFN100封裝版本，尺寸為12x12mm，其資源豐富，專為各種復(fù)雜工控場景設(shè)計。它擁有66個GPIO、3個ADC、12通道DMA、17個定時器、2個I2C、5個串口、2個SPI接口（其中1個帶I2S接口復(fù)用）、1個CAN、1個USB2.0以及1個SDIO接口。如此豐富的外設(shè)資源，能夠輕松應(yīng)對工業(yè)控制中多樣化的連接需求，無論是與各類傳感器、執(zhí)行器的通信，還是對復(fù)雜工業(yè)協(xié)議的支持，都能游刃有余，成為復(fù)雜工控領(lǐng)域的理想選擇。同系列還有QFN68封裝的W55MH32Q版本，該版本體積更小，僅為8x8mm，成本低，適合集成度高的網(wǎng)關(guān)模組等場景，軟件使用方法一致。更多信息和資料請進(jìn)入http://www.w5500.com/網(wǎng)站或者私信獲取。

此外，本W(wǎng)55MH32支持硬件加密算法單元，WIZnet還推出TOE+SSL應(yīng)用，涵蓋TCP SSL、HTTP SSL以及 MQTT SSL等，為網(wǎng)絡(luò)通信安全再添保障。

為助力開發(fā)者快速上手與深入開發(fā)，基于W55MH32L這顆芯片，WIZnet精心打造了配套開發(fā)板。開發(fā)板集成WIZ-Link芯片，借助一根USB C口數(shù)據(jù)線，就能輕松實現(xiàn)調(diào)試、下載以及串口打印日志等功能。開發(fā)板將所有外設(shè)全部引出，拓展功能也大幅提升，便于開發(fā)者全面評估芯片性能。

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第六章 W55MH32 UDPMulticast示例

本篇文章，我們將詳細(xì)介紹如何在W55MH32芯片上面實現(xiàn)UDP組播(UDP Multicast)通信。并通過實戰(zhàn)例程，為大家講解如何使用UDPMulticast進(jìn)行回環(huán)測試。

該例程用到的其他網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，例如DHCP、UDP，請參考相關(guān)章節(jié)。有關(guān)W55MH32的初始化過程，也請參考Network Install章節(jié)，這里將不再贅述。

1 UDPMulticast簡介

UDP組播是一種數(shù)據(jù)傳輸方法，允許數(shù)據(jù)從一個源發(fā)送到多個目標(biāo)設(shè)備，加入了相應(yīng)組播組的接收者都可以接收到數(shù)據(jù)。這種方式非常高效，廣泛應(yīng)用于需要將相同數(shù)據(jù)同時傳輸給多個接收者的場景，如視頻流媒體、實時數(shù)據(jù)分發(fā)和大規(guī)模軟件更新等。IPv4的組播地址范圍為 224.0.0.0到 233.255.255.255。

2 UDP Multicast的特點

基于UDP協(xié)議：UDP是無連接的協(xié)議，提供快速、低開銷的數(shù)據(jù)傳輸，但不保證數(shù)據(jù)的可靠性、順序性或重傳。UDP組播繼承了這些特性，因此適合對實時性要求高、對可靠性要求較低的場景。

高效數(shù)據(jù)傳輸：發(fā)送者只需要發(fā)送一份數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如路由器、交換機）負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)復(fù)制并傳輸?shù)剿薪M播成員。這種方式節(jié)省了帶寬，相比單播更高效。

不保證可靠性：數(shù)據(jù)可能丟失，接收者需要自己處理數(shù)據(jù)包丟失問題。

動態(tài)成員管理：組播組的成員可以動態(tài)加入或離開，無需通知發(fā)送者。

3 UDPMulticast應(yīng)用場景

接下來，我們了解下在W55MH32上，可以使用UDP Multicast完成哪些操作及應(yīng)用呢？

設(shè)備發(fā)現(xiàn)與自動配置：實現(xiàn)設(shè)備自動發(fā)現(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)配置，如智能家居設(shè)備通過組播尋找網(wǎng)關(guān)或其他設(shè)備。

實時數(shù)據(jù)廣播：用于傳感器數(shù)據(jù)分發(fā)、工業(yè)控制和車聯(lián)網(wǎng)中實時數(shù)據(jù)的高效傳輸。

固件更新與配置分發(fā)：對多個設(shè)備同時進(jìn)行固件升級或統(tǒng)一下發(fā)配置，減少網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)。

告警和事件通知：設(shè)備異常時實時向多個監(jiān)控終端廣播告警消息。

時間同步：用于局域網(wǎng)內(nèi)的多設(shè)備時間同步，提升協(xié)同效率。

測試與調(diào)試：設(shè)備開發(fā)階段，利用組播收集狀態(tài)信息和日志數(shù)據(jù)。

4 UDP組播環(huán)回測試工作流程

1. 接收方通過IGMP協(xié)議加入組播組：IGMP（Internet Group Management Protocol）是一種網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議，用于管理主機和路由器間的組播組成員關(guān)系。當(dāng)接收方希望接收某個組播地址的數(shù)據(jù)時，會通過IGMP向路由器發(fā)送加入組播組的請求。

2. 發(fā)送方發(fā)送測試數(shù)據(jù)：發(fā)送方通過UDP協(xié)議將數(shù)據(jù)包發(fā)送到指定的組播地址和端口。所有加入組播組的接收方均可接收到數(shù)據(jù)包。

3. 接收方回傳消息：接收方在接收到組播數(shù)據(jù)后，主動回傳響應(yīng)消息到該組播組當(dāng)中?；貍鞯南⒖梢杂糜诖_認(rèn)發(fā)送成功或測試鏈路的完整性。

5 UDP單播、組播和廣播的區(qū)別

以下是UDP單播、組播和廣播的區(qū)別：

6報文解析

UDP協(xié)議報文已經(jīng)在UDP章節(jié)中講解過了，有關(guān)這部分的內(nèi)容請參考相關(guān)章節(jié)，這里不再贅述。下面我們來講解一下設(shè)備在加入組播時使用的IGMP報文。

IGMP加入組播組時發(fā)送的報文是IGMP Membership Report報文。其格式如下：

字段解釋

類型 (Type)

值為 0x16（IGMPv2 Membership Report）：表示主機請求加入組播組。

值為 0x22（IGMPv3 Membership Report）：用于支持 IGMPv3的精細(xì)組播組管理。

校驗和 (Checksum)

計算方法基于標(biāo)準(zhǔn)的 IP校驗和算法。

用于確保 IGMP報文的完整性。

組地址 (Group Address)

組播組的 IP地址（范圍：224.0.0.0 - 239.255.255.255）。

加入時表示目標(biāo)的組播地址。

報文示例

|報文解析|
Internet Group Management Protocol
   [IGMP Version: 2]
   Type: Membership Report (0x16) （Type為0x16，表示主機請求加入組播組）
    Max Resp Time: 0.0 sec (0x00) （最大響應(yīng)時間為0）
   Checksum: 0x08f3 [correct] （校驗和為0x08f3）
   [Checksum Status: Good]
Multicast Address: 224.1.1.11 （組地址為224.1.1.11）

|報文原文|
16 00 08 f3 e0 01 01 0b

7實現(xiàn)過程

接下來，我們在W55MH32上實現(xiàn)UDP組播回環(huán)測試。

注意：測試實例需要PC端和W55MH32處于同一網(wǎng)段，且連接的路由器需支持IGMP協(xié)議。

UDP通信已經(jīng)在硬件層面實現(xiàn)，因此我們只需要在主循環(huán)中調(diào)用udp_multicast()組播功能的函數(shù)即可，如下所示：

while (1)
{
 udp_multicast(SOCKET_ID, ethernet_buf, Multicast_mac, Multicast_IP, Multicast_port);
}

udp_multicast需要傳入5個參數(shù)，分別是socket號，socket緩存,組播MAC地址,組播IP地址,組播端口號。

udp_multicast函數(shù)內(nèi)容如下：

int32_t udp_multicast(uint8_t sn, uint8_t *buf, uint8_t *multicast_mac, uint8_t *multicast_ip, uint16_t 
multicast_port)
{
int32_t  ret;
uint16_t size, sentsize;
uint8_t  destip[4];
uint16_t destport, port = 50000;
switch (getSn_SR(sn))
{
case SOCK_UDP:
   if ((size = getSn_RX_RSR(sn)) > 0)
   {
       if (size > DATA_BUF_SIZE) size = DATA_BUF_SIZE;
       ret      = recvfrom(sn, buf, size, destip, (uint16_t *)&destport);
       buf[ret] = 0x00;
       printf("recv from [%d.%d.%d.%d][%d]: %srn", destip[0], destip[1], destip[2], destip[3],   
destport, buf);
       if (ret <= 0)
       {
#ifdef _MULTICAST_DEBUG_
           printf("%d: recvfrom error. %ldrn", sn, ret);
#endif
           return ret;
       }
       size     = (uint16_t)ret;
       sentsize = 0;
       while (sentsize != size)
       {
           ret = sendto(sn, buf + sentsize, size - sentsize, destip, destport);
           if (ret < 0)
           {
#ifdef _MULTICAST_DEBUG_
               printf("%d: sendto error. %ldrn", sn, ret);
#endif
               return ret;
           }
           sentsize += ret; // Don't care SOCKERR_BUSY, because it is zero.
       }
   }
   break;
case SOCK_CLOSED:
#ifdef _MULTICAST_DEBUG_
   printf("%d:Multicast Loopback startrn", sn);
#endif
   setSn_DIPR(sn, multicast_ip);
   setSn_DPORT(sn, multicast_port);
   setSn_DHAR(sn, multicast_mac);
   if ((ret = socket(sn, Sn_MR_UDP, port, Sn_MR_MULTI)) != sn)
       return ret;
#ifdef _MULTICAST_DEBUG_
   printf("%d:Opened, UDP組播 Socketrn", sn);
   printf("%d:Multicast Group IP - %d.%d.%d.%drn", sn, multicast_ip[0], multicast_ip[1], 
multicast_ip[2], multicast_ip[3]);
   printf("%d:Multicast Group Port - %drn", sn, multicast_port);
#endif
   break;
default:
   break;
}
return 1;
}

程序進(jìn)入到udp_multicast函數(shù)后會執(zhí)行一個狀態(tài)機，根據(jù)Socket的狀態(tài)來執(zhí)行對應(yīng)的操作。

當(dāng)Socket處于SOCK_CLOSED狀態(tài)時，函數(shù)會初始化Socket并加入組播組，然后打印Socket的狀態(tài)和組播組的信息。

當(dāng)Socket處于SOCK_UDP狀態(tài)時，函數(shù)會檢查是否有數(shù)據(jù)接收，如果有則將數(shù)據(jù)打印出來并發(fā)送回源地址。函數(shù)成功執(zhí)行后返回1。

8運行結(jié)果

燒錄例程運行后，首先進(jìn)行了PHY鏈路檢測，然后是DHCP獲取網(wǎng)絡(luò)地址結(jié)果，最后是進(jìn)行UDPMulticast回環(huán)測試，如下圖所示：

接下來，我們將打開一個支持加入 UDP組播功能的網(wǎng)絡(luò)調(diào)試工具。在使用該工具時，首先要完成必要的配置操作，具體包括設(shè)置監(jiān)聽組播和發(fā)送消息的相關(guān)參數(shù)。當(dāng)完成上述配置后，我們向組播組發(fā)送消息，此時可以觀察到串口會打印出我們所發(fā)送的消息，同時在網(wǎng)絡(luò)調(diào)試工具的組播接收區(qū)域會收到相應(yīng)的回環(huán)消息，組播回環(huán)測試流程得以正常運行。

注意：如果網(wǎng)絡(luò)調(diào)試工具不支持加入組播，會導(dǎo)致收不到回環(huán)數(shù)據(jù)。這里我選的是gitcode上一個開源項目，鏈接：UDP組播調(diào)試工具。

9總結(jié)

本文介紹了在W55MH32芯片上實現(xiàn)UDP組播的原理、應(yīng)用場景及回環(huán)測試方法，并通過實戰(zhàn)代碼展示了其具體實現(xiàn)過程。下一篇文章將聚焦DNS例程，講解其工作原理及實現(xiàn)方法，幫助大家更深入地理解網(wǎng)絡(luò)通信。敬請期待！

WIZnet是一家無晶圓廠半導(dǎo)體公司，成立于 1998年。產(chǎn)品包括互聯(lián)網(wǎng)處理器 iMCU?，它采用 TOE（TCP/IP卸載引擎）技術(shù)，基于獨特的專利全硬連線 TCP/IP。iMCU?面向各種應(yīng)用中的嵌入式互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

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審核編輯 黃宇