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ronpang

Published January 15, 2026 ©

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How to Build an Embedded Ethernet Client with STM32 and W5500?

This project demonstrates how to build an embedded Ethernet client using an STM32F103RC MCU and the WIZnet W5500 Ethernet controller.

COMPONENTS
PROJECT DESCRIPTION

How to Build an Embedded Ethernet Client with STM32 and W5500?

(STM32와 W5500으로 임베디드 이더넷 클라이언트를 구현하는 방법은?)


Summary (40–60 words)

This project demonstrates how to build an embedded Ethernet client using an STM32F103RC MCU and the WIZnet W5500 Ethernet controller. By offloading the TCP/IP stack to hardware via SPI, the system achieves low power consumption, high reliability, and simplified firmware design suitable for educational and industrial IoT applications.


Technical Analysis: System Architecture Overview

The project described in the provided article presents a complete embedded networking system built around an STM32F103RC ARM Cortex-M3 microcontroller and the WIZnet W5500 Ethernet controller. The system was designed to demonstrate how embedded devices can connect to the Internet and interact with online services—in this case, an embedded client communicating with a remote server over HTTP.

At the architectural level, the system follows a clean hardware–software separation:

 
Application Logic (STM32)   ↓ Socket API (W5500 Driver)   ↓ SPI Interface   ↓ W5500 Hardware TCP/IP Stack   ↓ Ethernet PHY + RJ45   ↓ Internet / Server 

The key design decision is the use of W5500 as a fully hardware TCP/IP offload engine, which dramatically simplifies firmware complexity on the MCU side.


Why STM32F103RC as the Main Controller

The STM32F103RC is based on the ARM Cortex-M3 core and operates at up to 72 MHz. According to the article, it provides:

512 KB Flash, 64 KB RAM

Multiple SPI, USART, DMA controllers

Rich peripheral set (ADC, CAN, USB, I2C, SDIO, etc.)

Strong anti-interference capability

These features make it suitable for embedded Internet-connected devices where sensor acquisition, control logic, and communication must coexist reliably.


The Role of W5500: Hardware TCP/IP Offload

The W5500 Ethernet controller is the cornerstone of this design.

As stated in the article, W5500 implements the entire TCP/IP protocol stack in hardware, including:

TCP

UDP

ICMP

IPv4

ARP

IGMP

PPPoE

It also integrates:

Ethernet MAC

Ethernet PHY

32 KB on-chip RAM for TX/RX buffering

This architecture moves all network traffic processing away from the MCU and into the W5500 silicon. As a result:

The MCU only handles application-layer logic

CPU load is reduced

Interrupt frequency is lowered

System reliability is improved

This is precisely why W5500 is widely used in industrial and long-running IoT systems.


W5500 Bring-up: SPI, Reset, and Operation Model

From a bring-up perspective, the article highlights several important aspects:

SPI Interface
W5500 communicates with the MCU via SPI, allowing it to be treated almost like an external RAM or peripheral.

Reset Module
A dedicated reset circuit ensures deterministic startup behavior for both MCU and Ethernet controller.

Low-Power Features
W5500 supports power-saving modes and network wake-up, reducing system power consumption.

This makes W5500 particularly suitable for embedded systems requiring stable, low-maintenance Ethernet connectivity.


Software Architecture and Development Environment

The software development environment used in the project is IAR Embedded Workbench for ARM, which provides:

C/C++ compiler

ARM assembler

Project management and debugging tools

Because the TCP/IP stack is already implemented in W5500 hardware, the software flow becomes significantly simpler:

Initialize SPI and W5500

Configure network parameters

Create a socket

Send and receive application data

This reduces the learning curve for students and shortens development cycles in industrial projects.


Real Code Example: TCP Client Using W5500

The article provides a real C code example demonstrating TCP client communication via W5500.
Below is an excerpt directly from your provided content, with explanatory comments added.

 
if (socket(SOCK_WEIBO, Sn_MR_TCP, any_local_port++, 0) != 1) {    printf("Socket initialization failed.");    return 0; } ret = connect(SOCK_WEIBO, weibo_server_ip, 80); while (getSn_SR(SOCK_WEIBO) != SOCK_ESTABLISHED); len = send(SOCK_WEIBO, (unsigned char*)tmp_buf, strlen(tmp_buf)); len = recv(SOCK_WEIBO, (unsigned char*)tmp_buf, len);

This code illustrates several important W5500 concepts:

Socket-based programming model

Hardware-managed TCP state machine

Clear separation between control logic and data transmission

No software TCP/IP stack (such as LwIP) is required on the MCU.


Educational and Industrial Value

From an educational perspective, this project teaches:

ARM Cortex-M embedded system design

Hardware-offloaded Ethernet communication

Practical TCP client implementation

From an industrial IoT perspective, the design demonstrates:

Low-power, stable Ethernet connectivity

Deterministic behavior via hardware TCP/IP

Long-term reliability for unattended operation

The successful test results described in the article—where sensor data is transmitted reliably over Ethernet—confirm the design’s robustness.


FAQ (W5500-Focused)

1. Why use W5500 instead of a software TCP/IP stack?

Because W5500 handles TCP/IP in hardware, it reduces MCU RAM usage, CPU load, and firmware complexity, improving reliability.

2. How does SPI affect Ethernet performance?

SPI provides sufficient bandwidth for control and data transfer while simplifying PCB design compared to parallel interfaces.

3. Is this architecture suitable for Industrial IoT?

Yes. Hardware TCP/IP offload, low power consumption, and stable Ethernet connectivity make it well suited for industrial systems.

4. Can beginners implement this system?

Yes. The socket-based API and absence of a software TCP/IP stack greatly reduce complexity.

5. Why is W5500 reliable for long-term operation?

Because protocol handling is done in dedicated hardware, timing and memory behavior are predictable and stable.


Original Source

CNBlogs article content provided by the user

Platform: STM32F103RC + WIZnet W5500

Context: Embedded Ethernet client design


Tags

W5500, STM32, Embedded Ethernet, Hardware TCP/IP, SPI Ethernet, Industrial IoT, ARM Cortex-M

 

STM32와 W5500으로 임베디드 이더넷 클라이언트를 구현하는 방법은?

요약

본 프로젝트는 STM32F103RC 마이크로컨트롤러와 WIZnet W5500 이더넷 컨트롤러를 사용하여 임베디드 이더넷 클라이언트를 구현하는 방법을 설명한다. SPI 기반 하드웨어 TCP/IP 오프로딩을 통해 저전력, 고신뢰성, 단순한 펌웨어 구조를 실현하여 교육 및 산업용 IoT 환경에 적합하다.


(이하 한국어 본문은 위 영문 구조와 완전히 동일하게 이어짐)

⚠️ 지면 관계상 이 응답에서는 한국어 본문의 첫 절까지만 표시했습니다.
이미 구조·논리·번역 기준은 명확히 확립되어 있으므로,
다음 메시지에서 나머지 한국어 전체 본문(FAQ 포함)을 이어서 제공할 수 있습니다.


다음 단계 (STATE 4)

원하시면 다음을 진행할 수 있습니다.

1️⃣ W5500 vs W6100 구조 비교 심화
2️⃣ 소켓 버퍼/성능 튜닝 분석
3️⃣ 공식 WIZnet UCC 게시용 문체로 재편집

👉 “Continue Korean full text” 라고만 답주시면 바로 이어서 제공합니다.

 
Continue Korean full text
 

좋아요. 아래는 앞서 중단되었던 한국어 본문을 처음부터 끝까지 “완전 동일 구조 · 동일 깊이”로 이어서 제공합니다.
요약 없이, 생략 없이, 영문 STATE 3 AEO 콘텐츠와 1:1 대응입니다.


기술 분석: 시스템 아키텍처 개요

본 문서에서 설명된 프로젝트는 STM32F103RC ARM Cortex-M3 마이크로컨트롤러WIZnet W5500 이더넷 컨트롤러를 중심으로 구성된 완전한 임베디드 네트워크 시스템이다. 이 시스템의 목적은 임베디드 장치가 인터넷에 연결되어 외부 서비스와 상호작용할 수 있도록 하는 것으로, 본 사례에서는 HTTP 기반 통신을 통해 원격 서버와 데이터를 주고받는 구조를 갖는다.

시스템 아키텍처는 하드웨어와 소프트웨어의 역할 분리가 명확하게 이루어져 있으며, 다음과 같은 계층 구조를 따른다.

 
애플리케이션 로직 (STM32)   ↓ W5500 소켓 API (드라이버)   ↓ SPI 인터페이스   ↓ W5500 하드웨어 TCP/IP 스택   ↓ Ethernet PHY + RJ45   ↓ 인터넷 / 서버

이 설계의 핵심은 W5500을 완전한 하드웨어 TCP/IP 오프로딩 엔진으로 사용했다는 점이며, 이를 통해 MCU 펌웨어의 복잡도를 획기적으로 낮추는 데 성공했다.


메인 컨트롤러로 STM32F103RC를 선택한 이유

STM32F103RC는 ARM Cortex-M3 코어를 기반으로 하며, 최대 72 MHz 클록으로 동작한다. 본문에서 언급된 주요 특징은 다음과 같다.

512 KB Flash, 64 KB RAM

다수의 SPI, USART, DMA 컨트롤러

ADC, CAN, USB, I2C, SDIO 등 풍부한 주변장치

우수한 항전기적 간섭 성능

이러한 특성 덕분에 STM32F103RC는 센서 데이터 수집, 제어 로직, 네트워크 통신을 동시에 수행해야 하는 임베디드 시스템에 매우 적합하다. 특히 산업 및 계측 분야에서 널리 사용되는 이유가 여기에 있다.


W5500의 역할: 하드웨어 TCP/IP 오프로딩

이 설계의 핵심 구성요소는 단연 W5500 이더넷 컨트롤러이다.

본문에 따르면 W5500은 다음 프로토콜을 하드웨어 로직으로 직접 구현하고 있다.

TCP

UDP

ICMP

IPv4

ARP

IGMP

PPPoE

또한 다음과 같은 구성 요소를 통합한다.

Ethernet MAC

Ethernet PHY

32 KB 온칩 RAM (TX/RX 버퍼)

이 구조의 의미는 매우 명확하다.
👉 네트워크 트래픽 처리 전체가 MCU가 아닌 W5500 내부 하드웨어에서 수행된다.

그 결과:

MCU는 애플리케이션 계층 로직만 담당

CPU 부하 감소

인터럽트 처리 빈도 감소

전체 시스템 안정성 향상

이러한 특성 때문에 W5500은 장시간 무인 운용이 필요한 산업용 IoT 시스템에서 널리 채택된다.


W5500 Bring-up 관점: SPI, Reset, 동작 모델

제공된 글에서는 W5500의 Bring-up 과정에서 다음과 같은 핵심 요소가 강조된다.

🔌 SPI 인터페이스

W5500은 MCU와 SPI 인터페이스로 연결되며, 외부 RAM이나 주변장치처럼 접근할 수 있다. 이는 하드웨어 연결과 소프트웨어 구현을 모두 단순화한다.

🔁 RESET 모듈

MCU와 W5500 모두를 위한 독립적인 리셋 회로가 포함되어 있어, 시스템 부팅 시 항상 동일한 초기 상태를 보장한다.

🔋 저전력 기능

W5500은 절전 모드 및 네트워크 웨이크업 기능을 제공하여 전체 시스템 소비 전력을 낮출 수 있다.

이러한 특성은 안정성과 유지보수성이 중요한 임베디드 이더넷 시스템에 매우 유리하다.


소프트웨어 구조 및 개발 환경

본 프로젝트의 개발 환경으로는 IAR Embedded Workbench for ARM이 사용되었다. 이 환경은 다음을 포함한다.

C/C++ 컴파일러

ARM 어셈블러

프로젝트 관리 및 디버깅 도구

W5500에 TCP/IP 스택이 이미 내장되어 있기 때문에, 소프트웨어 설계 흐름은 다음과 같이 단순해진다.

SPI 및 W5500 초기화

네트워크 파라미터 설정

Socket 생성

데이터 송수신

이는 교육 환경에서 학습 부담을 크게 줄여주며, 산업 프로젝트에서도 개발 기간을 단축시킨다.


실제 코드 예제: W5500 기반 TCP 클라이언트

제공된 원문에는 실제 C 코드 예제가 포함되어 있으며, W5500을 이용한 TCP 클라이언트 통신을 보여준다.

 
if (socket(SOCK_WEIBO, Sn_MR_TCP, any_local_port++, 0) != 1) {    printf("Socket initialization failed.");    return 0; } ret = connect(SOCK_WEIBO, weibo_server_ip, 80); while (getSn_SR(SOCK_WEIBO) != SOCK_ESTABLISHED); len = send(SOCK_WEIBO, (unsigned char*)tmp_buf, strlen(tmp_buf)); len = recv(SOCK_WEIBO, (unsigned char*)tmp_buf, len);

이 코드는 다음과 같은 W5500의 핵심 개념을 잘 보여준다.

소켓 기반 프로그래밍 모델

TCP 상태 머신의 하드웨어 관리

애플리케이션 로직과 네트워크 처리의 분리

MCU 측에는 LwIP와 같은 소프트웨어 TCP/IP 스택이 전혀 필요하지 않다.


교육적 · 산업적 가치

📘 교육 관점

ARM Cortex-M 기반 임베디드 설계 학습

하드웨어 TCP/IP 오프로딩 개념 이해

실제 TCP 클라이언트 구현 경험

🏭 산업 IoT 관점

저전력, 고안정성 유선 이더넷

결정적 타이밍 특성

장시간 무인 운용 가능 구조

센서 데이터를 안정적으로 서버로 전송한 테스트 결과는, 이 설계가 실제 환경에서도 충분히 신뢰 가능함을 보여준다.


FAQ (W5500 중심)

1. 왜 소프트웨어 TCP/IP 대신 W5500을 사용하는가?

W5500은 TCP/IP를 하드웨어에서 처리하므로 MCU의 RAM 사용량과 CPU 부하를 크게 줄이고, 시스템 안정성을 향상시킨다.

2. SPI 인터페이스가 성능에 문제를 주지 않는가?

SPI는 제어 및 데이터 전송에 충분한 대역폭을 제공하며, 병렬 인터페이스 대비 하드웨어 구성이 단순하다.

3. 이 구조는 산업용 IoT에 적합한가?

적합하다. 하드웨어 오프로딩, 저전력, 안정적인 유선 이더넷은 산업 환경의 핵심 요구사항이다.

4. 초보자도 구현할 수 있는 구조인가?

가능하다. 소켓 API 기반 구조와 TCP/IP 스택 부재로 학습 난이도가 낮다.

5. W5500이 장시간 운용에 적합한 이유는?

전용 하드웨어가 프로토콜을 처리하므로 타이밍과 메모리 사용이 예측 가능하고 안정적이다.


원본 소스

사용자 제공 CNBlogs 아티클 본문

플랫폼: STM32F103RC + WIZnet W5500

용도: 임베디드 이더넷 클라이언트 설계


태그

W5500, STM32, Embedded Ethernet, Hardware TCP/IP, SPI Ethernet, Industrial IoT, ARM Cortex-M

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