第十六章 W55MH32 PING示例

单芯片解决方案，开启全新体验——W55MH32 高性能以太网单片机

W55MH32是WIZnet重磅推出的高性能以太网单片机，它为用户带来前所未有的集成化体验。这颗芯片将强大的组件集于一身，具体来说，一颗W55MH32内置高性能Arm? Cortex-M3核心，其主频最高可达216MHz；配备1024KB FLASH与96KB SRAM，满足存储与数据处理需求；集成TOE引擎，包含WIZnet全硬件TCP/IP协议栈、内置MAC以及PHY，拥有独立的32KB以太网收发缓存，可供8个独立硬件socket使用。如此配置，真正实现了All-in-One解决方案，为开发者提供极大便利。

在封装规格上，W55MH32提供了两种选择：QFN100和QFN68。

W55MH32L采用QFN100封装版本，尺寸为12x12mm，其资源丰富，专为各种复杂工控场景设计。它拥有66个GPIO、3个ADC、12通道DMA、17个定时器、2个I2C、5个串口、2个SPI接口（其中1个带I2S接口复用）、1个CAN、1个USB2.0以及1个SDIO接口。如此丰富的外设资源，能够轻松应对工业控制中多样化的连接需求，无论是与各类传感器、执行器的通信，还是对复杂工业协议的支持，都能游刃有余，成为复杂工控领域的理想选择。同系列还有QFN68封装的W55MH32Q版本，该版本体积更小，仅为8x8mm，成本低，适合集成度高的网关模组等场景，软件使用方法一致。更多信息和资料请进入http://www.w5500.com/网站或者私信获取。

此外，本W55MH32支持硬件加密算法单元，WIZnet还推出TOE+SSL应用，涵盖TCP SSL、HTTP SSL以及 MQTT SSL等，为网络通信安全再添保障。

为助力开发者快速上手与深入开发，基于W55MH32L这颗芯片，WIZnet精心打造了配套开发板。开发板集成WIZ-Link芯片，借助一根USB C口数据线，就能轻松实现调试、下载以及串口打印日志等功能。开发板将所有外设全部引出，拓展功能也大幅提升，便于开发者全面评估芯片性能。

若您想获取芯片和开发板的更多详细信息，包括产品特性、技术参数以及价格等，欢迎访问官方网页：http://www.w5500.com/，我们期待与您共同探索W55MH32的无限可能。

第十六章 W55MH32 PING示例

本篇文章，我们将详细介绍如何在W55MH32芯片上面实现IPRAW功能，并通过实战例程，为大家讲解如何使用IPRAW模式实现ICMP协议中的PING命令进行网络连通性测试。

该例程用到的其他网络协议，例如DHCP请参考相关章节。有关W55MH32的初始化过程，请参考Network Install章节，这里将不再赘述。

1 IPRAW模式简介

IPRAW模式是W55MH32 TOE提供的一种网络通信模式。在这种模式下，用户可以直接操作IP层数据包，对其进行底层细节的处理，从而支持IP层协议的实现，例如ICMP、IGMP等。

2 PING简介

PING是一个用于测试网络连接性和诊断网络问题的命令。它通过使用ICMP即因特网控制报文协议（Internet Control Message Protocol）发送“回显请求”消息（Echo Request）并等待“回显应答”消息（Echo Reply），来检查目标主机是否可达以及网络的响应时间。PING命令是网络诊断工具中最常见的工具之一，通常用于验证网络连通性、检测网络延迟、排查网络故障等。

3 PING命令特点

1.简单性：PING设计非常简单，通常是基于请求-响应的模式。一个设备发送 PING请求包，另一个设备回应PING响应包。它的开销较小，适合嵌入式设备的网络通信需求。

2.低延迟：由于PING本身非常简洁，因此网络延迟很低，适用于需要实时检测设备状态或维持心跳的场景。

3.状态监测与心跳：PING常用于设备间的心跳检测。

4.无负载数据：PING传输的数据通常没有负载或附加的数据，只有简单的请求和响应字段，因此网络负载非常小。

5.容错性与重试机制：一些实现可能会有超时和重试机制，以确保 PING响应的可靠性。

4 PING应用场景

接下来，我们了解下在W55MH32上，可以使用PING完成哪些操作及应用呢？

网络连通性测试：可以用于测试本地设备与目标设备之间的网络是否连通。

网络故障排查：当网络出现问题，如无法访问某个网站或无法与特定设备进行通信时，可以使用 PING命令来逐步定位问题所在。如果对目标设备的 PING请求超时或丢包严重，说明可能存在网络连接中断、路由器配置错误、防火墙阻挡等问题。

网络设备状态监测：在网络管理中，需要实时监测网络中各种设备（如服务器、路由器、交换机等）的状态。可以定期使用 PING命令对这些设备进行检测，根据是否能够收到回复来判断设备是否正常运行。

5 PING命令基本工作流程

1.发送请求

用户在命令行输入 PING命令及目标主机的 IP地址或域名后，系统开始构建 ICMP回显请求数据包。此数据包包含 ICMP协议头部和一定数据，默认 32字节。随后，该数据包被交给 IP层。

IP层在数据包中添加源 IP地址和目标 IP地址等控制信息，组装成完整的 IP数据包。接着，需获取目标主机的 MAC地址。若目标主机与源主机在同一网段，IP层会查询本地 ARP缓存表，若有对应映射则直接获取 MAC地址；若没有，则发送 ARP请求广播来获取。若目标主机与源主机不在同一网段，IP层会将数据包交给路由处理，由路由器依据路由表转发，路由器同样需获取下一跳的 MAC地址。

数据链路层获取目标 MAC地址后，构建数据帧，将 IP 数据包封装其中，附上源和目的 MAC地址及控制信息，再将数据帧发送出去。

2.接收响应

目标主机接收到数据帧后，检查目的 MAC地址，若相符则接收并提取 IP数据包，交给 IP层。IP层检查无误后，将其交给 ICMP协议。

ICMP协议构建 ICMP回显应答数据包，把请求包中的数据复制过来，再交给 IP层。IP层封装成 IP数据包，数据链路层构建新的数据帧，以源主机为目的地址发送出去。

3.结果处理

源主机收到应答数据包后，数据链路层和 IP层依次处理，将 ICMP应答包交给 ICMP协议。ICMP协议记录当前时间，结合请求时的时间戳计算往返时间。若发送多个请求包，系统会统计未收到应答的数据包数量，计算丢包率。通过往返时间和丢包率，用户可判断网络的连通性和质量。

6报文解析

ICMP（Internet Control Message Protocol，互联网控制消息协议）是用于网络设备间传递控制消息的协议，通常用于网络诊断与错误报告。ICMP报文由类型字段、代码字段、校验和及数据部分构成。常见的 ICMP报文类型包括回显请求（ping）和回显应答、目的不可达、超时等。

以下是 ICMP回显请求和应答报文的基本格式：

|报文解析|
Internet Control Message Protocol
    Type: 8 (Echo (ping) request) （ICMP类型字段为8，表示这是一个回显请求（Ping请求））
    Code: 0 （ICMP代码字段为 0，表示回显请求的正常类型）
    Checksum: 0xe1a7 [correct] （0xe1a7是校验和值，状态为 Good，表示报文有效）
    [Checksum Status: Good]
    Identifier (BE): 4661 (0x1235) （表示标识符以大端格式存储，值为 4661（十进制））
    Identifier (LE): 13586 (0x3512) （LE表示标识符以小端格式存储，值为 13586）
    Sequence Number (BE): 17186 (0x4322) （序列号字段，用于标识回显请求的序列）
    Sequence Number (LE): 8771 (0x2243) （序列号帮助配对请求与响应）
    [Response frame: 15] （此字段表示接收到的响应帧数量，通常用于指示响应的顺序或超时）
    Data (128 bytes) （包括用于测试的实际数据或填充数据）

|报文原文|
08 00 e1 a7 12 35 43 22

7实现过程

接下来，我们在W55MH32上实现PING命令。

注意：测试实例需要PC端和W55MH32处于同一网段。

do_ping()函数起到了控制PING操作流程的作用，它决定了是否继续进行PING操作，以及在操作完成后关闭Socket连接。

这个函数需要主循环中调用，如下图所示：

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()函数需要传入3个参数，分别是spcket号，目标主机IP，PING请求次数。

如果req大于req_num，说明已经达到了指定的 PING请求次数，此时调用close()函数关闭指定的 Socket连接，然后函数返回，结束本次 PING操作。

如果req小于req_num，则调用ping_count()函数。PING操作主要在ping_count()函数内进行，进入该函数之后会执行以下步骤。

ping_count()函数如下：

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)
        {
            // 输出计数编号
            printf("No.%d  ", i);
        }

        switch (getSn_SR(s))
        {
            case SOCK_CLOSED:
                close(s);
                // 创建Socket
                IINCHIP_WRITE(WZTOE_Sn_PROTO(s), IPPROTO_ICMP);
                if (Socket(s, Sn_MR_IPRAW, 3000, 0) != 0)
                {
                    // Socket创建失败（此处可添加错误处理）
                }
                // 等待Socket注册完成
                while (getSn_SR(s) != SOCK_IPRAW);
                break;

            case SOCK_IPRAW:
                // 发送Ping请求
                ping_request(s, addr);
                req++;  // 请求计数递增

                // 等待Ping响应
                while (1)
                {
                    // 检查是否有接收数据
                    if ((rlen = getSn_RX_RSR(s)) > 0)
                    {
                        // 处理Ping响应
                        ping_reply(s, addr, rlen);
                        rep++;  // 响应计数递增

                        if (ping_reply_received)
                        {
                            break;  // 收到响应后退出等待
                        }
                    }

                    // 超时判断（cnt*5ms >= 5000ms时超时）
                    if (cnt > 1000)
                    {
                        printf("Request Time outrnrn");
                        cnt = 0;
                        break;
                    }
                    else
                    {
                        cnt++;
                        delay_ms(5);  // 5ms延迟
                    }
                }
                break;

            default:
                break;
        }

        // 当请求数达到设定值时，输出统计结果
        if (req >= pCount)
        {
            printf("Ping Request = %d, Ping Reply = %d, Lost = %drn", req, rep, req - rep);
        }
    }
}

进入该函数后，程序会执行一个状态机，首先初始化 cnt为 0并开启 for循环。根据Socket的状态进行不同操作，当Socket为 SOCK_CLOSED时，Socket关闭，设置协议，创建 Sn_MR_IPRAW模式的 Socket，并等待 Socket状态变为 SOCK_IPRAW；当Socket为 SOCK_IPRAW时，发送 ping请求，进入内层 while循环，若接收长度大于 0则处理 ping回复，超过一定时间无回复则输出超时信息，同时会根据 cnt进行计数和延迟处理；默认情况不做处理，满足条件时输出 ping请求、回复和丢失的统计信息。

步骤一：发送 PING请求

ping_request()函数在ping_count()函数中，当Socket状态为SOCK_IPRAW时被调用，从而实现按照设定的次数发送 PING请求。

ping_request()函数如下：

void ping_request(uint8_t s, uint8_t *addr)
{
    uint16_t i;
    ping_reply_received = 0;  // 重置响应接收标志

    // 初始化Ping请求包数据
    PingRequest.Type    = PING_REQUEST;       // 设置类型为Ping请求
    PingRequest.Code    = CODE_ZERO;          // 代码字段置0
    PingRequest.ID      = htons(RandomID++);  // 设置ID（网络字节序），ID自增
    PingRequest.SeqNum  = htons(RandomSeqNum++);  // 设置序列号（网络字节序），序列号自增

    // 填充数据区（简单填充0-7循环值）
    for (i = 0; i < BUF_LEN; i++)
    {
        PingRequest.Data[i] = (i) % 8;
    }

    // 计算校验和
    PingRequest.CheckSum = 0;  // 先清零校验和字段
    PingRequest.CheckSum = htons(checksum((uint8_t *)&PingRequest, sizeof(PingRequest)));  // 计算并设置校验和（网络字节序）

    // 发送Ping请求
    if (sendto(s, (uint8_t *)&PingRequest, sizeof(PingRequest), addr, 3000) == 0)
    {
        printf("Fail to send ping-reply packetrn");  // 发送失败提示
    }
    else
    {
        // 发送成功，输出目标IP
        printf("Ping:%d.%d.%d.%drn", (addr[0]), (addr[1]), (addr[2]), (addr[3]));
    }
}

该函数ping_request的主要作用是发送一个Ping请求。首先初始化一些请求参数，包括请求类型、代码、随机生成的 ID和序列号，填充数据并计算校验和。接着尝试使用sendto()函数发送请求，根据发送结果输出相应信息，包括失败提示和请求目标的地址信息。

步骤二：接收并解析 PING回复：

ping_reply()函数在ping_count()函数中，当检测到Socket收缓冲区有数据（rlen>0）时被调用，从而实现对接收到的 PING回复进行解析处理。ping_reply()函数负责接收和解析PING回复数据包，根据不同的数据包类型进行相应的处理，并在解析成功后打印相关信息。

ping_reply()函数如下：

 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;

    // 接收数据
    len = recvfrom(s, data_buf, rlen, addr, &port);

    // 处理Ping响应包（ICMP Echo Reply）
    if (data_buf[0] == PING_REPLY)
    {
        // 解析Ping响应包数据
        PingReply.Type    = data_buf[0];
        PingReply.Code    = data_buf[1];
        PingReply.CheckSum = (data_buf[3]  Unknown）
    }
}

ping_reply()函数主要用于处理接收的信息。它通过 recvfrom接收数据，根据数据包头信息判断是回复还是请求，提取并解析相关信息，计算校验和并进行检查，根据不同情况输出信息，如错误提示、回复来源信息或请求来源信息等，并设置接收状态标志。

8运行结果

烧录例程运行后，首先进行了PHY链路检测，然后打印设置网络信息，最ping目标IP收到回复，如下图所示：

9总结

本文讲解了如何在 W55MH32芯片上通过 IPRAW模式实现 ICMP协议中的 PING命令，以进行网络连通性测试，通过实战例程展示了从发送 PING请求、接收并解析回复到统计结果的完整过程。文章详细介绍了 IPRAW模式和 PING命令的概念、特点、应用场景、基本工作流程和报文解析，帮助读者理解其在网络测试和故障排查中的实际应用价值。

下一篇文章将聚焦 ARP协议，解析其核心原理及在网络通信中的应用，同时讲解如何在W55MH32上实现 ARP协议，敬请期待！

WIZnet是一家无晶圆厂半导体公司，成立于 1998年。产品包括互联网处理器 iMCU?，它采用 TOE（TCP/IP卸载引擎）技术，基于独特的专利全硬连线 TCP/IP。iMCU?面向各种应用中的嵌入式互联网设备。

WIZnet在全球拥有 70多家分销商，在香港、韩国、美国设有办事处，提供技术支持和产品营销。

香港办事处管理的区域包括：澳大利亚、印度、土耳其、亚洲（韩国和日本除外）。

审核编辑 黄宇