Wiznet makers

1. Summary of Key Findings

The core of this study is to utilize Ethernet (W5500) to achieve data transmission speeds much faster than the conventional UART communication.

Experimental Purpose: To explore the optimal method for transmitting large amounts of data generated from robot control, etc., to a computer in real time (over 20 kHz).

[Comparison Results]
UART: At standard speed (115,200 baud), the actual data transmission speed is only about 11,520 bytes/s.

TCP/UDP: Using the W5500, a speed of over 3,100,000 bits/s was achieved, approximately 33 times faster than UART.

Conclusion: The W5500 is inexpensive yet capable of communication dozens of times faster than UART. In particular, the TCP protocol, with its built-in data delivery guarantee, is as fast as UDP and a more reasonable choice.

2. Key Results

Achieved approximately 33 times faster speeds than UART using the W5500.
TCP protocol guarantees data transmission reliability while maintaining a speed similar to UDP.
220,000 samples were collected in 10 seconds (22,000 samples per second).
Even the bouncing of button contacts can be precisely captured.

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The W5500 is an affordable and accessible high-speed communication method.
Transmission speeds are dozens of times faster than UART.
TCP protocol is more reasonable in terms of reliability and speed.
Easier to implement than USB and extends the distance up to 100 meters.

3. Advantages over USB/UART

4. Role of the WIZnet W5500

The key roles and features of the W5500, as outlined in the report, are as follows:

Provides an Ethernet interface: It acts as a network controller, enabling a microcontroller (STM32) to communicate with a computer via Ethernet.

High-Speed ​​SPI Communication: Connected to a microcontroller via an SPI interface, it supports SPI communication speeds of up to 33.3 MHz, enabling fast data exchange.

Protocol Processing: Built-in TCP and UDP hardware stacks reduce microcontroller load while providing stable network connections.

Overcoming Distance Limitations: Unlike UART, it extends communication distances up to 100 m.

WIZnet's W5500 is a key component that allows for easy and quick addition of Ethernet connectivity to embedded systems. In this project, it served as a key solution to address bottlenecks in the high-speed data acquisition system.

5. Advantages of the W5500 as Described in This Paper

"A key component that enables real-time, high-speed, and stable network data streaming, even on low-spec MCUs."

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자료는 STM32F103 마이크로컨트롤러와 Wiznet W5500 이더넷 모듈을 사용하여 TCP 및 UDP 프로토콜의 데이터 전송 속도를 비교 분석한 연구 보고서입니다.

저자: V.A. Zhmud, A.I. Nezvanov, V.G. Trubin (노보시비르스크 공과대학; 러시아 시베리아에 위치)
발표: 2019년, Automatics & Software Engineering 저널

1. 주요 내용 요약

이 연구의 핵심은 기존에 주로 사용되던 UART 통신보다 훨씬 빠른 데이터 전송 속도를 확보하기 위해 Ethernet(W5500)을 활용하는 것입니다.

실험 목적: 로봇 제어 등에서 발생하는 대량의 데이터를 실시간(20kHz 이상)으로 컴퓨터에 전송하기 위한 최적의 방법 탐색.

[비교 결과]
UART: 표준 속도(115,200 baud)에서 실제 데이터 전송 속도는 약 11,520 byte/s에 불과합니다.

TCP/UDP: W5500을 사용했을 때 약 3,100,000 bit/s 이상의 속도를 기록했으며, 이는 UART보다 약 33배 빠릅니다.

결론: W5500은 저렴하면서도 UART보다 수십 배 빠른 통신이 가능하며, 특히 TCP 프로토콜은 데이터 전달 보장 기능이 내장되어 있어 UDP만큼 빠르면서도 더 합리적인 선택입니다.

2. 주요 결과

W5500 사용 시 UART 대비 약 33배 빠른 속도 달성
TCP 프로토콜이 UDP와 유사한 속도이면서도 데이터 전송 신뢰성 보장
10초간 220,000개 샘플 수집 성공 (초당 22,000개)
버튼 접점의 바운싱(떨림) 현상까지 정밀하게 포착 가능

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• W5500은 저렴하고 접근성 좋은 고속 통신 수단
• UART 대비 수십 배 빠른 전송 속도
• TCP 프로토콜이 신뢰성과 속도 면에서 더 합리적
• USB보다 구현이 간단하고 최대 100m까지 거리 확장 가능

3.  USB/UART 대비 장점

4. WIZnet W5500의 역할

보고서에 명시된 W5500의 주요 역할과 특징은 다음과 같습니다.

이더넷 인터페이스 제공: 마이크로컨트롤러(STM32)가 컴퓨터와 Ethernet을 통해 통신할 수 있게 해주는 네트워크 컨트롤러 역할을 합니다.

고속 SPI 통신: 마이크로컨트롤러와 SPI 인터페이스를 통해 연결되며, 최대 33.3 MHz의 SPI 통신 속도를 지원하여 빠른 데이터 교환을 가능하게 합니다.

프로토콜 처리: TCP 및 UDP 하드웨어 스택을 내장하고 있어, 마이크로컨트롤러의 부하를 줄이면서도 안정적인 네트워크 연결을 지원합니다.

거리 제약 극복: UART와 달리 통신 거리를 최대 100m까지 확장할 수 있게 해줍니다. 

WIZnet의 W5500은 임베디드 시스템에 이더넷 연결 기능을 쉽고 빠르게 추가할 수 있게 해주는 핵심 부품으로, 이 프로젝트에서는 고속 데이터 수집 시스템의 병목을 해결하는 핵심 솔루션 역할을 했습니다.

5. 이 논문에서 말하는  W5500 의 장점

“저사양 MCU에서도, 실시간·고속·안정적인 네트워크 데이터 스트리밍을 가능하게 하는 핵심 부품”

특히:

로봇 제어

실험 장비

교육용 MCU 실습

실시간 데이터 로깅

에 매우 적합하다는 점을 실증적으로 보여줍니다.