SM32MCU支持的MAC地址Hash過(guò)濾

前言

網(wǎng)絡(luò)中傳遞著各種各樣的數(shù)據(jù)包，當(dāng)設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)后，為了減少對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的負(fù)荷，就需要對(duì)設(shè)備接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行過(guò)濾。STM32MCU的以太網(wǎng)外設(shè)提供多種數(shù)據(jù)包過(guò)濾的模式。可以根據(jù)以太網(wǎng)幀的目標(biāo)MAC 地址，源 MAC地址進(jìn)行過(guò)濾，STM32H7系列還提供對(duì) VLANtag和 IP地址，UDP/TCP端口的過(guò)濾。

拿 MAC地址過(guò)濾來(lái)說(shuō)，SM32MCU支持：?jiǎn)尾ツ繕?biāo)地址過(guò)濾，多播目標(biāo)地址過(guò)濾，單播源地址過(guò)濾和廣播地址過(guò)濾。單播目標(biāo)地址過(guò)濾和多播目標(biāo)地址過(guò)濾又分為：Perfect地址過(guò)濾和 Hash地址過(guò)濾。

perfect地址過(guò)濾就是把接收到的以太網(wǎng)幀中的目標(biāo)地址與 MAC地址寄存器中保存的地址進(jìn)行比較，如果匹配，數(shù)據(jù)包就被接受，否則就被丟掉。還可以通過(guò)設(shè)置“反向過(guò)濾”，來(lái)翻轉(zhuǎn)過(guò)濾的結(jié)果，接收到的以太網(wǎng)幀中的目標(biāo)地址與MAC地址寄存器中保存的地址如果不匹配，數(shù)據(jù)包就被接收，否則就被丟掉。

Hash地址過(guò)濾不是直接比較 MAC地址，而是計(jì)算目標(biāo) MAC地址的 CRC32值，取其高 6位作為索引去查詢(xún) Hash表寄存器中對(duì)應(yīng)的值，來(lái)判斷是否接收該數(shù)據(jù)幀。Hash地址過(guò)濾的方法稍微復(fù)雜，本文接下來(lái)將基于STM32H743Nucleo板，通過(guò)具體的例程介紹如何實(shí)現(xiàn) Hash地址過(guò)濾。

MAC 地址Hash 過(guò)濾

過(guò)濾原理

在 Hash地址過(guò)濾模式下，以太網(wǎng) MAC通過(guò)一張 64位的 Hash表來(lái)進(jìn)行過(guò)濾。這張表存儲(chǔ)在兩個(gè) 32位的寄存器中。STM32H743的寄存器 ETH_MACHT0R 保存著 Hash表的前 32位，ETH_MACHT1R中保存著 Hash表的后 32位值。

MAC接收到以太網(wǎng)幀后，會(huì)自動(dòng)計(jì)算目標(biāo) MAC地址的 CRC值，然后用該 CRC值的高 6位，作為索引號(hào)去前面提到的 Hash表寄存器中查找對(duì)應(yīng)位，如果該位的值是 1，則收到的以太網(wǎng)幀通過(guò)。否則就丟掉。例如，計(jì)算出的 CRC高6位是 0，則對(duì)應(yīng) ETH_MACHT0R的 bit0，如果該位是 1，則通過(guò)。

在初始化的時(shí)候，應(yīng)該根據(jù)想要接收的目標(biāo) MAC地址，先設(shè)置好 ETH_MACHT0R和 ETH_MACHT1R寄存器的值。Hash地址過(guò)濾將 48位的 MAC地址，對(duì)應(yīng)到 6位的 Hash值，肯定會(huì)出現(xiàn)多個(gè)MAC地址對(duì)應(yīng)到一個(gè) 6位 Hash值的情況，所以這種過(guò)濾方式也被稱(chēng)作 imperfect過(guò)濾模式。

Hash值的計(jì)算方法

Hash地址過(guò)濾模式，最關(guān)鍵的是如何計(jì)算6位的Hash值。在RM0433中介紹了 Hash的產(chǎn)生方法，具體如下：

1. 計(jì)算目標(biāo) MAC地址的 CRC32值。計(jì)算 CRC32的方法參見(jiàn) IEEE802.3的第 3.2.8章中FCS的說(shuō)明 。根據(jù)IEEE802.3中 CRC值的計(jì)算要求，和以太網(wǎng)幀中 MAC地址傳輸?shù)捻樞颍琈AC地址的 CRC值計(jì)算方法如下：

第一個(gè) 32位數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)碼運(yùn)算

輸入的數(shù)據(jù)都進(jìn)行按位反轉(zhuǎn)順序

進(jìn)行 CRC32計(jì)算，多項(xiàng)式為 0x4C11DB7

對(duì)最終輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)碼運(yùn)算

2. 對(duì)第一步的計(jì)算值進(jìn)行按位反轉(zhuǎn)順序

3. 取第二步計(jì)算值的高 6位

然后就可以根據(jù)計(jì)算出來(lái)的 Hash值，去設(shè)置 ETH_MACHT0R和 ETH_MACHT1R寄存器了。

MAC地址過(guò)濾的寄存器配置

目標(biāo) MAC地址過(guò)濾的寄存器配置見(jiàn)下表：

例程說(shuō)明

下面我們將用一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明如何配置Hash地址過(guò)濾。

在該例程中，我們希望 STM32H743Nucleo板只接收廣播，發(fā)往自己的單播 MAC地址的消息，以及兩個(gè)特定多播MAC地址的消息。

單播 MAC地址為：00E100:00，

多播 MAC地址為：010d01:03和 01: 00: 5e: a8: 00: 0a。

例程中，我們需要做以下設(shè)置：

1.設(shè)置數(shù)據(jù)包過(guò)濾寄存器 ETH_MACPFR中相關(guān)位設(shè)置，使能單播perfect過(guò)濾，多播 Hash過(guò)濾，不屏蔽廣播消息。

2.將單播地址設(shè)置到 ETH_MACA0HR和 ETH_MACA0LR中，并使能該地址。那么所有發(fā)往00E100:00的單播數(shù)據(jù)包都能被收到，其他的單播數(shù)據(jù)包將被丟掉。

3.設(shè)置 Hash過(guò)濾表寄存器。在初始化以太網(wǎng)外設(shè)時(shí)，利用 STM32H743的 CRC外設(shè)自動(dòng)計(jì)算 MAC地址的 CRC32值，再得到對(duì)應(yīng)的 Hash值，根據(jù)該值去初始化ETH_MACHT0R和 ETH_MACHT1R寄存器。H743Nucleo將可以接收發(fā)往 010d01:03和 01:00: 5e: a8: 00: 0a MAC地址的多播消息，其他的多播消息都被丟掉。

CRC外設(shè)初始化代碼：

計(jì)算并使能 HashMAC地址過(guò)濾的代碼：

運(yùn)行結(jié)果

將附件的例程燒錄到H743Nucleo板，通過(guò) XCAP連續(xù)發(fā)送下面的 6條消息。

包括：

兩條單播消息，目標(biāo)MAC地址分別是：00E100:00和 020000:00。

三條多播消息,目標(biāo) MAC地址分別是：010d01:03，01: 00: 5e: a8: 00:0a和 010d01:ff。

一條廣播消息。

從程序的打印信息里可以看到，H743Nucleo板接收到了其中的 4條消息，MAC地址沒(méi)有設(shè)置的一條單播消息

（020000:00）和一條多播消息（010d01:ff）都被過(guò)濾掉了。

責(zé)任編輯：haq