Module connectivité Internet BroadR Reach MIKROE-2796

Le BroadR-Reach Click (MIKROE-2796) est un module au format mikroBUS™ qui relie un microcontrôleur à un réseau Ethernet BroadR-Reach : jusqu'à 100 Mbit/s en full duplex sur une seule paire torsadée non blindée, avec une portée pouvant atteindre 300 mètres. Une technologie mise au point par Broadcom pour faire passer de l'Ethernet là où le câblage quatre paires coûte trop cher, pèse trop lourd, ou rend l'âme dès qu'un variateur démarre à côté. La carte réunit le PHY BCM54811 et la pile TCP/IP matérielle W3150A+, pilotée en SPI par la carte hôte : raccorder un microcontrôleur à un réseau filaire industriel devient affaire de configuration, pas d'écriture de pile réseau.

Spécifications visuelles du BroadR-Reach Click et cheminement du signal de la paire torsadée jusqu'au bus SPI
(Infographie réalisée par IA)

Spécifications techniques

Au plus près du câble, le BCM54811 de Broadcom occupe la couche physique : c'est lui qui émet et reçoit les signaux sur la paire torsadée. Ce transceiver Ethernet triple vitesse 10/100/1000BASE-T communique avec le reste de la carte par les interfaces MII et RGMII.

Un cran au-dessus, le W3150A+ de WIZnet embarque une pile TCP/IP matérielle. Adressage, sockets, couches transport : tout est traité dans le silicium, sans solliciter le microcontrôleur hôte, auquel il se relie par le bus SPI. Un petit PIC16F18313 de Microchip complète l'attelage et configure le BCM54811 au démarrage pour le faire travailler en mode BroadR-Reach.

Deux sélecteurs à deux positions règlent le comportement du lien. Le premier fixe le rôle, Master ou Slave, obligatoire sur une liaison point à point BroadR-Reach. Le second choisit la vitesse : 10 Mbit/s ou 100 Mbit/s, full duplex dans les deux cas. La portée annoncée par Broadcom atteint 300 m à 100 Mbit/s et 500 m à 10 Mbit/s, selon la qualité du câble.

Côté mikroBUS, la carte mobilise les lignes CS, SCK, MISO et MOSI pour le SPI, auxquelles s'ajoutent RST et INT. Elle s'alimente exclusivement en 3,3 V : la broche 5 V du connecteur n'est pas raccordée. Format mikroBUS Add-on Board de taille L, soit 57,15 × 25,4 mm. Le raccordement réseau passe par un connecteur RJ45 à magnétiques intégrés. Une LED signale la présence de l'alimentation, deux autres l'état du lien. Référence fabricant : MIKROE-2796.

Avec quelles cartes utiliser le module BroadR-Reach Click ?

Toute carte pourvue d'un socket mikroBUS™ et d'un microcontrôleur travaillant en 3,3 V fait l'affaire. Les platines Clicker, EasyMx PRO, Fusion for ARM et les cartes de développement MikroElektronika relèvent toutes de ce cas.

La restriction, elle, mérite d'être répétée : le module est 3,3 V uniquement. La broche 5 V du mikroBUS reste non connectée et aucun adaptateur de niveaux ne figure sur la carte. Une carte hôte dont les sorties SPI attaquent en 5 V impose donc une translation de niveaux logiques externe. Ce n'est pas un détail : brancher un UNO directement revient à envoyer du 5 V sur des entrées prévues pour 3,3 V.

Autre contrainte, structurelle celle-là : une liaison BroadR-Reach fonctionne en point à point. Il faut deux modules, l'un en Master, l'autre en Slave, pour établir un lien. Un exemplaire isolé ne permet pas de monter une démonstration complète, sauf à disposer en face d'un équipement BroadR-Reach déjà en service.

La carte appartient à la gamme des modules Click Board, tous bâtis sur le même brochage à 16 points. Une platine multi-sockets accepte donc sans histoire ce module réseau à côté d'un afficheur ou d'un module de mesure.

Le BroadR-Reach Click ... ce qui le distingue

Il fait passer 100 Mbit/s full duplex sur deux fils, là où l'Ethernet classique en réclame quatre ou huit. La modulation employée par le BroadR-Reach le rend par ailleurs bien plus tolérant aux perturbations électromagnétiques que ses aînés.

Sur une ligne de production, dans un véhicule ou le long d'une machine, la différence se chiffre : moins de cuivre, des faisceaux plus légers, un coût de câblage revu à la baisse, et un réseau qui continue de fonctionner à quelques dizaines de centimètres d'un variateur ou d'un moteur.

Le second atout se situe côté firmware. La pile TCP/IP du W3150A+ est câblée dans le silicium : le microcontrôleur hôte n'exécute aucun code de pile réseau, il ouvre un socket et écrit ses données. Un PIC 8 bits ou un petit Cortex-M0 suffisent, quand une pile logicielle réclamerait plusieurs dizaines de kilo-octets de flash.

Deux réserves, en revanche, à peser avant de commander. La liaison étant point à point, deux modules sont nécessaires pour la moindre expérimentation. Et le support logiciel se limite à la bibliothèque publiée sur LibStock pour les compilateurs MikroElektronika : aucun paquet mikroSDK de nouvelle génération n'existe pour cette carte, si bien qu'un portage vers une autre plateforme demande du travail au niveau des registres.

Applications et cas d'usage

Ce module trouve sa place partout où la réalisation d'un prototype d'un réseau Ethernet devant traverser un environnement électriquement hostile est nécessaire et où le câblage doit rester léger.

Réseau embarqué automobile

Le BroadR-Reach doit sa popularité à l'industrie automobile, en quête d'un moyen de remplacer des faisceaux toujours plus lourds par un réseau haut débit sur une paire unique. Caméras, capteurs, calculateurs : le module permet de prototyper un nœud de ce type de réseau depuis une carte de développement ordinaire.

Réseau industriel en environnement bruité

À proximité d'un variateur, d'un poste de soudage ou d'un moteur de forte puissance, une liaison Ethernet standard se dégrade vite. La modulation du BroadR-Reach encaisse ces perturbations. Le module devient alors le point d'entrée réseau d'un automate maison, d'un capteur déporté ou d'une station de mesure.

Liaison longue distance sur câble existant

300 m à 100 Mbit/s, 500 m à 10 Mbit/s : la portée dépasse largement celle d'un lien Ethernet classique. Sur un site déjà câblé en paires torsadées, exploiter l'infrastructure en place plutôt que de tirer du câble neuf représente une économie substantielle.

Banc d'essai et validation

Deux modules en vis-à-vis, l'un en Master, l'autre en Slave, forment un banc BroadR-Reach complet. De quoi mesurer un débit réel, éprouver un câble, valider un protocole applicatif avant intégration sur cible.

Enseignement des réseaux industriels

La carte rend tangibles des notions souvent abstraites en cours : rôle du PHY, fonction d'une pile TCP/IP, négociation Master/Slave, effet du bruit sur un lien physique. Les sélecteurs en face avant permettent de changer de configuration sans reprogrammer quoi que ce soit, ce qui convient bien au rythme d'une séance de TP.

Mise en œuvre pas à pas

Avant la première trame, trois choses à régler : le rôle de chaque extrémité (Master d'un côté, Slave de l'autre), la vitesse du lien (10 ou 100 Mbit/s, identique des deux côtés), et le raccordement de la paire torsadée entre les deux modules.

Le PIC16F18313 embarqué se charge ensuite d'initialiser le BCM54811 selon la position des sélecteurs. Rien à programmer de ce côté-là : la configuration du PHY intervient à la mise sous tension. La LED d'alimentation confirme que la carte reçoit bien son 3,3 V.

Côté firmware, MikroElektronika publie sur LibStock une bibliothèque qui pilote le W3150A+ en SPI. Elle expose des fonctions d'ouverture de socket, d'envoi et de réception de données, accompagnées d'un exemple UDP complet. Les compilateurs MikroElektronika, mikroC PRO en tête, sont les outils visés par cette bibliothèque.

Sur une plateforme tierce, le portage s'appuie sur la datasheet du W3150A+, qui documente registres, sockets et protocole SPI en détail. Rien d'insurmontable, mais comptez plus qu'un simple appel de bibliothèque. Un module série (USB UART ou RS232) installé sur un second socket rend la mise au point nettement plus confortable en renvoyant les traces vers un PC.

Utilisation avec une carte Arduino, Raspberry Pi, micro:bit et Teensy

Côté intégration, le BroadR-Reach Click s'interface avec les plateformes non-mikroBUS par l'intermédiaire d'un shield d'adaptation, qui reprend les 16 points du connecteur et les redirige vers le brochage de la carte hôte. Un paramètre commande toutefois le choix de cette carte : le module travaille exclusivement en 3,3 V.

Le Raspberry Pi, la carte micro:bit et les cartes Teensy récentes fonctionnent en 3,3 V : leurs sorties SPI attaquent directement le W3150A+, sans rien ajouter.

Avec une carte Arduino UNO ou une Arduino Mega 2560, dont les sorties logiques sont en 5 V, une translation de niveaux sur les lignes SPI, RST et INT devient indispensable. Le shield d'adaptation ne protège pas le module à lui seul : prévoyez des translateurs de niveaux, ou choisissez une carte Arduino travaillant nativement en 3,3 V.

BroadR-Reach Click utilisable avec Arduino, Raspberry Pi, micro:bit et Teensy via un shield d'adaptation mikroBUS™
(Infographie réalisée par IA)

Tutoriels et ressources fabricant

Deux ressources officielles accompagnent ce module. Elles constituent le chemin le plus court vers une première liaison établie.

Bibliothèque et exemple UDP sur LibStock

Le projet publié sur LibStock réunit le pilote SPI du W3150A+ et un exemple applicatif complet : ouverture d'un socket en UDP, envoi périodique d'un tableau de données, réception et affichage des trames sur la liaison série. Les fonctions d'ouverture de socket, d'émission et de réception y sont documentées une à une.

Projet BroadR-Reach click sur LibStock

Article de présentation MikroElektronika

Le blog du fabricant revient sur les raisons d'être du BroadR-Reach : allègement des faisceaux, tenue au bruit, débit sur une paire unique. À lire pour situer la technologie avant de se lancer dans une intégration.

BroadR-Reach click : une solution réseau robuste

Résumé des caractéristiques techniques

• PHY Ethernet : BCM54811 (Broadcom) — transceiver 10/100/1000BASE-T, mode BroadR-Reach
• Pile TCP/IP matérielle : W3150A+ (WIZnet)
• Microcontrôleur de configuration : PIC16F18313 (Microchip)
• Interface hôte : SPI (CS, SCK, MISO, MOSI) + RST et INT
• Liaison PHY / pile TCP/IP : interface MII
• Débits BroadR-Reach : 10 Mbit/s ou 100 Mbit/s, full duplex
• Support physique : une seule paire torsadée non blindée
• Portée : jusqu'à 300 m à 100 Mbit/s, jusqu'à 500 m à 10 Mbit/s (selon le câble)
• Configuration : sélecteurs Master/Slave et 10/100 Mbit/s
• Connecteur réseau : RJ45 à magnétiques intégrés
• Tension d'alimentation : 3,3 V uniquement (via mikroBUS, broche 5 V non connectée)
• Indication : LED d'alimentation + LED d'état du lien
• Format : mikroBUS Add-on Board, taille L
• Dimensions : 57,15 × 25,4 mm
• Référence fabricant : MIKROE-2796

Questions fréquentes

Qu'apporte le BroadR-Reach par rapport à l'Ethernet classique ?

Il transporte 100 Mbit/s en full duplex sur une seule paire torsadée non blindée, quand l'Ethernet classique mobilise deux à quatre paires. Sa modulation résiste bien mieux aux perturbations électromagnétiques. À l'arrivée : moins de cuivre, des faisceaux plus légers, un câblage moins coûteux, et un lien qui tient dans des environnements industriels ou automobiles chargés en bruit.

Faut-il deux modules pour établir une liaison ?

Oui. Le BroadR-Reach fonctionne en point à point : un module configuré en Master doit faire face à un module configuré en Slave. Un seul exemplaire ne suffit donc pas à monter une démonstration complète, sauf à disposer en face d'un équipement BroadR-Reach déjà en service.

Le module fonctionne-t-il en 5 V ?

Non. La carte s'alimente exclusivement en 3,3 V et la broche 5 V du connecteur mikroBUS n'est pas raccordée. Une carte hôte à sorties logiques 5 V, comme l'Arduino UNO, exige une translation de niveaux externe sur les lignes SPI, RST et INT. Les hôtes 3,3 V (Raspberry Pi, micro:bit, Teensy récentes, cartes MikroElektronika) se connectent directement.

Le microcontrôleur hôte doit-il exécuter une pile TCP/IP ?

Non, et c'est tout l'intérêt du montage. Le W3150A+ embarque la pile dans son silicium : il prend en charge l'adressage, les sockets et les couches transport. Le microcontrôleur hôte dialogue en SPI, ouvre un socket, puis y écrit ou y lit des données. Un 8 bits modeste y suffit.

Comment choisit-on le mode Master ou Slave ?

Par un sélecteur présent sur la carte, sans reprogrammation. Un second sélecteur fixe la vitesse du lien, 10 ou 100 Mbit/s. Le PIC16F18313 embarqué lit ces positions à la mise sous tension et configure le PHY BCM54811 en conséquence.

Quelle bibliothèque utiliser pour développer ?

MikroElektronika publie sur LibStock une bibliothèque dédiée, avec un exemple UDP complet, destinée à ses propres compilateurs (mikroC PRO notamment). Aucun paquet mikroSDK de nouvelle génération n'existe pour cette carte. Sur une autre plateforme, le développement s'appuie sur la datasheet du W3150A+, qui documente registres et sockets.

Quelle distance peut-on couvrir ?

Jusqu'à 300 m à 100 Mbit/s et jusqu'à 500 m à 10 Mbit/s, selon la qualité du câble employé. Ces valeurs dépassent largement la portée d'un lien Ethernet classique sur cuivre, ce qui ouvre la voie à des liaisons entre bâtiments ou le long d'une ligne de production.

Notes d'applications Lextronic

Note d'application Click Board™ et Arduino™ (TOME 1)
Note d'application Click Board™ et Arduino™ (TOME 2)
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Les modules Click™ Board sont utilisés dans les établissements scolaires !
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