W55RP20芯片 CircuitPython 实战 (1)：快速完成静态IP联网测试

本文为 WIZnet W55RP20 芯片 CircuitPython 教程第 1 篇，基于 CircuitPython 环境编写，代码均经过实际验证，可直接参考使用。
版权声明：本文为 WIZnet 官方原创技术文章，转载请注明出处。

前言

在嵌入式物联网开发中，网络连接永远是第一步，也是最容易踩坑的一步。

传统以太网开发面临三大普遍痛点：

1. 资源占用高：软件 TCP/IP 协议栈会占用 MCU 大量的 CPU 和内存资源，挤占主业务运行空间，实时性变差

2. 开发难度大：外接以太网模块需要手动接线、调试接口时序、编写底层驱动，新手入门周期长，时间开销大

3. 调试稳定门槛高：软件协议栈可参考资料少、问题定位困难，想要达到长期稳定运行，需要深度掌握网络原理与丰富的网络调试经验

W55RP20 作为 WIZnet 推出的 SiP 系统级芯片，它将微控制器与硬件 TCP/IP 以太网控制器集成在单一芯片中，TCP/IP 协议栈处理由硬件完成，可以降低 MCU 网络处理负担。

同时W55RP20-EVB-MKR 开发板兼容树莓派 Pico 的引脚和软件生态，既可以使用 C 语言进行工程开发，也可以使用 CircuitPython 进行快速验证和脚本式开发。

本文将带你完成 W55RP20 芯片的 CircuitPython 环境搭建与静态 IP 配置测试。学完本文，你将掌握：

• W55RP20-EVB-MKR 开发板的 CircuitPython 固件烧录与环境配置
• CircuitPython 的基本概念
• 静态 IP、子网掩码和网关的含义
• 使用 CircuitPython 配置固定 IP 地址
• 使用 PIO 模拟 SPI 与 W5500 通信
• 网络连通性验证与常见故障排查

系列教程学习路径

本系列共 16 篇，循序渐进覆盖从基础联网到工业级应用的全流程：

1. 第 1 篇：静态 IP 配置与网络基础（本文）
2. 第 2 篇：DHCP 自动联网与网络诊断
3. 第 3 篇：TCP Client 客户端通信
4. 第 4 篇：TCP Server 服务端通信
5. 第 5 篇：UDP 单播数据通信
6. 第 6 篇：UDP 组播/广播数据通信
7. 第 7 篇：DNS 域名解析
8. 第 8 篇：NTP 从网络获取时间
9. 第 9 篇：HTTP Client 客户端请求
10. 第 10 篇：HTTP Server 服务端搭建
11. 第 11 篇：HTTP 协议与 OneNET 平台数据上云
12. 第 12 篇：MQTT 协议基础通信验证
13. 第 13 篇：MQTT 协议与阿里云平台对接
14. 第 14 篇：MQTT 协议与 OneNET 平台对接
15. 第 15 篇：MQTT 协议与 ThingSpeak 平台对接
16. 第 16 篇：Modbus 工业协议通信

建议收藏本系列，跟随教程逐步学习，所有代码均会同步更新至官方 Gitee 仓库。

目录

• 1 CircuitPython 简介
  • 1.1 CircuitPython 是什么
  • 1.2 CircuitPython 的特点
• 2 Network 静态 IP 示例简介
  • 2.1 本示例的作用
  • 2.2 Network 静态 IP 联网流程
• 3 准备工作
  • 3.1 软件准备
  • 3.2 硬件准备
• 4. CircuitPython 固件烧录与文件准备
• 5 硬件连接与开发环境配置
  • 5.1 硬件连接
  • 5.2 Thonny 开发环境配置
• 6 Network 静态 IP 示例代码
  • 6.1 完整代码
• 7 运行结果与网络验证
  • 7.1 Thonny 输出结果
  • 7.2 电脑端 ping 测试结果
  • 7.3 Network 功能演示视频
• 8 常见问题一站式排查指南
  • 8.1 W5500 初始化失败
  • 8.2 ping 不通开发板
  • 8.3 IP 地址冲突
• 9 W55RP20 核心优势对比
• 10 典型应用场景
• 11 系列预告与资源获取
  • 11.1 系列预告
  • 11.2 资源获取

1. CircuitPython 简介

1.1 CircuitPython 是什么

CircuitPython 是一种面向微控制器和嵌入式设备的 Python 解释器，语法接近 Python，适合快速编写、测试和修改程序。

在 CircuitPython 中，用户通常只需要将代码保存为code.py，开发板就会自动运行该文件。相比 C 语言工程，CircuitPython 不需要频繁编译和下载，更适合快速验证硬件功能和编写演示程序。

1.2 CircuitPython 的特点

CircuitPython 的主要特点如下：

2. Network 静态 IP 示例简介

2.1 本示例的作用

本文示例用于验证 W55RP20 在 CircuitPython 环境下是否可以正常初始化 W5500，并配置静态 IP 地址。

本文示例中，开发板静态 IP 为192.168.1.120，网关为192.168.1.1，子网掩码为255.255.255.0。程序运行后会读取 W5500 版本号，并打印当前网络配置信息。

该示例主要验证以下内容：

2.2 Network 静态 IP 联网流程

本示例整体流程如下：

系统启动 ↓ 加载 CircuitPython 代码 ↓ 通过 PIO 汇编实现 SPI Master ↓ 创建 rp2pio.StateMachine ↓ 配置 CS 和 RST 引脚 ↓ 初始化 WIZNET5K ↓ 配置静态 IP 参数 ↓ 读取 W5500 版本号 ↓ 打印网络信息 ↓ 电脑端 ping 开发板 IP

从流程可以看到，本示例的核心是：使用 CircuitPython 通过 PIO 模拟 SPI，与 W5500 建立通信，并完成静态 IP 配置和网络连通性验证。

3. 准备工作

3.1 软件准备

本次实验使用CircuitPython作为开发语言，使用Thonny作为代码编辑和串口输出查看工具。

需要准备的软件如下：

注意：本文代码中使用了wiznet5k_pio、adafruit_pioasm、rp2pio等模块，运行前需要确保相关库文件已经放入CIRCUITPY磁盘。

3.2 硬件准备

如图所示，W55RP20-EVB-MKR 开发板实物图。

需要准备以下硬件：

• W55RP20-EVB-MKR开发板× 1
• USB 数据线 × 1
• 标准网线 × 1
• 路由器或交换机 × 1

提示：W55RP20-EVB-MKR开发板已经板载以太网接口，因此不需要额外连接 W5500/W5100S 模块。但在 CircuitPython 程序中，仍需要指定 W5500 与 RP2040 内部连接所使用的 SPI、CS 和 RST 引脚，驱动才能正常访问 W5500。

4. CircuitPython 固件烧录与文件准备

运行 CircuitPython 示例前，需要先为开发板烧录对应的 CircuitPython 固件。

整体流程如下：

1. 按住开发板上的BOOTSEL按键不放
2. 使用 USB 数据线连接开发板与电脑
3. 电脑识别出名为RPI-RP2的 U 盘后，松开BOOTSEL按键
4. 将对应的 CircuitPython.uf2固件拖入RPI-RP2U 盘
5. 开发板自动重启后，电脑会识别出CIRCUITPY磁盘
6. 将需要的库文件复制到CIRCUITPY/lib目录
7. 将本文代码保存为code.py
8. 保存后开发板会自动运行程序

如果没有出现CIRCUITPY磁盘，请确认固件是否烧录成功，或重新插拔 USB 数据线。

5. 硬件连接与开发环境配置

5.1 硬件连接

硬件连接主要分为两步：

1. 使用 USB 数据线连接开发板与电脑，用于供电、编辑代码和查看串口输出
2. 使用网线连接开发板以太网接口与路由器或交换机 LAN 口

如图所示为硬件连接示意图

5.2 Thonny 开发环境配置

打开 Thonny 后，需要将解释器配置为 CircuitPython 设备对应的串口。

配置步骤如下：

1. 打开 Thonny 软件，点击顶部菜单栏「运行」→「配置解释器」
2. 切换到「解释器」选项卡
3. 在解释器下拉列表中选择CircuitPython
4. 在端口下拉列表中选择开发板对应串口
5. 点击「确定」完成配置

配置完成后的界面如下图所示：

6. Network 静态 IP 示例代码

下面给出 CircuitPython 静态 IP 联网测试完整代码。代码中已经对关键部分添加注释，实际使用时需要根据当前局域网环境修改ip_address、gateway_ip和subnet_mask。

6.1 完整代码

importboardimportrp2pioimportadafruit_pioasmimportdigitalioimporttimefromwiznet5k_pioimportWIZNET5K# PIO 汇编代码：使用 RP2040 的 PIO 模拟 SPI Master# 这里通过 PIO 控制 MOSI、MISO、CLK 引脚，实现与 W5500 的 SPI 通信spi_master=""" .program spi_master pull block set x, 7 bitloop: out pins, 1 set pins, 1 nop [1] in pins, 1 set pins, 0 jmp x-- bitloop push block """# 配置开发板 MAC 地址mac_address=[0x00,0x08,0xDC,0x01,0x02,0x03]# 配置静态 IP 地址# 需要根据当前局域网环境修改，避免与其他设备 IP 冲突ip_address=[192,168,1,120]# 配置网关地址，通常为路由器地址gateway_ip=[192,168,1,1]# 配置子网掩码subnet_mask=[255,255,255,0]# 将 PIO 汇编代码编译成 StateMachine 可执行的指令assembled=adafruit_pioasm.assemble(spi_master)# 创建 PIO StateMachine，用于模拟 SPI 通信sm=rp2pio.StateMachine(assembled,frequency=1_000_000,# PIO SPI 通信频率：1 MHzfirst_out_pin=board.GP23,# MOSI，引脚用于输出数据first_in_pin=board.GP22,# MISO，引脚用于读取数据first_set_pin=board.GP21,# CLK，引脚用于输出时钟out_pin_count=1,in_pin_count=1,set_pin_count=1,in_shift_right=False,out_shift_right=False,push_threshold=8,pull_threshold=8,)# 配置 W5500 片选引脚 CScs_pin=digitalio.DigitalInOut(board.GP20)# 配置 W5500 复位引脚 RSTrst_pin=digitalio.DigitalInOut(board.GP25)# 初始化 WIZNET5K# 这里会完成 W5500 初始化，并写入 MAC、IP、网关、子网掩码等网络参数wiznet=WIZNET5K(sm,cs_pin,rst_pin,mac_address=mac_address,ip_address=ip_address,gateway_ip=gateway_ip,subnet_mask=subnet_mask,)# 读取 W5500 版本号# 正常情况下，W5500 版本号通常为 0x04version=wiznet.read_version()print("W5500 Version: 0x%02X"%version)# 打印当前网络信息# 输出格式通常为：IP 地址、子网掩码、网关、DNSprint("Network information:",wiznet.ifconfig)# 保持程序运行，避免 code.py 执行结束whileTrue:time.sleep(1)

7. 运行结果与网络验证

完成固件烧录、库文件准备、代码保存和硬件连接后，即可在 Thonny 中查看程序运行结果，并在电脑端使用ping命令验证网络连通性。

7.1 Thonny 输出结果

程序运行后，Thonny Shell 输出如下：

>>> %Run -c $EDITOR_CONTENT W5500 Initialization complete W5500 Version: 0x04 Network information: ('192.168.1.120', '255.255.255.0', '192.168.1.1', b'\x00\x00\x00\x00')

从输出结果可以看到，W5500 初始化成功，版本号读取结果为0x04，当前开发板 IP 地址为192.168.1.120。

7.2 电脑端 ping 测试结果

在 Windows 命令提示符中输入：

ping192.168.1.120

实际测试结果如下图所示：

从 ping 结果可以看到，电脑成功收到来自192.168.1.120的回复，且丢包率为0%，说明电脑与 W55RP20-EVB-MKR 开发板之间网络连通正常。

7.3 Network 功能演示视频

下面的视频展示了 W55RP20 在 CircuitPython 环境下运行静态 IP 示例后，Thonny 输出 W5500 初始化信息，并通过电脑端ping命令验证网络连通性的过程。

8. 常见问题一站式排查指南

8.1 W5500 初始化失败

8.2 ping 不通开发板

8.3 IP 地址冲突

如果局域网中已经存在192.168.1.120，可能导致 ping 不通或网络不稳定。

可以修改代码中的静态 IP，例如：

ip_address=[192,168,1,121]

修改后保存code.py，开发板会自动重新运行程序。

9. W55RP20 核心优势对比

为了让你更直观地了解 W55RP20 的价值，我们对比了目前主流的三种嵌入式以太网方案：

W55RP20-EVB-MKR已经板载以太网接口，因此非常适合新手快速完成以太网功能验证。

对于静态 IP 示例来说，W55RP20-EVB-MKR的优势在于：不需要额外连接以太网模块，也不需要手动配置复杂的底层驱动，只需要通过 CircuitPython 示例代码配置网络参数即可完成联网测试

10. 典型应用场景

W55RP20 芯片集成以太网功能，适合以下应用场景：

1. 工业数据采集网关；
2. 远程监控终端；
3. 串口转网口设备；
4. 智能楼宇控制节点；
5. 工业 PLC 扩展模块；
6. 传感器数据采集与上传；

11. 系列预告与资源获取

11.1 系列预告

下一篇教程将继续讲解 W55RP20 CircuitPython 开发中的DHCP自动获取IP地址测试。

相比静态 IP，DHCP 可以让开发板自动从路由器获取 IP 地址、子网掩码、网关和 DNS，更适合快速测试和初学者入门。

11.2 资源获取

• 本文完整代码：WIZnet Pico Circuitpython 示例工程
• W55RP20 芯片手册：WIZnet 官方资料页面

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