Wiznet makers

임베디드 시스템에서 Ethernet 기능은 이제 기본 요구사항이 되었습니다.
하지만 실제 보드 환경에서 네트워크 기능을 검증하려면 장비 준비, 배선, 테스트 환경 구축 등 초기 진입장벽이 높습니다.

이번 글에서는 PICSimLab이라는 시뮬레이터를 이용해
WIZnet W5500 Ethernet 칩을 PC에서 가상으로 구동하고, TCP/UDP/웹서버 예제를 테스트하는 프로젝트를 소개합니다.

PICSimLab이란?

PICSimLab은 마이크로컨트롤러 보드와 주변장치를 PC에서 그대로 시뮬레이션할 수 있는 오픈소스 툴입니다.

단순히 CPU만 실행하는 것이 아니라,

• Arduino Uno 같은 보드
• UART 터미널
• LED, 버튼, 센서
• Ethernet 모듈(W5500)

까지 함께 동작하는 환경을 제공합니다.

즉, 실제 하드웨어 없이도 펌웨어를 검증할 수 있습니다.

W5500 Ethernet 파트 지원

이번 예제의 핵심은 PICSimLab이 WIZnet W5500 Ethernet 컨트롤러를 SPI 기반 Peripheral로 제공한다는 점입니다.

Arduino Uno 보드에 W5500이 연결된 형태로 구성되며, 기본 핀 매핑은 다음과 같습니다.

MOSI: D11

• MISO: D12
• SCLK: D13
• CS: D10
• RESET: Reset 라인

이를 통해 실제 Ethernet Shield 환경과 동일한 구조로 테스트가 가능합니다.

포함된 Ethernet 예제들

프로젝트는 W5500 기반 네트워크 기능을 단계적으로 검증할 수 있도록 4개의 대표 예제를 제공합니다.

1. StandardFirmataEthernet

Firmata는 Arduino를 “원격 I/O 장치”처럼 사용할 수 있게 해주는 표준 프로토콜입니다.
즉, Arduino에 Firmata 펌웨어를 올려두면 PC가 시리얼이나 네트워크를 통해 디지털 출력, PWM, ADC 입력 같은 핀 기능을 직접 제어할 수 있습니다.

StandardFirmataEthernet 예제는 Arduino Uno + W5500을 TCP 기반 Firmata 서버로 만들며, PC에서 네트워크로 핀을 제어할 수 있습니다.

이 구성은 IoT 게이트웨이, 원격 제어 테스트에 매우 유용합니다.

2. UDP NTP Client

두 번째 예제는 UDP 기반으로 NTP 서버에서 시간을 받아오는 데모입니다.

• UDP 송수신 확인
• 네트워크 초기화 검증
• W5500 Datagram 동작 테스트

같은 목적에 적합합니다.

터미널에서는 Unix Time과 UTC 시간이 출력됩니다.

3. WebClientRepeating (HTTP Client)

이 예제는 Arduino가 HTTP 클라이언트가 되어 주기적으로 웹 서버에 요청을 보내는 구조입니다.

동작 흐름은 다음과 같습니다.

• DHCP로 IP 할당
• DNS로 도메인 해석
• TCP 연결
• HTTP GET 전송
• 응답 출력

임베디드 환경에서 가장 흔한 “클라우드 연동” 패턴을 그대로 재현합니다.

4. WebServer (HTTP Server)

마지막 예제는 W5500 기반으로 Arduino가 웹서버 역할을 수행하는 데모입니다.

특히 PICSimLab은 내부 네트워크를 호스트로 포워딩하기 때문에, 브라우저에서 다음 주소로 바로 접속 가능합니다.

http://127.0.0.1:2080

웹 페이지에서는 Analog Input 값이 표시되며, 시리얼 터미널에는 HTTP 요청 로그가 출력됩니다.

즉, PC에서 완전한 임베디드 웹서버 테스트가 가능합니다.

이 프로젝트의 가치

이 예제 묶음은 W5500 기반 Ethernet 기능을 하드웨어 없이도 빠르게 검증할 수 있는 좋은 레퍼런스입니다.

특히 다음 항목을 손쉽게 테스트할 수 있습니다.

• SPI 기반 W5500 초기화
• TCP Client / Server 소켓 동작
• UDP Datagram 처리
• DHCP/DNS 네트워크 스택 검증
• 브라우저 기반 WebServer 테스트

임베디드 Ethernet 개발 초기 단계에서 매우 강력한 시뮬레이션 환경입니다.

확장 활용 가능성 (이 프로젝트로 할 수 있는 발전 방향)

이 예제는 단순한 데모를 넘어, WIZnet Ethernet 기반 프로젝트로 자연스럽게 확장할 수 있습니다.

• IoT 디바이스 프로토타이핑
  센서 데이터 전송, 원격 제어 같은 네트워크 기능을 빠르게 검증할 수 있습니다.
• 산업용 Ethernet 데모 구성
  간단한 모니터링 웹페이지나 TCP 기반 제어 인터페이스로 확장 가능합니다.
• 네트워크 통신 안정성 테스트
  반복 접속, 장시간 세션 유지 등 품질 검증용 시나리오에 활용할 수 있습니다.
• WIZnet 제품군 학습 출발점
  W5500을 시작으로 W5100S, W6100(IPv6) 등으로 확장 학습이 가능합니다.

마무리

PICSimLab + W5500 조합은 개발 장비가 없어도 네트워크 펌웨어를 검증하고 TCP/UDP/HTTP 동작을 확인할 수 있는 매우 효율적인 개발 접근입니다.

W5500 기반 제품을 설계하거나 Ethernet 기능을 빠르게 프로토타이핑하려는 엔지니어에게 추천할 만한 프로젝트입니다.

FAQ

Q1. 왜 W5500이 임베디드 Ethernet에서 많이 쓰이나요?

W5500은 TCP/IP 스택을 칩 내부에서 처리하는 Hardwired TCP/IP 구조를 제공하기 때문에, MCU 부하를 크게 줄이면서 안정적인 Ethernet 통신을 구현할 수 있습니다.

Q2. W5500은 어떤 MCU와도 연결할 수 있나요?

네. W5500은 표준 SPI 인터페이스 기반이므로,

AVR (Arduino)

STM32

ESP32

RP2040

등 거의 모든 MCU에서 사용 가능합니다.

Q3. PICSimLab로 실제 제품 개발이 가능한가요?

PICSimLab은 제품 개발의 최종 단계보다는,

초기 펌웨어 검증

네트워크 프로토콜 테스트

데모 및 교육 자료 제작

단계에서 매우 강력한 도구입니다.

실제 제품에서는 최종적으로 Real Board 검증이 필요합니다.

Q4. W6100과는 어떤 차이가 있나요?

W5500: IPv4 기반, 가장 널리 사용되는 표준 Ethernet 칩

W6100: IPv4 + IPv6 지원, 차세대 IoT 환경에 적합

IPv6가 필요하다면 W6100이 좋은 선택입니다.

Q5. WIZnet Ethernet 칩으로 어떤 제품을 만들 수 있나요?

대표적으로 다음과 같은 제품군이 많습니다.

Ethernet 센서 모듈

산업용 게이트웨이

원격 제어 컨트롤러

Embedded WebServer 장치

스마트팩토리 네트워크 노드

Ethernet connectivity has become a fundamental requirement in modern embedded systems.
However, validating network functionality on real hardware often requires physical boards, wiring, and a dedicated test environment, which can create a high entry barrier.

In this article, we introduce a project that uses PICSimLab, an open-source simulator, to run the WIZnet W5500 Ethernet controller virtually on a PC and test TCP, UDP, and web server examples without physical hardware.

What is PICSimLab?

PICSimLab is an open-source embedded hardware simulator that allows developers to run microcontroller boards and peripherals directly on a PC.

It does not simulate only the CPU core, but also provides a complete board-level environment including:

• Arduino Uno and other MCU boards
• UART terminal output
• LEDs, buttons, sensors
• Ethernet modules such as the W5500

This makes it possible to validate firmware behavior even before having real hardware available.

W5500 Ethernet Part Support

The key point of this project is that PICSimLab provides the WIZnet W5500 Ethernet controller as an SPI-based peripheral part.

It is connected to an Arduino Uno board in the same way as a typical Ethernet Shield setup.
The default pin mapping is:

MOSI: D11

• MISO: D12
• SCLK: D13
• CS: D10
• RESET: Reset line

With this configuration, developers can test Ethernet firmware in an environment very close to real hardware.

Included Ethernet Examples

This project provides four representative examples that validate W5500-based networking step by step.

1. StandardFirmataEthernet

Firmata is a standard protocol that allows an Arduino to behave like a remote I/O device.
Once the Firmata firmware is uploaded, a PC can control Arduino pins over serial or network, including digital outputs, PWM, and analog input reading.

The StandardFirmataEthernet example turns an Arduino Uno + W5500 into a TCP-based Firmata server, enabling the PC to control the board remotely through Ethernet.

This setup is especially useful for IoT gateways and remote control testing.

2. UDP NTP Client

The second example demonstrates UDP communication by retrieving time data from an NTP server.

It is useful for validating:

• UDP packet transmission and reception
• Network initialization
• W5500 datagram behavior

The terminal output shows Unix time and UTC time values.

3. WebClientRepeating (HTTP Client)

This example demonstrates an embedded HTTP client that repeatedly sends web requests.

The typical workflow includes:

• IP assignment via DHCP
• Domain resolution via DNS
• TCP connection establishment
• HTTP GET request transmission
• Response output to the terminal

This represents one of the most common cloud-connected IoT communication patterns.

4. WebServer (HTTP Server)

The final example turns the Arduino + W5500 into a simple embedded web server.

PICSimLab bridges the internal network to the host system, so the server can be accessed directly from a browser at:

http://127.0.0.1:2080

The web page displays analog input values, while the serial terminal prints incoming HTTP request logs.

This makes it possible to test a complete embedded web server environment entirely on a PC.

Value of This Project

This example collection is an excellent reference for quickly validating W5500 Ethernet functionality without hardware.

It enables developers to test:

• SPI-based W5500 initialization
• TCP client and server socket operation
• UDP datagram communication
• DHCP/DNS network stack behavior
• Browser-based embedded web server validation

It provides a powerful simulation environment for the early stages of embedded Ethernet development.

Extension Possibilities

Although these are demo examples, they can easily be extended into real WIZnet-based applications:

• Rapid IoT device prototyping
• Simple industrial Ethernet monitoring demos
• Network stability and long-term socket testing
• A starting point for learning other WIZnet products such as W5100S or W6100 (IPv6)

Conclusion

The combination of PICSimLab and the W5500 offers an efficient way to:

• Validate Ethernet firmware without hardware
• Test TCP/UDP/HTTP behavior quickly
• Build networking demos and educational environments

This project is highly recommended for engineers designing W5500-based products or exploring embedded Ethernet development.

WIZnet-Focused FAQ

Q1. Why is the W5500 widely used in embedded Ethernet systems?

The W5500 provides a Hardwired TCP/IP engine, which offloads the TCP/IP stack from the MCU.
This reduces MCU workload and enables stable Ethernet communication even in resource-limited environments.

Q2. Can the W5500 work with any microcontroller?

Yes. The W5500 uses a standard SPI interface, so it can be connected to almost any MCU platform, including:

• AVR (Arduino)
• STM32
• ESP32
• RP2040

Q3. Can PICSimLab replace real hardware testing?

PICSimLab is extremely useful for:

• Early firmware validation
• Protocol testing
• Demo and educational purposes
• However, final product verification must still be performed on real hardware.

Q4. What is the difference between W5500 and W6100?

• W5500: IPv4-based Ethernet controller, most widely adopted
• W6100: Supports both IPv4 and IPv6, suitable for next-generation IoT networks

Q5. What types of products can be built with WIZnet Ethernet chips?

Common applications include:

• Ethernet sensor modules
• Industrial gateways
• Remote control controllers
• Embedded web server devices
• Smart factory network nodes