W5100 vs W5100S - W5100S 무엇이 달라졌을까?
by MC
Overview
WIZnet는 2018년 5월 W5100S를 출시했다.
W5100S는 그 동안 WIZnet의 대표상품인 W5100을 크게 개선한 제품으로 저발열, 저비용, 고효율을 구현한 TCP/IP Ethernet Controller 이다.
위 사진에서 보여지는 것처럼, W5100S는 Package 변경에 따른 W5100과의 PIN-to-PIN 호환성을 지원하지 않지만, LQFP48 & QFN48 2가지 Package를 제공하여 사용자의 선택의 폭을 넓혔다.
반면, W5100과의 FW 호환성을 유지하여 PPPoE를 제외한 W5100의 Use Application을 수정없이 그대로 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 개선되거나 추가된 새로운 기능을 활용하여 보다 나은 네트워크 통신 기능을 제공한다.
W5100S은 W5100과 무슨 차별성을 있으며, 무엇이 개선되고, 무엇이 추가되었는지 W5100과 비교하며 살펴보도록 하자.
Features
다음은 W5100과 W5100S의 Feature들을 한눈에 비교할 수 있는 표이다.
Main Fetures
Feautres W5100 W5100S Description TCP O O (PSH Flag Control) PSH flag를 선택적으로 설정한다 UDP O O (WOL, Filtering) WOL over UDP 지원 및 Broad/Uni/Muticast Filtering IP O O MACRAW O O (Filtering) MACRAW Data를 Filtering하여 Host의 수신 부담을 줄였다. ICMP O O (Ping Request) SLCR Register로 Ping-Reqest 전송 IGMP O O ARP O O (ARP request) SLCR Register로 ARP-Reqest 전송 PPPoE HW SW PAP/CHAP 이외의 인증 알고리즘 사용 가능 SOCKET # 4 4 SOCKET TX/RX Memory 8KB/8KB 8KB/8KB Ethernet PHY O O Package LQFP80 LQFP48, QFN48 Samll Package Host Interface
Feautres W5100 W5100S Description Direct Bus Mode O X Indirect Bus Mode O O Bus Interface Logic 개선을 통한 Access time 증가 SPI mode O(Low) O(Fast) SPI clock Speed 개선을 통한 Fast SPI 구현 Integrated 10Base-T/100Base-TX Ethernet PHY
Feautres W5100 W5100S Description Operation Mode Configured by PIN Configured by REG or MDC/MDIO Hardware PIN을 없애고, PHYCR0 regsiter를 통하거나, 내장 MDC/MDIO controller를 통해 제어 Auto-negotiation O O Auto-MDIX O O 둘다 Auto-negotiation Mode일 때만 지원 MDC/MDIO X O PHY Status X O PHYSR Register 참조 LEDs TX, RX, SPD, DUP, COL, LINK ACT, SPD, DUP, COL, LINK TX, RX를 ACT 하나로 Power Down Mode X O Power 소모량 개선 Miscellaneous
Feautres W5100 W5100S Description Retransmittion Configruation 모든 소켓에 적용 소켓별로 적용 가능 Keep Alive by Command by Command or Auto SOCKET-Less Command X O (ARP, PING) Interrupt Global Interrupt / Pending Interrupt를 Enable/Disable하며, Pending한다. System Clock Switching 150MHz Fixed 100MHz <-> 25MHz CHIP Reset CORE & PHY CORE or PHY (전부 혹은 선택적으로) TCP RST Block X O Port Scan Attack 방어 ICMP Unreachable Port Block X O Port Scan Attack 방어 Configuration Lock X O
What is enhanced & What is new in W5100S.
간략한 내용은 앞서 Features를 통해 살펴 보았다.
지금부터는 W5100과 차별성이 두드러지는 기능들을 좀 더 자세히 살펴 보자.
Hardware
PIN (Package)
W5100S는 W5100의 ADDR[14:2], OPMODE[2:0] Siganl PIN를 제거하고, Power PIN을 Optimize하여 LQFP80 package를 LQPF48, QFN48로 Small Package를 지원한다.
제거된 PIN들은 성능 개선이나 Register 설정으로 대체되었다. 참고로, W5100S는 Core 전압으로 1.8V 아닌 1.2V를 사용함에 주의하라.Host Interface
Parallel Bus Mode
Parallel Bus Access Timing을 개선하여 Direct Bus Mode를 제거하고, Indirect Bus Mode만 지원한다. 아래 그림은 Writing Timing을 비교한 것이다.
그림에서와 같이 W5100S과 100MHz로 동작할 경우 Bus access time은 40ns로 30ns정도 개선되었다.
SPI
그림에서와 같이 W5100S는 최대 70MHz SPI Clock Speed를 지원한다. W5100의 70ns 주기를 14.3ns 주기로 개선하여 Fast SPI를 구현하였다.
W5100S SPI 최대 Clock 사용시 T(DS) Time 7ns가 필요함에 주의바란다.
T(DS)을 만족하는 최대 SPI Clock Speed는 14.3+7 = 21.3 ns 주기를 갖는 43MHz이다.Interrupt
W5100은 Interrupt Loss가 간혹 발생한다. 특히 RX Interrupt Clear와 동시에 발생한 중첩 Interrupt에 의해 Interrupt PIN이 Low 상태를 유지하여 Host는 더 이상 Interrupt 발생을 인지못하는 경우가 발생한다.
W5100S는 이를 보안하기 위하여 RECV Command 수행 후 RX buffer가 남아 있는 경우 RX Interrupt를 재생산하여, 중첩 Interrupt가 발생하더라도 Interrupt Pend Timing 이후 여전히 Interrupt가 남아 있는 경우 Interrupt를 재생산하도록 구현되었다.
자세한 내용은 wizwik를 참조하라.
TCP
PSH Flag
PSH flag는 TCP Data를 수신했음을 Application으로 알려 Application으로 하여금 Data를 빠르게 처리하는 기능을 가지고 있다.
W5100과 W5100S는 모두 MSS 보다 큰 Data를 전송할 경우 MSS 단위로 나눈 마지막 데이타에 PSH flag를 설정한다.
W5100S는 마지막 Packet이 아니라 할지라도 상대방의 Window가 zero가 되게 하는 전송 Packet에 PSH flag를 설정하여, Application을 하여금 빠른 수신을 하도록 한다.
또한 W5100과 달리 Sn_MR2[BRDB]=’1’ 인 경우 모든 Packet에 PSH flag를 설정하여 보낼 수 있다.
RST Block
W5100의 경우는 대기하고 있는 SOCKET이 존재하지 않을 경우, RST packet을 전송한다. 이는 Port Scan Attack의 대상이 된다.
W5100S는 MR2[NOTCPRST] = ‘1’ 인 경우 RST packet 전송 기능을 Block 할 수 있고 Port Scan Attack을 대비할 수 있다.
또한, Web Server와 같은 Applicaton을 수행할 경우, 한정된 SOCKET 수(최대 4) 때문에, Web Browser와의 통신이 원할하지 않을 수 있다.
이는 Web Browser가 특정 Contents를 요구했을 경우 대기하고 있는 SOCKET이 없는 없다면 RST를 수신하게 되어 더이상 재요청을 하지 않는 문제가 발생한다.
RST packet 전송 block은 Web Browser로 하여금 재요청을 유도하여 대기 SOCKET이 생길 경우 재요청된 Content을 전송할 수 있게 해준다.
Auto Keep Alive
W5100S은 Sn_CR의 SEND_KEEP command를 이용하여 Keep Alive Packet을 전송할 수 있을 뿐만 아니라, Sn_KPALVTR 마다 자동으로 Keep Alive Packet을 전송할 수 있다.
SEND_KEEP은 Sn_KPALVTR이 0인 동안만 수행이 가능하다.
UDP
WOL
W5100S는 UDP를 통해 수신되는 지정된 Magic packet을 분석하여 대기 중인 Host System를 wake할 수 있는 WOL을 지원한다.
WOL magic packet을 수신할 경우 IR2[WOL] 이 설정되고 인터럽트가 발생한다.ICMP(Port Unreachable) Block
W5100과 W5100S는 Open되어 있지 않은 Port로 UDP Packet을 수신할 경우 ICMP(Port Unreachable) Message를 전송한다. 이는 TCP와 마찬가지로, UDP 역시 Port Scan Attack의 대상이 될 수 있다.
W5100S는 MR2[UDPURB] = ‘1’ 인 경우, ICMP(Unreacheach Port)Message 전송을 Block하여 Port Scan Attack에 대비할 수 있다.
Broad/Uni/Multicast packet filtering
W5100의 경우 Open된 UDP port로 들어 오는 Unicast 뿐만 아니라 원치 않는 Broadcast, Multicast Packet들이 수신될 수 있다. 원치 않은 Packet을 수신할 경우 사용자가 이를 직접 수신하여 Discard 해야 한다.
그러나 W5100S의 경우, 아래와 같은 설정으로 원하지 않은 packet을 수신하지 않음으로써 사용자 처리 부담을 대폭 감소시켰다.UDP Filter 기능은 아래와 같이 설정될 수 있다.
MACRAW
W5100은 MACRAW SOCKET을 사용할 경우 자신에게 보내진 Packet 뿐만 아니라 Broadcast,Multicast Packet을 모두 수신한다. 필요없는 패킷을 수신한 경우 이는 사용자가 직접 수신하여 Discard 하는 부담이 있다.
W5100S는 필요없는 Broadcast, Multicast Packet 뿐만 아니라, IPv6 Packet등을 사용자의 수신 부담없이 Filtering하여 Discard한다.
PPPoE
W5100의 PPPoE는 hardwired logic으로 구현되어, PPPoE 연결 설정에 대한 다양한 Option(예로 PAP/CHAP encryption)을 처리할 수 없는 문제가 있었다.
W5100S는 이와 같이 PPPoE 연결 설정을 MACRAW SOCKET을 이용하여 software로 처리하여 Option 처리에 대한 유연성을 높혔으며, 연결 유지를 위한 반복적인 LCP-ECHO 전송 및 연결 종료 인지 기능만을 Hardware Logic으로 구현하였다.PPPoE 구현은 wizwiki를 참고하라.
Retransmission Configuration
W5100S는 W5100과 달리 SOCKET 별로 재전송 시간을 설정할 수 있다.
Sn_RTR & Sn_RCR Register를 통해 설정한다.
기존의 RTR & RCR Register는 Sn_RTR & Sn_RCR의 초기값을 설정하는 용도로 변경되었다. 즉, Sn_RTR & Sn_RCR를 따로 설정하지 않을 경우, SOCKET 재전송은 RTR & RCR을 따른다.SOCKET-less Command
W5100S는 SOCKET을 사용하지 않고, ARP, PING Request를 원하는 Destination으로 전송하는 기능을 제공한다.
이는 SLCR (SOCKET-less Command), SLIR (SOCKET-less Interrupt), SLIMR (SOCKET-less Interrupt Mask), SLIRCLR (SOCKET-less Interrupt Clear), SLDIPR (SOCKET-less Destination IP Address), SLDHAR (SOCKET-less Destination Hardware Address), PINGIDR (PING ID), PINGSEQR (PING Sequence Number) Register들을 통해 아래 그림과 같이 제어된다.
ARP
SLDIPR = {192,168,100,100}"; SLCR[ARP] = 1; while(SLIR == 0x00); if(SLIR[TOUT] == 1) printf("Timeout Error"); else if(SLIR[ARP] == 1) { printf("%02:%02:%02:%02:%02:%02",SLDHAR[0], SLDHAR[1], ,SLDHAR[2], SLDHAR[3], ,SLDHAR[4], SLDHAR[5]) } SLIRCLR = 0xFF;PING
SLDIPR = {192,168,100,100}; PINGIDR = 0x5100; PINGSEQR = 0x1234; SLCR[PING] = 1; while(SLIR == 0x00); if(SLIR[TOUT] == 1) printf("Timeout Error"); else if(SLIR[PING] == 1) printf("Ping Replay OK"); SLIRCLR = 0xFF;
PHY
Operation Mode
W5100은 Hardware PIN OPMODE[2:0]을 제어하여 PHY operation mode를 설정하여, Reset 이 후 Operation Mode 설정이 불가능 하였다.
반면에 W5100S는 PHYCR0 Regsiter를 통해 Reset 이후에도 Operation Mode 설정이 가능하다.
MDC/MDIO Controller
W5100S은 MDC/MDIO controller를 내장하여 BMCR,
MDC/MDIO Controller는 PHYRAR (PHY Register Address), PHYDIR (PHY Data Input), PHYDOR (PHY Data Outuput), PHYACR (PHY Access Control) Register를 통해 제어된다.자세한 내용은 wizwiki 참조하라.
Power Down Mode
W5100S는 Ehternet PHY의 Power Down Mode를 지원한다.
Power Down Mode 설정은 System clock이 25MHz로 변경되므로, W5100S SPI나 BUS access time이 25MHz로 조정되므로 주의하기 바란다.
System Clock Switching
W5100S는 System Clock을 100MHz 혹은 25MHz로 선택으로 사용 가능하다.
Ethernet Power Mode 설정 시 25MHz로 자동 변경됨에 주의하라.
Configuartion Lock
W5100S는 의도치 않은 설정 변경을 막기 위해 아래의 3가지 설정에 대하여 Lock 기능을 제공한다.
Clock Switching : MR2[CLKSEL] 설정 Lock
CLKCLKR == 0xCE 이면 Unlock 상태, 아니면 LockNetwork Inforamtion
GWR, SIPR, SUBR,SHAR, SIPR 과 같은 Network Information Register 설정을 Lock한다.
NETLCKR == 0x3A 이면 Unlock, 아니면 LockPHY Control : PHYCR0, PHYCR1 설정 Lock
PHYLCKR == 0x53 이면 Unlock, 아니면 Lock
맺으며
지금까지 W5100S의 특징적 차별성을 살펴 보았다.
기존의 W5100 사용자 뿐만 아니라, 새로운 W5100S 사용자에 많은 도움이 되어, W5100S가 W5100을 잇는 또 하나의 대표작이 되길 바란다.
MidnightCow
위즈네트 칩(W5300, W5200, W7100, W7500) 개발자