3.1数据通信的建立

　　TCP是面向连接的通信方式，它首先必须建立连接．然后才能利用IP地址和端口号进行数据通信。TCP有两种建立连接的方式，一是通过服务器模式(被动打开)等待连接请求；二是通过客户模式(主动打开)发送连接请求给服务器。本例采用TCP客户模式。在建立TCP连接之前，一般都需要初始化端口，包括设置端口号、设置W5100为TCP模式和写入OPEN命令。端口初始化主要配置端口0的相关寄存器，包括：S0_PORT、S0_MR和S0_CR。

　　图5是W5100在TCP客户模式的处理流程。

　　3.2中断处理

　　在处理W5100的中断时，首先应访问W5100的中断寄存器(IR)，可用MCU通过访问IR获得产生中断的来源。任何中断源都可以被中断寄存器(IMR)的相应位所屏蔽，因此，若要使用某个中断源，先要置位该中断源在IMR中的相应位，这样，当IR中对应位置位时，才会产生中断。此后当中断产生时，即进入中断处理程序。对于每个中断事件，处理方式可由用户自己定义。

　　假如使用的是端口0中断。可在W5100的初始化程序中先将IMR中的IM_IR 0(端口0中断屏蔽位)置位。这样，当端口0中断发生时(IM_IR0=I，S0_INT=1)，系统将开始读端口0中断寄存器(S0_IR)，在W5100的端口寄存器中，主要设置有建立连接(CON)、终止连接(DIS

　　CON)、数据发送完成(SEND_OK)、接收数据(RECV)和超时(TIMEOUT)等中断事件。

　　3.3  数据接收

　　当端口产生接收中断时，可调用接收函数S_rx_process(SOCKET s)将端口接收到的数据缓存到Rx_buffer数组中，并返回接收的数据字节数。当读完所有的数据后，可将接收存储器读指针寄存器(S0_RX_RD)的值加上读取的数据长度，然后再写入S0_RX_RD，最后向端口0的命令寄存器(S0_CR)写入RECV命令，以等待下次接收数据。但要注意在计算实际物理偏移量rx_offset时，S_RX_SIZE必须保证和在初始化代码中定义的接收缓存区的大小一致。

　　3.4  数据发送

　　通过Socket发送数据时，首先把要发送的数据缓存在Tx_buffer中。此外，在发送数据时，还需先检查发送缓存区的剩余空间的大小，然后控制发送数据的字节数。端口发送缓存区的大小由发送存储器空间寄存器(TMSR)确定。在数据发送处理过程中，剩余空间的大小将因写入数据而减少，发送完成后又自动增加。把Tx_buffer的数据完全写入端口的发送数据缓存区后，可将端口传输写指针寄存器(Sn_TX_WR)中的值加上写入的数据长度，再写入Sn_Tx_WR，以指示发送数据的长度，最后在命令寄存器(Sn_CR)中写入SEND命令，以启动发送。

4 通信接口的软件设计
4.1 初始化程序设计
　本系统初始化通过定义结构体的方式完成STM32F105V微处理器和W5100的初始化[4-5]。
微处理器完成系统时钟、外设时钟、系统启动模式、嵌入式向量式中断控制寄存器、I2C、通用输入输出接口、通用异步接收发送器、通用定时器以及SPI等的初始化。
　W5100的初始化主要设置一些关键的寄存器：
　(1)设置模式寄存器(MR)bit[7](软件复位位)为1，初始化芯片内部寄存器，复位后自动清0。
　(2)设置中断屏蔽寄存器(IMR)为OxFF(屏蔽中断源)，启动IP地址冲突异常中断和端口n寄存器(Sn_INT)中断等，通过向相应的中断屏蔽位写1，任何时候只要中断寄存器(IR)对应的位也置1，则中断将产生，CPU通过访问IR获得中断来源。
　(3)设置重发时间寄存器(RTR)为200 ms(Ox07D0)，当发出连接、断开等命令而没有收到远程对端的响应或响应延迟时，产生重发过程。
　(4)配置重发计数寄存器(RCR)为8，设定重发的次数。
　(5)设置接收缓冲区的大小寄存器(RMSR)和发送存储空间大小寄存器(TMSR)都为0x55，每个端口接口和发送存储空间分别分配2 KB的存储空间。
　(6)设置端口n模式寄存器(Sn_MR)为OxA1，启动广播功能，设置端口n协议类型为TCP模式。
　(7)设置端口n命令寄存器(Sn_CR)，端口的初始化、建立/断开连接以及数据传输等。
　(8)设置端口n的最大分片长度寄存器(Sn_MSS)为1 460。
　初始化完成后，根据SPI协议编写发送字节函数SPI_SendByte()，配合Read_W5100和Write_W5100完成字节的读取和发送，这里需要定义读操作码(OxF0)和写操作码(Ox0F)，实现微处理器与W5100数据通信。
4.2 Socket初始化程序设计
　W5100与终端之间的数据交换有多种通信方式，本文采用基于TCP模式的通信方式。TCP是以连接为基础的通信方式，端口n在进行数据通信时，必须先建立连接。TCP有两种建立连接方式，一种是服务器模式(被动模式)，需要等待连接请求；另一种是客户端模式(主动打开)，需要发送连接请求给服务器。本设计配置W5100为服务器模式，只需对W5100的Socket进行配置就可以完成网络数据的收发和启动功能。
　当Socket作为服务器模式时，初始化端口需要设置运行模式(Sn_MR)和本机端口号(Sn_Port)，并在端口命令寄存器打开(OPEN)端口。引用Socket_Listen(SOCKET s)程序，只调用一次该程序就可使W5100设置为服务器模式。主要程序如下所示。
　Write_W5100((W5100_S0_MR+s*0x100)，S_MR_TCP)；
　//设置Socket为TCP模式
　Write_W5100((W5100_S0_CR+s*0x100)，S_CR_OPEN)；
　//打开Socket
　Write_W5100((W5100_S0_CR+s*0x100)，S_CR_LISTEN)；
　//设置Socket为侦听模式
　Write_W5100((W5100_S0_CR+s*0x100)，S_CR_CLOSE)；
    //关闭Socket
　完成Socket的打开和设置侦听工作后，至于远程客户端是否与其连接，则需要等待Socket中断，在服务器侦听模式下，不需要设置目的IP和目的端口号。
　W5100在TCP服务器模式下的处理流程如图4所示。

4.3 中断处理程序设计
　本设计采用中断方式来处理数据包的接收和发送，以提高效率。在W5100处理中断的过程中，微处理器首先通过应访问W5100的中断寄存器(IR)获得产生中断的来源。中断寄存器与中断屏蔽寄存器配合使用，且位是一一对应的，中断屏蔽寄存器(IMR)的相应位可屏蔽中断寄存器中任何中断源。因此，若要使用某个中断源，先要将该中断源在中断屏蔽寄存器中的相应位置位，以打开所需的中断源，这样，中断才会产生。当中断产生后，即进入中断处理程序。本设计中的中断源主要包括端口n中断事件。一般设置有Socket成功连接(S_IR_CON)、断开连接(S_IR_DISCON)、数据发送完成(S_IR_SENDOK)、接收到数据(S_IR_RECV)或传输超时(S_IR_TIMEOUT)等事件中断。
　本文以端口0接收到数据包后的产生一个接收数据中断为例说明中断处理过程。首先，在使用端口0中断之前，应在初始化程序中将中断屏蔽寄存器(IMR)中的端口0置位(IMR_S0_INT)，当Socket0发生中断时，IMR_S0_INT=1、IR_S0_INT=1、动态LED灯亮显示接收状态，此时，W5100的中断输出管脚(/INT)输出低电平，以通知微处理器有中断产生，微处理器访问中断寄存器获取中断源为接收数据中断；然后进入中断处理函数，启动发送函数(S_rx_process)。
4.4 Socket数据接收程序设计
　当端口接收数据时，产生接收中断。首先调用端口接收数据包函数Process_Socket_Data()，并对接收到的数据类型进行判断和加工。本过程先调用接收函数S_rx_process()从W5100端口的接收数据缓存区读取数据，然后将读取的数据加上接收存储器读指针寄存器(S0_RX_RD)的值再写入S0_RX_RD，最后将RECV命令重新写入端口0的命令寄存器(S0_CR)，以等待下次数据的接收。或者将处理完的数据拷贝到发送缓冲区，再调用S_tx_process函数发送数据包给CPU。主要程序如下：

　其中Oxaa和Ox55为接收数据包的标志头；长度位为数据包字节长度，不包括数据包头和本身字符，命令位为对对象数据的操作，为0时读取数据，为1时设置对象数据，目标代码位用来显示对象代码，如Ox00为网关IP、Ox01为子网掩码、0x02为物理地址、LED为状态显示等；数据位为接收到的数据，数据是以16进制形式接收，最后再加上2 B的数据报头和1 B的数据本身。
4.5 Socket数据发送程序设计
　通过Socket发送数据时，调用发送数据函数S_tx_process。首先把要发送的数据缓存在发送缓冲区(Tx_buffer)中。此外，在发送数据时，需先检查发送缓存区的剩余空间的大小(Sn_TX_FSR)，控制发送数据的字节数，如用以太网协议发送的数据最大传送单元(MTU)不超过1 500 B。在TCP服务器模式下，在数据发送处理过程中，可不设置目标主机的IP和端口号。剩余空间的大小因写入数据的增加而减少，数据发送后又自动增加。当发送缓冲区的数据完全写入端口的发送数据缓存区后，则将数据本身长度加上端口传输写指针寄存器(Sn_TX_WR)中的值再写入Sn_Tx_WR，再计算发送缓冲区的偏移量(tx_offset)，用于指示发送数据的长度，最后启动发送(Sn_CR_SEND)。相关程序如下：
　i=tx_offset/S_TX_SIZE  //计算实际物理偏移值，
　//S_TX_SIZE由TMSR定义为2 K
　tx_offset=tx_offset-i*S_TX_SIZE  //计算实际物理地址
　//j= W5100_TX+s*S_TX_SIZE+tx_offset
　  Write_W5100(j，Tx_Buffer[i])     //将发送缓冲区中的
　//数据写入到端口的发送缓冲区
　Write_W5100((W5100_S0_CR+s*0x100)，S_CR_SEND)
　//启动发送的指令