CH32V003 SSM - Iperf로 W5500의 TCP Throughput 측정 테스트

 

100원대 MCU로 유명한 CH32V003에서 W5500 모듈보드를 이용하여 이더넷 전송률 테스를 해 보자.

그러면 정말 저렴한 이더넷 솔루션이 되지 않을까?

 

아쉽게도 플래시 용량 문제로 Arduino 환경에서는 사용할 수 없다. CH32V003 SSM - 개발환경(MounRiver)
을 이용하여 테스트 했다.

 

우선 프로젝트를 생성하고 ioLibrary Driver를 다운 받아 복사 한다.

 

 

 

CH32V003 SPI 초기화 함수를 작성한다.

void SPI_FullDuplex_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure = {0};
    SPI_InitTypeDef  SPI_InitStructure = {0};

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC | RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init( GPIOC, &GPIO_InitStructure );

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init( GPIOC, &GPIO_InitStructure );

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init( GPIOC, &GPIO_InitStructure );

    SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
    SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
    SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;
    SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;
    SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;
    SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
    SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_2;
    SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
    SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
    SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);

    SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);
}

 

 

W5500의 초기화 함수를 작성한다. W5500 CS핀을 제어 하는 wizchip_select 함수, W5500 Read, Write 함수 wizchip_read, wizchip_write, 고속전송을 위한 buffer Read, Write 함수 SPI_WriteReadByte, SPI_WriteBuf, SPI_ReadBuf 를 등록 한다.

void W5500_Init(void)
{
	/*!< Deselect the FLASH: Chip Select high */
	wizchip_deselect();

	// Wiznet
	reg_wizchip_cs_cbfunc(wizchip_select, wizchip_deselect);
	reg_wizchip_spi_cbfunc(wizchip_read, wizchip_write);
	reg_wizchip_spiburst_cbfunc(SPI_ReadBuf, SPI_WriteBuf);
    
	uint8_t tmp;
	uint8_t memsize[2][8] = { {2,2,2,2,2,2,2,2},{2,2,2,2,2,2,2,2}};

	if(ctlwizchip(CW_INIT_WIZCHIP,(void*)memsize) == -1)
	{
		return;
	}
	/* PHY link status check */
	do {
		if(ctlwizchip(CW_GET_PHYLINK, (void*)&tmp) == -1)
        {
			return;
		}
	} while (tmp == PHY_LINK_OFF);

    Net_Conf();
}

 

 

등록한 함수를 CH32V003 에 맞도록 수정 해 준다.

#define W5200_CS_PORT					GPIOC
#define W5200_CS_BIT					GPIO_Pin_0

#define IINCHIP_CSoff() 				GPIO_ResetBits(W5200_CS_PORT, W5200_CS_BIT)
#define IINCHIP_CSon()					GPIO_SetBits(W5200_CS_PORT, W5200_CS_BIT)


unsigned char SPI_WriteReadByte(unsigned char Data)
{
    volatile unsigned int spi_cnt = 0;

    while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) == RESET)
    {
        spi_cnt++;
        if(spi_cnt > SPIx_TIMEOUT_MAX)
            return 0;
    }

    SPI_I2S_SendData(SPI1, Data);
    spi_cnt = 0;

    while(SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) == RESET)
    {
        spi_cnt++;
        if(spi_cnt > SPIx_TIMEOUT_MAX)
            return 0;
    }

    return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);
}

unsigned char SPI_WriteBuf(unsigned char *pDataBuf, unsigned int Size)
{
#if _USE_SPI_DMA
#else
  for(int i=0;i<Size;i++)
  {
      SPI_WriteReadByte(pDataBuf[i]);
  }
#endif
  return i;
}

unsigned char SPI_ReadBuf(unsigned char *pDataBuf, unsigned int Size)
{
  uint8_t receivedbyte = 0;

#if _USE_SPI_DMA


  HAL_SPI_Receive_DMA(&hSPIHandle, pDataBuf, Size);
  while(HAL_SPI_GetState(&hSPIHandle) != HAL_SPI_STATE_READY);
#else
  for(int i=0;i<Size;i++)
  {
	pDataBuf[i] = SPI_WriteReadByte(0xff);
  }
#endif

  return receivedbyte;
}

 

 

 

W5500으로 TCP 루프백 테스트를 할수 있는 main 함수를 작성한다.

int main(void)
{
    SystemCoreClockUpdate();
    Delay_Init();
    GPIO_INIT();
    USART_Printf_Init(115200);
    printf("SystemClk:%d\r\n",SystemCoreClock);
    printf( "ChipID:%08x\r\n", DBGMCU_GetCHIPID() );

    SPI_FullDuplex_Init();

    W5500_Init();
    Display_Net_Info();

    while (1)
    {
      /* USER CODE END WHILE */

      /* USER CODE BEGIN 3 */
      loopback_tcps(SOCK_TCPS0, gDATABUF, 5001);
    }
}

 

 

이렇게 해서 W5500에서 TCP iperf 테스트 결과 5Mbps 정도 측정이 된다.

 

 

최대 24Mhz SPI 클럭에서 이정도가 맞나?

18Mhz 클럭의 STM32F103에서 W5500속도와 비교 해 보면 느린것 같다.

 

 

코드를 옵티마이즈 해도 별 차이가 없다. 코드에서 좀더 속도를 줄일 방법을 찾아 보자. Read/Write 함수에서 함수로 데이터를 받아 오는 부분을 레지스터에서 직접 읽고 쓰도록 수정 해 보았다.

unsigned char SPI_WriteReadByte(unsigned char Data)
{
    SPI_wait_TX_complete();
    SPI1->DATAR = Data;
}

unsigned char SPI_WriteBuf(unsigned char *pDataBuf, unsigned int Size)
{
  uint8_t receivedbyte = 0;

#if _USE_SPI_DMA
#else
  for(int i=0;i<Size;i++)
  {
      SPI_wait_TX_complete();
      SPI1->DATAR = pDataBuf[i];

      SPI_wait_RX_available();
      receivedbyte = SPI1->DATAR;
  }
#endif

  return receivedbyte;
}

unsigned char SPI_ReadBuf(unsigned char *pDataBuf, unsigned int Size)
{
  uint8_t receivedbyte = 0;

#if _USE_SPI_DMA
#else
  for(int i=0;i<Size;i++)
  {
      SPI_wait_TX_complete();
      SPI1->DATAR = 0x00;

      SPI_wait_RX_available();
      pDataBuf[i] = SPI1->DATAR;
  }
#endif

  return receivedbyte;
}

 

 

이렇게 하니 9Mbps 정도로 빨라진것 같다. 하지만 아무래도 DMA를 사용하여 테스트 할 필요가 있을것 같다.