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

W55MH32是WIZnet重磅推出的高性能以太網(wǎng)單片機(jī)，它為用戶帶來前所未有的集成化體驗(yàn)。這顆芯片將強(qiáng)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(chǔ)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(dú)立的32KB以太網(wǎng)收發(fā)緩存，可供8個(gè)獨(dú)立硬件socket使用。如此配置，真正實(shí)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：QFN68和QFN100。

W55MH32Q采用QFN68封裝版本，尺寸為8x8mm，它擁有36個(gè)GPIO、3個(gè)ADC、12通道DMA、17個(gè)定時(shí)器、2個(gè)I2C、3個(gè)串口、2個(gè)SPI接口（其中1個(gè)帶I2S接口復(fù)用）、1個(gè)CAN以及1個(gè)USB2.0。在保持與同系列其他版本一致的核心性能基礎(chǔ)上，僅減少了部分GPIO以及SDIO接口，其他參數(shù)保持一致，性價(jià)比優(yōu)勢(shì)顯著，尤其適合網(wǎng)關(guān)模組等對(duì)空間布局要求較高的場(chǎng)景。緊湊的尺寸和精簡(jiǎn)化外設(shè)配置，使其能夠在有限空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效的網(wǎng)絡(luò)連接與數(shù)據(jù)交互，成為物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)、邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)等緊湊型設(shè)備的理想選擇。 同系列還有QFN100封裝的W55MH32L版本，該版本擁有更豐富的外設(shè)資源，適用于需要多接口擴(kuò)展的復(fù)雜工控場(chǎng)景，軟件使用方法一致。更多信息和資料請(qǐng)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W55MH32Q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(shí)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(píng)估芯片性能。

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第二十五章 FLASH

1 W55MH32 FLASH 簡(jiǎn)介

WMH32的閃存模塊由主存儲(chǔ)器、信息塊和閃存存儲(chǔ)器接口寄存器等 3 部分組成。

主存儲(chǔ)器，該部分用來存放代碼和數(shù)據(jù)常數(shù)（如 const 類型的數(shù)據(jù)）。對(duì)于大容量產(chǎn)品，其被劃分為 256 頁，每一頁 2K 字節(jié)。注意，小容量和中容量產(chǎn)品則每頁只有 1K 字節(jié)。從上圖可以看出主存儲(chǔ)器的起始地址就是 0x08000000，B0、B1 都接 GND 的時(shí)候，就是從0x08000000 開始運(yùn)行代碼的。

信息塊，該部分分為 2 個(gè)小部分，其中啟動(dòng)程序代碼，用來存儲(chǔ) ST 自帶的啟動(dòng)程序，用來串口下載代碼，當(dāng) B0 接 3V3，B1 接 GND 的時(shí)候，運(yùn)行的就是這部分代碼。用戶選中字節(jié)，則一般用于配置寫保護(hù)、讀保護(hù)等功能，本章不作介紹了。

閃存存儲(chǔ)器接口寄存器，該部分用于控制閃存讀寫等，是整個(gè)閃存模塊的控制結(jié)構(gòu)。對(duì)主存儲(chǔ)器和信息塊的寫入由內(nèi)嵌的閃存編程/擦除控制器（FPEC）管理；編程與擦除的高電壓由內(nèi)部產(chǎn)生。在執(zhí)行閃存寫操作時(shí)，任何對(duì)閃存的讀操作都會(huì)鎖住總線，在寫操作完成后讀操作才能正確地進(jìn)行。既在進(jìn)行寫或擦除操作時(shí)，不能進(jìn)行代碼或數(shù)據(jù)的讀取操作。

2 閃存的讀取

內(nèi)置閃存模塊可以在通用地址空間直接尋址，任何 32 位數(shù)據(jù)的讀操作都能訪問閃存模塊的內(nèi)容并得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)。讀接口在閃存端包含一個(gè)讀控制器，還包含一個(gè) AHB 接口與 CPU銜接。這個(gè)接口的主要工作是產(chǎn)生讀內(nèi)存的控制信號(hào)并預(yù)取 CPU 要求的指令塊，預(yù)取指令塊僅用于在 I-Code 總線上的取指操作，數(shù)據(jù)常量是通過 D-Code 總線訪問的。這兩條總線的訪問目標(biāo)是相同的閃存模塊，訪問 D-Code 將比預(yù)取指令優(yōu)先級(jí)高。

這里要特別留意一個(gè)閃存等待時(shí)間，因?yàn)?CPU 運(yùn)行速度比 FLASH 快得多，W55MH32的 FLASH 最快訪問速度≤24Mhz，如果 CPU 頻率超過這個(gè)速度，那么必須加入等待時(shí)間，比如我們一般使用 72Mhz 的主頻，那么 FLASH 等待周期就必須設(shè)置為 2，該設(shè)置通過FLASH_ACR 寄存器設(shè)置。

例如，我們要從地址 addr，讀取一個(gè)半字（半字為 16 位，字為 32 位），可以通過如下的

語句讀取：

data = *(vu16*)addr；

將 addr 強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為 vu16 指針，然后取該指針?biāo)赶虻牡刂返闹担吹玫搅?addr 地址的值。類似的，將上面的 vu16 改為 vu8，即可讀取指定地址的一個(gè)字節(jié)。相對(duì) FLASH 讀取來說，W55MH32 FLASH 的寫就復(fù)雜一點(diǎn)了。

3 閃存的編程和擦除

W55MH32 的閃存編程是由 FPEC(閃存編程和擦除控制器)模塊處理的，這個(gè)模塊包含 7 個(gè) 32位寄存器，它們分別是：

?FPEC 鍵寄存器（FLASH_KEYR）

?選擇字節(jié)鍵寄存器（FLASH_OPTKEYR）

?閃存控制寄存器（FLASH_CR）

?閃存狀態(tài)寄存器（FLASH_SR）

?閃存地址寄存器（FLASH_AR）

? 選擇字節(jié)寄存器（FLASH_WRPR）

其中 FPEC 鍵寄存器總共有 3 個(gè)鍵值：

?RDPRT 鍵 = 0X0000 00A5

?KEY1 = 0X4567 0123

?KEY2 = 0XCDEF 89AB

W55MH32 復(fù)位后，F(xiàn)PEC 模塊是被保護(hù)的，不能寫入 FLASH_CR 寄存器；通過寫入特定的序列到 FLASH_KEYR 寄存器可以打開 FPEC 模塊（即寫入 KEY1 和 KEY2），只有在寫保護(hù)被解除后，我們才能操作相關(guān)寄存器。

W55MH32 閃存的編程每次必須寫入 16 位（不能單純的寫入 8 位數(shù)據(jù)），當(dāng) FLASH_CR 寄存器的 PG 位為‘1’時(shí)，在一個(gè)閃存地址寫入一個(gè)半字將啟動(dòng)一次編程；寫入任何非半字的數(shù)據(jù)，F(xiàn)PEC 都會(huì)產(chǎn)生總線錯(cuò)誤。在編程過程中（BSY 位為’1’），任何讀寫內(nèi)存的操作都會(huì)使CPU 暫停，直到此次閃存編程結(jié)束。同樣，W55MH32 的 FLASH 在編程的時(shí)候，也必須要求其寫入地址的 FLASH 是被擦除了的（其值必須是 0xFFFF），否則無法寫入，在 FLASH_SR 寄存器的 PGERR 位將得到一個(gè)警告。W55MH32 的 FLASH 編程過程如圖所示：

閃存編程過程

從上圖可以得到閃存的編程順序如下：

1）檢查 FLASH_CR 的 LOCK 是否解鎖，如果沒有則先解鎖

2）檢查 FLASH_SR 寄存器的 BSY 位，以確認(rèn)沒有其他正在進(jìn)行的編程操作

3）設(shè)置 FLASH_CR 寄存器的 PG 位為‘1’

4）在指定的地址寫入要編程的半字

5）等待 BSY 位變?yōu)椤?’

6）讀出寫入地址并驗(yàn)證數(shù)據(jù)

前面提到，我們?cè)?W55MH32 的 FLASH 編程的時(shí)候，要先判斷縮寫地址是否被擦出了，所以，我們有必要再介紹一下 W55MH32 的閃存擦除，W55MH32 的閃存擦除分為兩種：頁擦除和整片擦除。頁擦除過程如圖 所示：

閃存頁擦除過程

從上圖可以看出，W55MH32 的頁擦除順序?yàn)椋?/p>

1）檢查 FLASH_CR 和 LOCK 是否解鎖，如果沒有則先解鎖

2）檢查 FLASH_SR 寄存器的 BSY 位，以確認(rèn)沒有其他正在進(jìn)行的閃存操作

3）設(shè)置 FLASH_CR 寄存器的 PER 位為‘1’

4）用 FLASH_AR 寄存器選擇要擦除的頁

5）設(shè)置 FLASH_CR 寄存器的 STRT 位為‘1’

6）等待 BSY 位變?yōu)椤?’

7）讀出被擦除的頁并做驗(yàn)證

本章我們只用到了 W55MH32 頁擦除功能，整片擦除功能我們?cè)谶@里就不介紹了。

4 FLASH 寄存器

通過上面的講解，我們基本對(duì) W55MH32 閃存的讀寫執(zhí)行步驟有所了解。接下來，我們介紹本實(shí)驗(yàn)需要用到的一些 FLASH 寄存器。

4.1 FPEC 鍵寄存器（FLASH_KEYR）

FPEC 鍵寄存器描述如圖 所示：

FLASH_KEYR 寄存器

該寄存器主要用來解鎖 FPEC，必須在該寄存器寫入特定的序列（KEY1 和 KEY2）解鎖后，才能對(duì) FLASH_CR 寄存器進(jìn)行寫操作。

4.2 FLASH 控制寄存器（FLASH_CR）

FLASH 控制寄存器描述如圖所示：

圖 FLASH_CR 寄存器

該寄存器我們本章只用到了它的 LOCK、STRT、PER 和 PG 等 4 個(gè)位。LOCK 位，該位用于指示 FLASH_CR 寄存器是否被鎖住，該位在檢測(cè)到正確的解鎖序列后，硬件將其清零。在一次不成功的解鎖操作后，在下次系統(tǒng)復(fù)位之前，該位將不再改變。

STRT 位，該位用于開始一次擦除操作。在該位寫入 1，將執(zhí)行一次擦除操作。

PER 位，該位用于選擇頁擦除操作，在頁擦除的時(shí)候，需要將該位置 1。

PG 位，該位用于選擇編程操作，在往 FLASH 寫數(shù)據(jù)的時(shí)候，該位需要置 1。

其他位，我們就不在這里介紹了，請(qǐng)大家參考《W55MH32xxx參考手冊(cè)》。

4.3 閃存狀態(tài)寄存器（FLASH_SR）

閃存狀態(tài)寄存器描述如圖所示：

圖 FLASH_SR 寄存器

該寄存器主要用來指示當(dāng)前 FPEC 的操作編程狀態(tài)。由于寄存器中描述比較詳細(xì)，這里就不重復(fù)了。

4.4 閃存地址寄存器（FLASH_AR）

閃存地址寄存器描述如圖所示：

圖FLASH_AR 寄存器

該寄存器在本章，我們主要用來設(shè)置要擦除的頁。關(guān) 于 W55MH32 FLASH 的 介 紹 ， 我 們 就 介 紹 到 這 里 。 更 詳 細(xì) 的 介 紹 ， 可 以 參 考《W55MH32參考手冊(cè)》。

5 例程設(shè)計(jì)

5.1 FLASH_Eeprom

該通過例程串口輸出系統(tǒng)時(shí)鐘信息和測(cè)試提示，在無限循環(huán)里不斷對(duì) WIZnet FLASH 進(jìn)行讀寫操作，并且把讀取的數(shù)據(jù)通過串口輸出，以此實(shí)現(xiàn)對(duì) FLASH 的讀寫測(cè)試。

5.1 函數(shù)聲明

聲明了UART_Configuration()函數(shù)，其功能是配置串口參數(shù)。

5.2 常量與數(shù)組定義

定義了一個(gè)常量字符串?dāng)?shù)組TEXT_Buffer，內(nèi)容為"WIZnet FLASH TEST"。

借助SIZE宏定義獲取數(shù)組長(zhǎng)度。

設(shè)定了FLASH_SAVE_ADDR常量，此為 FLASH 的保存地址。

5.3 主函數(shù)main()

int main(void)
{
    uint8_t datatemp[SIZE], i;

    RCC_ClocksTypeDef clocks;
    delay_init();
    UART_Configuration(115200);
    RCC_GetClocksFreq(&clocks);

    printf("n");
    printf("SYSCLK: %3.1fMhz, HCLK: %3.1fMhz, PCLK1: %3.1fMhz, PCLK2: %3.1fMhz, ADCCLK: %3.1fMhzn",
           (float)clocks.SYSCLK_Frequency / 1000000, (float)clocks.HCLK_Frequency / 1000000,
           (float)clocks.PCLK1_Frequency / 1000000, (float)clocks.PCLK2_Frequency / 1000000, (float)clocks.ADCCLK_Frequency / 1000000);
    printf("FLASH EEPROM Tset.n");

    while (1)
    {
        WIZFLASH_Write(FLASH_SAVE_ADDR, (u16 *)TEXT_Buffer, SIZE);
        WIZFLASH_Read(FLASH_SAVE_ADDR, (u16 *)datatemp, SIZE);
        for (i = 0; i < SIZE; i++)
        {
            printf("%sn", datatemp);
        }

        memset(datatemp, 0x00, sizeof(datatemp));
        delay_ms(1000);
    }
}

定義了一個(gè)用于存儲(chǔ)從 FLASH 讀取數(shù)據(jù)的數(shù)組datatemp，以及一個(gè)循環(huán)變量i。

初始化延遲函數(shù)、串口配置，并且獲取系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。

通過printf()函數(shù)輸出系統(tǒng)時(shí)鐘頻率信息以及測(cè)試提示信息。

進(jìn)入一個(gè)無限循環(huán)：調(diào)用WIZFLASH_Write()函數(shù)把TEXT_Buffer數(shù)組內(nèi)容寫入到指定的 FLASH 地址。

?調(diào)用WIZFLASH_Read()函數(shù)從該地址讀取數(shù)據(jù)到datatemp數(shù)組。

?運(yùn)用for循環(huán)遍歷datatemp數(shù)組，然后通過printf()函數(shù)輸出數(shù)組內(nèi)容。

?調(diào)用memset()函數(shù)把datatemp數(shù)組清零。

?調(diào)用delay_ms()函數(shù)延遲 1 秒。

5.4 串口配置函數(shù)UART_Coniguration()

void UART_Configuration(uint32_t bound)
{
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin   = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode  = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin  = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    USART_InitStructure.USART_BaudRate            = bound;
    USART_InitStructure.USART_WordLength          = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits            = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity              = USART_Parity_No;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode                = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;

    USART_Init(USART_TEST, &USART_InitStructure);
    USART_Cmd(USART_TEST, ENABLE);
}

對(duì) GPIO 和 USART 的初始化結(jié)構(gòu)體進(jìn)行定義。

使能 USART1 和 GPIOA 的時(shí)鐘。

配置 GPIOA 的引腳 9 為復(fù)用推挽輸出模式，引腳 10 為浮空輸入模式。

對(duì) USART 的波特率、數(shù)據(jù)位、停止位、奇偶校驗(yàn)等參數(shù)進(jìn)行配置。

初始化 USART 并使能。

5.5 字符發(fā)送函數(shù)SER_PutChar()

int SER_PutChar(int ch)
{
    while (!USART_GetFlagStatus(USART_TEST, USART_FLAG_TC));
    USART_SendData(USART_TEST, (uint8_t)ch);

    return ch;
}

等待串口發(fā)送完成標(biāo)志位USART_FLAG_TC置位。

把字符發(fā)送到串口。

5.6 重定向函數(shù)fputc()

若要發(fā)送的字符是換行符n，則先發(fā)送回車符r。

調(diào)用SER_PutChar()函數(shù)發(fā)送字符。

6 下載驗(yàn)證

6.1 FLASH_Eeprom

進(jìn)入主循環(huán)后，程序會(huì)不斷執(zhí)行以下操作：

把TEXT_Buffer數(shù)組中的字符串 "WIZnet FLASH TEST" 寫入到指定的 FLASH 地址。

從該 FLASH 地址讀取數(shù)據(jù)到datatemp數(shù)組。

借助printf()函數(shù)將datatemp數(shù)組的內(nèi)容通過串口輸出。

由于for循環(huán)的存在，每次讀取到的數(shù)據(jù)會(huì)被重復(fù)輸出SIZE次。不過，原代碼里printf("%sn", datatemp);存在錯(cuò)誤，它會(huì)把整個(gè)datatemp數(shù)組當(dāng)作字符串輸出，而不是逐個(gè)字符輸出。正確的做法應(yīng)該是printf("%c", datatemp[i]);。修正后，串口會(huì)每隔 1 秒輸出一次 "WIZnet FLASH TEST"。

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(dú)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。

WIZnet 在全球擁有 70 多家分銷商，在香港、韓國、美國設(shè)有辦事處，提供技術(shù)支持和產(chǎn)品營銷。

香港辦事處管理的區(qū)域包括：澳大利亞、印度、土耳其、亞洲（韓國和日本除外）。

審核編輯 黃宇