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：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(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)者全面評估芯片性能。

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第十章 W55MH32中斷應(yīng)用概覽

本章參考資料《W55MH32-參考手冊》、《 Cortex-M3內(nèi)核編程手冊》-4.3 章節(jié)：NVIC和4.4章節(jié)：SCB—4.4.5的AIRCR。

W55MH32中斷非常強(qiáng)大，每個外設(shè)都可以產(chǎn)生中斷，所以中斷的講解放在哪一個外設(shè)里面去講都不合適，這里單獨(dú)抽出一章來做一個總結(jié)性的介紹，這樣在其他章節(jié)涉及到中斷部分的知識我們就不用費(fèi)很大的篇幅去講解，只要示意性帶過即可。

1 異常類型

W55MH32在內(nèi)核水平上搭載了一個異常響應(yīng)系統(tǒng)， 支持為數(shù)眾多的系統(tǒng)異常和外部中斷。 其中系統(tǒng)異常有8個（如果把Reset和HardFault也算上的話就是10個）， 外部中斷有60個。除了個別異常的優(yōu)先級被定死外，其它異常的優(yōu)先級都是可編程的。 有關(guān)具體的系統(tǒng)異常和外部中斷可在標(biāo)準(zhǔn)庫文件w55mh32.h這個頭文件查詢到，在IRQn_Type這個結(jié)構(gòu)體里面包含了W55MH32系列全部的異常聲明。

W55MH32系統(tǒng)異常清單

W55MH32外部中斷清單

2 NVIC簡介

在講如何配置中斷優(yōu)先級之前，我們需要先了解下NVIC。NVIC是嵌套向量中斷控制器，控制著整個芯片中斷相關(guān)的功能，它跟內(nèi)核緊密耦合，是內(nèi)核里面的一個外設(shè)。但是各個芯片廠商在設(shè)計芯片的時候會對Cortex-M3內(nèi)核里面的NVIC進(jìn)行裁剪，把不需要的部分去掉，所以說W55MH32的NVIC是Cortex-M 3的NVIC的一個子集。

2.1 NVIC寄存器簡介

在固件庫中，NVIC的結(jié)構(gòu)體定義可謂是頗有遠(yuǎn)慮，給每個寄存器都預(yù)留了很多位，恐怕為的是日后擴(kuò)展功能。 不過W55MH32可用不了這么多，只是用了部分而已，具體使用了多少可參考《 Cortex-M3 內(nèi)核編程手冊》-4.3.11:NVIC寄存器映射。

代碼清單:中斷-1 NVIC結(jié)構(gòu)體定義，來自固件庫頭文件：core_cm3.h

typedef struct {
    __IO uint32_t ISER[8];       // 中斷使能寄存器
    uint32_t RESERVED0[24];
    __IO uint32_t ICER[8];       // 中斷清除寄存器
    uint32_t RSERVED1[24];
    __IO uint32_t ISPR[8];       // 中斷使能懸起寄存器
    uint32_t RESERVED2[24];
    __IO uint32_t ICPR[8];       // 中斷清除懸起寄存器
    uint32_t RESERVED3[24];
    __IO uint32_t IABR[8];       // 中斷有效位寄存器
    uint32_t RESERVED4[56];
    __IO uint8_t  IP[240];       // 中斷優(yōu)先級寄存器(8Bit wide)
    uint32_t RESERVED5[644];
    __O  uint32_t STIR;          // 軟件觸發(fā)中斷寄存器
}  NVIC_Type;

在配置中斷的時候我們一般只用ISER、ICER和IP這三個寄存器，ISER用來使能中斷，ICER用來失能中斷，IP用來設(shè)置中斷優(yōu)先級。

2.2 NVIC 中斷配置固件庫

固件庫文件core_cm3.h的最后，還提供了NVIC的一些函數(shù)，這些函數(shù)遵循CMSIS規(guī)則，只要是Cortex-M3 的處理器都可以使用，具體如下：

這些庫函數(shù)我們在編程的時候用的都比較少，甚至基本都不用。在配置中斷的時候我們還有更簡潔的方法，請看中斷編程小節(jié)。

3 優(yōu)先級的定義

3.1 優(yōu)先級定義

在NVIC 有一個專門的寄存器：中斷優(yōu)先級寄存器NVIC_IPRx，用來配置外部中斷的優(yōu)先級，IPR寬度為8bit， 原則上每個外部中斷可配置的優(yōu)先級為0~255，數(shù)值越小，優(yōu)先級越高。但是絕大多數(shù)CM3芯片都會精簡設(shè)計， 以致實(shí)際上支持的優(yōu)先級數(shù)減少，在W55MH32中，只使用了高4bit，如下所示：

用于表達(dá)優(yōu)先級的這4bit，又被分組成搶占優(yōu)先級和子優(yōu)先級。如果有多個中斷同時響應(yīng)，搶占優(yōu)先級高的就會搶占搶占優(yōu)先級低的優(yōu)先得到執(zhí)行， 如果搶占優(yōu)先級相同，就比較子優(yōu)先級。如果搶占優(yōu)先級和子優(yōu)先級都相同的話，就比較他們的硬件中斷編號，編號越小，優(yōu)先級越高。

3.2 優(yōu)先級分組

優(yōu)先級的分組由內(nèi)核外設(shè)SCB的應(yīng)用程序中斷及復(fù)位控制寄存器AIRCR的PRIGROUP[10:8]位決定，W55MH32分為了5組，具體如下：主優(yōu)先級=搶占優(yōu)先級

設(shè)置優(yōu)先級分組可調(diào)用庫函數(shù)NVIC_PriorityGroupConfig()實(shí)現(xiàn)，有關(guān)NVIC中斷相關(guān)的庫函數(shù)都在庫文件misc.c和misc.h中。

代碼清單:中斷-2 中斷優(yōu)先級分組庫函數(shù)NVIC_PriorityGroupConfig()

/**
* 配置中斷優(yōu)先級分組：搶占優(yōu)先級和子優(yōu)先級
* 形參如下：
* @arg NVIC_PriorityGroup_0: 0bit for搶占優(yōu)先級
*                            4 bits for 子優(yōu)先級
* @arg NVIC_PriorityGroup_1: 1 bit for搶占優(yōu)先級
*                            3 bits for 子優(yōu)先級
* @arg NVIC_PriorityGroup_2: 2 bit for搶占優(yōu)先級
*                            2 bits for 子優(yōu)先級
* @arg NVIC_PriorityGroup_3: 3 bit for搶占優(yōu)先級
*                            1 bits for 子優(yōu)先級
* @arg NVIC_PriorityGroup_4: 4 bit for搶占優(yōu)先級
*                            0 bits for 子優(yōu)先級
* @注意 如果優(yōu)先級分組為0，則搶占優(yōu)先級就不存在，優(yōu)先級就全部由子優(yōu)先級控制
*/
void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup)
{
    // 設(shè)置優(yōu)先級分組
    SCB->AIRCR = AIRCR_VECTKEY_MASK | NVIC_PriorityGroup;
}

4 中斷編程

在配置每個中斷的時候一般有3個編程要點(diǎn)：

1.使能外設(shè)某個中斷，這個具體由每個外設(shè)的相關(guān)中斷使能位控制。比如串口有發(fā)送完成中斷，接收完成中斷，這兩個中斷都由串口控制寄存器的相關(guān)中斷使能位控制。

2.初始化NVIC_InitTypeDef結(jié)構(gòu)體，配置中斷優(yōu)先級分組，設(shè)置搶占優(yōu)先級和子優(yōu)先級， 使能中斷請求。NVIC_InitTypeDef結(jié)構(gòu)體在固件庫頭文件misc.h中定義。

代碼清單:中斷-3 NVIC初始化結(jié)構(gòu)體

typedef struct {
    uint8_t NVIC_IRQChannel;                    // 中斷源
    uint8_t NVIC_IRQChannelPreemptionPriority;  // 搶占優(yōu)先級
    uint8_t NVIC_IRQChannelSubPriority;         // 子優(yōu)先級
    FunctionalState NVIC_IRQChannelCmd;         // 中斷使能或者失能
} NVIC_InitTypeDef;

有關(guān)NVIC初始化結(jié)構(gòu)體的成員我們一一解釋下：

(1).NVIC_IROChannel：用來設(shè)置中斷源，不同的中斷中斷源不一樣，且不可寫錯，即使寫錯了程序也不會報錯，只會導(dǎo)致不響應(yīng)中斷。 具體的成員配置可參考w55mh32x.h頭文件里面的IRQn_Type結(jié)構(gòu)體定義，這個結(jié)構(gòu)體包含了所有的中斷源。

代碼清單:中斷-4 IRQn_Type中斷源結(jié)構(gòu)體

typedef enum IRQn {
    //Cortex-M3 處理器異常編號
    NonMaskableInt_IRQn      = -14,
    MemoryManagement_IRQn    = -12,
    BusFault_IRQn            = -11,
    UsageFault_IRQn          = -10,
    SVCall_IRQn              = -5,
    DebugMonitor_IRQn        = -4,
    PendSV_IRQn              = -2,
    SysTick_IRQn             = -1,
    /W55MH32 外部中斷編號
    WWDG_IRQn                = 0,
    PVD_IRQn                 = 1,
    TAMP_STAMP_IRQn          = 2,

    // 限于篇幅，中間部分代碼省略，具體的可查看庫文件W55MH32.h

    DMA2_Channel2_IRQn       = 57,
    DMA2_Channel3_IRQn       = 58,
    DMA2_Channel4_5_IRQn     = 59
} IRQn_Type;

(2).NVIC_IRQChannelPreemptionPriority：搶占優(yōu)先級，具體的值要根據(jù)優(yōu)先級分組來確定， 具體參考表格 優(yōu)先級分組真值表 優(yōu)先級分組真值表 。

(3). NVIC_IRQChannelSubPriority：子優(yōu)先級，具體的值要根據(jù)優(yōu)先級分組來確定， 具體參考表格 優(yōu)先級分組真值表 優(yōu)先級分組真值表 。

(4).NVIC_IRQChannelCmd：中斷使能（ENABLE）或者失能（DISABLE）。 操作的是NVIC_ISER和NVIC_ICER這兩個寄存器。

3.編寫中斷服務(wù)函數(shù)

在啟動文件startup_w55mh32_hd.s中我們預(yù)先為每個中斷都寫了一個中斷服務(wù)函數(shù)，只是這些中斷函數(shù)都是為空，為的只是初始化中斷向量表。 實(shí)際的中斷服務(wù)函數(shù)都需要我們重新編寫，為了方便管理我們把中斷服務(wù)函數(shù)統(tǒng)一寫在w55mh32_it.c這個庫文件中。

關(guān)于中斷服務(wù)函數(shù)的函數(shù)名必須跟啟動文件里面預(yù)先設(shè)置的一樣，如果寫錯，系統(tǒng)就在中斷向量表中找不到中斷服務(wù)函數(shù)的入口， 直接跳轉(zhuǎn)到啟動文件里面預(yù)先寫好的空函數(shù)，并且在里面無限循環(huán)，實(shí)現(xiàn)不了中斷。

5 補(bǔ)充說明

后續(xù)其他例程的某個外設(shè)配置過程的自定義函數(shù)如NVIC_Configuration()分別執(zhí)行了 NVIC_PriorityGroupConfig() 配置中斷優(yōu)先級分組，NVIC_Init(&NVIC_InitStructure) 配置結(jié)構(gòu)體賦值的將要設(shè)置的中斷向量和其優(yōu)先級， 注意這里的 NVIC_PriorityGroupConfig是整個程序中只需要設(shè)置一次 。

當(dāng)設(shè)置好了中斷優(yōu)先級分組，其他各種外設(shè)對應(yīng)的中斷向量的中斷優(yōu)先級既是基于目前設(shè)置分組來解讀， 假設(shè)配置為NVIC_PriorityGroup_0或者NVIC_PriorityGroup_4，那么給多個外設(shè)分別填充NVIC_InitStructure的子優(yōu)先級或主優(yōu)先級是無效的，所以說如果工程里面有用到許多的外設(shè)中斷，那么在確定了想用哪一種優(yōu)先級分組后再給每個外設(shè)對應(yīng)的中斷向量配置優(yōu)先級。

在其他例程中很多將NVIC_PriorityGroupConfig寫在了每個外設(shè)自己的中斷配置函數(shù)里面，有些可能多個外設(shè)配置函數(shù)下重復(fù)了NVIC_PriorityGroupConfig()這句， 這里提醒用戶后續(xù)編寫自己程序時只需要調(diào)用一次即可，若重復(fù)調(diào)用相當(dāng)于對中斷相關(guān)寄存器重復(fù)賦值多次取最后一次賦值，并且從代碼布局邏輯來說,NVIC_PriorityGroupConfig適合放在main()函數(shù)中。

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