W55RP20 от WIZnet: Полное решение для IoT-разработки на базе RP2040 и Ethernet

Создание многофункциональных и безопасных IoT-устройств часто осложняется необходимостью использования внешних сетевых адаптеров и множества несовместимых библиотек. Чип W55RP20 от WIZnet решает эти проблемы, предлагая конструкторам и разработчикам доступное интегрированное решение для сетевых проектов.

Два решения WIZnet для IoT-разработки

WIZnet предлагает два ключевых продукта для ускорения разработки сетевых устройств:

• System-in-Package W55RP20 — объединяет функциональность микроконтроллера Raspberry Pi RP2040 с Ethernet-адаптером W5500 в одном корпусе
• Модуль разработки W55RP20-EVB-PICO — содержит все необходимые элементы для запуска полнофункциональной IoT-платформы (Internet of Things)

Что вы узнаете из этой статьи

В этом обзоре мы подробно рассмотрим:

• Функциональность на базе популярного чипа RP2040
• Сетевые протоколы, поддерживаемые адаптером W5500
• Простоту внедрения W55RP20 и технические характеристики
• Изучение и прототипирование с помощью модуля разработки
• Промышленные IoT-устройства, адаптированные к Ethernet-сетям

Компоненты системы W55RP20

Чип W55RP20 размещен в компактном SMD-корпусе размером всего 88 мм.

W55RP20 в корпусе QFN68 содержит полнофункциональный микроконтроллер и сетевой адаптер с аппаратной поддержкой стека TCP/IP. Основой решения является RP2040 — чип компании Raspberry Pi, известный по плате Pi Pico, разработанный с акцентом на простоту внедрения и универсальность. Программирование доступно на C/C++, MicroPython, CircuitPython, FreeRTOS и Arduino.

Ключевые характеристики W55RP20:

• Двухъядерный процессор Arm Cortex-M0+ с частотой 133 МГц
• 12-канальный контроллер DMA (Direct Memory Access) для быстрой передачи данных к периферии, идеально подходит для мультимедийных проектов и драйверов с низкой латентностью
• Широкий выбор интерфейсов: 2UART, 2SPI (один для связи с сетевым контроллером), 2IC, 1USB 1.1 (хост/устройство)
• 2 программируемых блока PIO с 4 state-машинами каждый для генерации точных сигналов и эмуляции интерфейсов
• 23 цифровых вывода GPIO с поддержкой 16 ШИМ-генераторов и 4 АЦП-входов

Возможности сетевого контроллера W5500

Микроконтроллер RP2040 подключен через интерфейс SPI к фирменному сетевому контроллеру W5500, который обеспечивает аппаратную обработку Ethernet-интерфейса и стека TCP/IP. W55RP20 поддерживает множество сетевых протоколов: TCP, UDP, ICMP, IGMP, ARP, PPPoE, а также обеспечивает поддержку AWS, Azure, TLS, SSL, MQTT и HTTP. Контроллер W5500 разгружает ядра микроконтроллера, обеспечивая стабильное сетевое соединение и позволяя полностью использовать вычислительные возможности RP2040.

Дополнительные технические характеристики

W55RP20 можно использовать и программировать почти так же, как микроконтроллер RP2040. Дополнительные особенности:

• 2 МБ встроенной флеш-памяти
• Питание от постоянного напряжения 1.8–3.3 В
• Рабочий температурный диапазон -40°C до 85°C

Модуль разработки W55RP20-EVB-PICO

Плата оснащена разъемом USB-C для питания и программирования чипа.

Для прототипирования и тестирования проектов производитель подготовил модуль разработки, содержащий все необходимые элементы:

• DC/DC преобразователь напряжения
• Индикаторы состояния
• Разъемы RJ45 и USB-C
• Возможность установки адаптера PoE (Power over Ethernet)

Работа с модулем W55RP20 очень проста, особенно для пользователей с опытом работы с RP2040. Расположение выводов на плате совпадает с Raspberry Pi Pico — самой популярной платой с этим микроконтроллером. Разъем RJ45 поддерживает автоматическое согласование параметров (Full/Half Duplex, 10/100 Мбит/с).

Для удобства на плате расположены две кнопки: сброс и переключатель выбора/загрузки загрузчика.

Применение и преимущества

Чип W55RP20 и модуль разработки представляют собой многофункциональные платформы, идеально подходящие для создания различных сетевых устройств. Они подходят как для любителей, так и для профессиональных разработчиков, занятых созданием:

• Схем для потребительского использования (включая умный дом)
• Промышленных IoT-решений

Широко документированные микроконтроллеры RP2040 уже часто используются в контроллерах автоматизации и робототехники. Сочетание микроконтроллера с адаптером W5500 расширяет возможности, позволяя дистанционно контролировать и управлять устройствами через облачные сервисы или Интернет. Проводное подключение оказывается эффективным даже в условиях сильных электромагнитных помех, где использование WiFi было бы менее оптимальным.