單芯片解決方案，開啟全新體驗——W55MH32 高性能以太網單片機

W55MH32是WIZnet重磅推出的高性能以太網單片機，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內置高性能Arm? Cortex-M3核心，其主頻最高可達216MHz；配備1024KB FLASH與96KB SRAM，滿足存儲與數據處理需求；集成TOE引擎，包含WIZnet全硬件TCP/IP協議棧、內置MAC以及PHY，擁有獨立的32KB以太網收發緩存，可供8個獨立硬件socket使用。如此配置，真正實現了All-in-One解決方案，為開發者提供極大便利。

在封裝規格上，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，專為各種復雜工控場景設計。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接口復用）、1個CAN、1個USB2.0以及1個SDIO接口。如此豐富的外設資源，能夠輕松應對工業控制中多樣化的連接需求，無論是與各類傳感器、執行器的通信，還是對復雜工業協議的支持，都能游刃有余，成為復雜工控領域的理想選擇。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，適合集成度高的網關模組等場景，軟件使用方法一致。更多信息和資料請進入http://www.w5500.com/網站或者私信獲取。

此外，本W55MH32支持硬件加密算法單元，WIZnet還推出TOE+SSL應用，涵蓋TCP SSL、HTTP SSL以及 MQTT SSL等，為網絡通信安全再添保障。

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

若您想獲取芯片和開發板的更多詳細信息，包括產品特性、技術參數以及價格等，歡迎訪問官方網頁：http://www.w5500.com/，我們期待與您共同探索W55MH32的無限可能。

第十六章 W55MH32 PING示例

本篇文章，我們將詳細介紹如何在W55MH32芯片上面實現IPRAW功能，并通過實戰例程，為大家講解如何使用IPRAW模式實現ICMP協議中的PING命令進行網絡連通性測試。

該例程用到的其他網絡協議，例如DHCP請參考相關章節。有關W55MH32的初始化過程，請參考Network Install章節，這里將不再贅述。

1 IPRAW模式簡介

IPRAW模式是W55MH32 TOE提供的一種網絡通信模式。在這種模式下，用戶可以直接操作IP層數據包，對其進行底層細節的處理，從而支持IP層協議的實現，例如ICMP、IGMP等。

2 PING簡介

PING是一個用于測試網絡連接性和診斷網絡問題的命令。它通過使用ICMP即因特網控制報文協議（Internet Control Message Protocol）發送“回顯請求”消息（Echo Request）并等待“回顯應答”消息（Echo Reply），來檢查目標主機是否可達以及網絡的響應時間。PING命令是網絡診斷工具中最常見的工具之一，通常用于驗證網絡連通性、檢測網絡延遲、排查網絡故障等。

3 PING命令特點

1.簡單性：PING設計非常簡單，通常是基于請求-響應的模式。一個設備發送 PING請求包，另一個設備回應PING響應包。它的開銷較小，適合嵌入式設備的網絡通信需求。

2.低延遲：由于PING本身非常簡潔，因此網絡延遲很低，適用于需要實時檢測設備狀態或維持心跳的場景。

3.狀態監測與心跳：PING常用于設備間的心跳檢測。

4.無負載數據：PING傳輸的數據通常沒有負載或附加的數據，只有簡單的請求和響應字段，因此網絡負載非常小。

5.容錯性與重試機制：一些實現可能會有超時和重試機制，以確保 PING響應的可靠性。

4 PING應用場景

接下來，我們了解下在W55MH32上，可以使用PING完成哪些操作及應用呢？

網絡連通性測試：可以用于測試本地設備與目標設備之間的網絡是否連通。

網絡故障排查：當網絡出現問題，如無法訪問某個網站或無法與特定設備進行通信時，可以使用 PING命令來逐步定位問題所在。如果對目標設備的 PING請求超時或丟包嚴重，說明可能存在網絡連接中斷、路由器配置錯誤、防火墻阻擋等問題。

網絡設備狀態監測：在網絡管理中，需要實時監測網絡中各種設備（如服務器、路由器、交換機等）的狀態。可以定期使用 PING命令對這些設備進行檢測，根據是否能夠收到回復來判斷設備是否正常運行。

5 PING命令基本工作流程

1.發送請求

用戶在命令行輸入 PING命令及目標主機的 IP地址或域名后，系統開始構建 ICMP回顯請求數據包。此數據包包含 ICMP協議頭部和一定數據，默認 32字節。隨后，該數據包被交給 IP層。

IP層在數據包中添加源 IP地址和目標 IP地址等控制信息，組裝成完整的 IP數據包。接著，需獲取目標主機的 MAC地址。若目標主機與源主機在同一網段，IP層會查詢本地 ARP緩存表，若有對應映射則直接獲取 MAC地址；若沒有，則發送 ARP請求廣播來獲取。若目標主機與源主機不在同一網段，IP層會將數據包交給路由處理，由路由器依據路由表轉發，路由器同樣需獲取下一跳的 MAC地址。

數據鏈路層獲取目標 MAC地址后，構建數據幀，將 IP 數據包封裝其中，附上源和目的 MAC地址及控制信息，再將數據幀發送出去。

2.接收響應

目標主機接收到數據幀后，檢查目的 MAC地址，若相符則接收并提取 IP數據包，交給 IP層。IP層檢查無誤后，將其交給 ICMP協議。

ICMP協議構建 ICMP回顯應答數據包，把請求包中的數據復制過來，再交給 IP層。IP層封裝成 IP數據包，數據鏈路層構建新的數據幀，以源主機為目的地址發送出去。

3.結果處理

源主機收到應答數據包后，數據鏈路層和 IP層依次處理，將 ICMP應答包交給 ICMP協議。ICMP協議記錄當前時間，結合請求時的時間戳計算往返時間。若發送多個請求包，系統會統計未收到應答的數據包數量，計算丟包率。通過往返時間和丟包率，用戶可判斷網絡的連通性和質量。

6報文解析

ICMP（Internet Control Message Protocol，互聯網控制消息協議）是用于網絡設備間傳遞控制消息的協議，通常用于網絡診斷與錯誤報告。ICMP報文由類型字段、代碼字段、校驗和及數據部分構成。常見的 ICMP報文類型包括回顯請求（ping）和回顯應答、目的不可達、超時等。

以下是 ICMP回顯請求和應答報文的基本格式：

|報文解析|
Internet Control Message Protocol
    Type: 8 (Echo (ping) request) （ICMP類型字段為8，表示這是一個回顯請求（Ping請求））
    Code: 0 （ICMP代碼字段為 0，表示回顯請求的正常類型）
    Checksum: 0xe1a7 [correct] （0xe1a7是校驗和值，狀態為 Good，表示報文有效）
    [Checksum Status: Good]
    Identifier (BE): 4661 (0x1235) （表示標識符以大端格式存儲，值為 4661（十進制））
    Identifier (LE): 13586 (0x3512) （LE表示標識符以小端格式存儲，值為 13586）
    Sequence Number (BE): 17186 (0x4322) （序列號字段，用于標識回顯請求的序列）
    Sequence Number (LE): 8771 (0x2243) （序列號幫助配對請求與響應）
    [Response frame: 15] （此字段表示接收到的響應幀數量，通常用于指示響應的順序或超時）
    Data (128 bytes) （包括用于測試的實際數據或填充數據）

|報文原文|
08 00 e1 a7 12 35 43 22

7實現過程

接下來，我們在W55MH32上實現PING命令。

注意：測試實例需要PC端和W55MH32處于同一網段。

do_ping()函數起到了控制PING操作流程的作用，它決定了是否繼續進行PING操作，以及在操作完成后關閉Socket連接。

這個函數需要主循環中調用，如下圖所示：

while (1)
{
    do_ping(SOCKET_ID, dest_ip, ping_num);
}

void do_ping(uint8_t sn, uint8_t *remote_ip, uint8_t req_num)
{
    if (req >= req_num)
    {
        close(sn);
        return;
    }
    else
    {
        ping_count(sn, req_num, remote_ip);
    }
}

do_ping()函數需要傳入3個參數，分別是spcket號，目標主機IP，PING請求次數。

如果req大于req_num，說明已經達到了指定的 PING請求次數，此時調用close()函數關閉指定的 Socket連接，然后函數返回，結束本次 PING操作。

如果req小于req_num，則調用ping_count()函數。PING操作主要在ping_count()函數內進行，進入該函數之后會執行以下步驟。

ping_count()函數如下：

void ping_count(uint8_t s, uint16_t pCount, uint8_t *addr)
{
    uint16_t rlen, cnt, i;
    cnt = 0;

    for (i = 0; i < pCount + 1; i++)
    {
        if (i != 0)
        {
            // 輸出計數編號
            printf("No.%d  ", i);
        }

        switch (getSn_SR(s))
        {
            case SOCK_CLOSED:
                close(s);
                // 創建Socket
                IINCHIP_WRITE(WZTOE_Sn_PROTO(s), IPPROTO_ICMP);
                if (Socket(s, Sn_MR_IPRAW, 3000, 0) != 0)
                {
                    // Socket創建失敗（此處可添加錯誤處理）
                }
                // 等待Socket注冊完成
                while (getSn_SR(s) != SOCK_IPRAW);
                break;

            case SOCK_IPRAW:
                // 發送Ping請求
                ping_request(s, addr);
                req++;  // 請求計數遞增

                // 等待Ping響應
                while (1)
                {
                    // 檢查是否有接收數據
                    if ((rlen = getSn_RX_RSR(s)) > 0)
                    {
                        // 處理Ping響應
                        ping_reply(s, addr, rlen);
                        rep++;  // 響應計數遞增

                        if (ping_reply_received)
                        {
                            break;  // 收到響應后退出等待
                        }
                    }

                    // 超時判斷（cnt*5ms >= 5000ms時超時）
                    if (cnt > 1000)
                    {
                        printf("Request Time outrnrn");
                        cnt = 0;
                        break;
                    }
                    else
                    {
                        cnt++;
                        delay_ms(5);  // 5ms延遲
                    }
                }
                break;

            default:
                break;
        }

        // 當請求數達到設定值時，輸出統計結果
        if (req >= pCount)
        {
            printf("Ping Request = %d, Ping Reply = %d, Lost = %drn", req, rep, req - rep);
        }
    }
}

進入該函數后，程序會執行一個狀態機，首先初始化 cnt為 0并開啟 for循環。根據Socket的狀態進行不同操作，當Socket為 SOCK_CLOSED時，Socket關閉，設置協議，創建 Sn_MR_IPRAW模式的 Socket，并等待 Socket狀態變為 SOCK_IPRAW；當Socket為 SOCK_IPRAW時，發送 ping請求，進入內層 while循環，若接收長度大于 0則處理 ping回復，超過一定時間無回復則輸出超時信息，同時會根據 cnt進行計數和延遲處理；默認情況不做處理，滿足條件時輸出 ping請求、回復和丟失的統計信息。

步驟一：發送 PING請求

ping_request()函數在ping_count()函數中，當Socket狀態為SOCK_IPRAW時被調用，從而實現按照設定的次數發送 PING請求。

ping_request()函數如下：

void ping_request(uint8_t s, uint8_t *addr)
{
    uint16_t i;
    ping_reply_received = 0;  // 重置響應接收標志

    // 初始化Ping請求包數據
    PingRequest.Type    = PING_REQUEST;       // 設置類型為Ping請求
    PingRequest.Code    = CODE_ZERO;          // 代碼字段置0
    PingRequest.ID      = htons(RandomID++);  // 設置ID（網絡字節序），ID自增
    PingRequest.SeqNum  = htons(RandomSeqNum++);  // 設置序列號（網絡字節序），序列號自增

    // 填充數據區（簡單填充0-7循環值）
    for (i = 0; i < BUF_LEN; i++)
    {
        PingRequest.Data[i] = (i) % 8;
    }

    // 計算校驗和
    PingRequest.CheckSum = 0;  // 先清零校驗和字段
    PingRequest.CheckSum = htons(checksum((uint8_t *)&PingRequest, sizeof(PingRequest)));  // 計算并設置校驗和（網絡字節序）

    // 發送Ping請求
    if (sendto(s, (uint8_t *)&PingRequest, sizeof(PingRequest), addr, 3000) == 0)
    {
        printf("Fail to send ping-reply packetrn");  // 發送失敗提示
    }
    else
    {
        // 發送成功，輸出目標IP
        printf("Ping:%d.%d.%d.%drn", (addr[0]), (addr[1]), (addr[2]), (addr[3]));
    }
}

該函數ping_request的主要作用是發送一個Ping請求。首先初始化一些請求參數，包括請求類型、代碼、隨機生成的 ID和序列號，填充數據并計算校驗和。接著嘗試使用sendto()函數發送請求，根據發送結果輸出相應信息，包括失敗提示和請求目標的地址信息。

步驟二：接收并解析 PING回復：

ping_reply()函數在ping_count()函數中，當檢測到Socket收緩沖區有數據（rlen>0）時被調用，從而實現對接收到的 PING回復進行解析處理。ping_reply()函數負責接收和解析PING回復數據包，根據不同的數據包類型進行相應的處理，并在解析成功后打印相關信息。

ping_reply()函數如下：

 void ping_reply(uint8_t s, uint8_t *addr, uint16_t rlen)
{
    uint16_t tmp_checksum;
    uint16_t len;
    uint16_t i;
    uint8_t  data_buf[136];

    uint16_t port = 3000;
    PINGMSGR PingReply;

    // 接收數據
    len = recvfrom(s, data_buf, rlen, addr, &port);

    // 處理Ping響應包（ICMP Echo Reply）
    if (data_buf[0] == PING_REPLY)
    {
        // 解析Ping響應包數據
        PingReply.Type    = data_buf[0];
        PingReply.Code    = data_buf[1];
        PingReply.CheckSum = (data_buf[3]  Unknown）
    }
}

ping_reply()函數主要用于處理接收的信息。它通過 recvfrom接收數據，根據數據包頭信息判斷是回復還是請求，提取并解析相關信息，計算校驗和并進行檢查，根據不同情況輸出信息，如錯誤提示、回復來源信息或請求來源信息等，并設置接收狀態標志。

8運行結果

燒錄例程運行后，首先進行了PHY鏈路檢測，然后打印設置網絡信息，最ping目標IP收到回復，如下圖所示：

9總結

本文講解了如何在 W55MH32芯片上通過 IPRAW模式實現 ICMP協議中的 PING命令，以進行網絡連通性測試，通過實戰例程展示了從發送 PING請求、接收并解析回復到統計結果的完整過程。文章詳細介紹了 IPRAW模式和 PING命令的概念、特點、應用場景、基本工作流程和報文解析，幫助讀者理解其在網絡測試和故障排查中的實際應用價值。

下一篇文章將聚焦 ARP協議，解析其核心原理及在網絡通信中的應用，同時講解如何在W55MH32上實現 ARP協議，敬請期待！

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審核編輯 黃宇