LWIP物理接口實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)方案

介紹

LWIP（Lightweight IP）是一個(gè)輕量級(jí)的開源TCP/IP協(xié)議棧，它專為嵌入式系統(tǒng)和小型設(shè)備而設(shè)計(jì)。LWIP旨在提供TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支持，使嵌入式系統(tǒng)能夠與其他設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信

LWIP特點(diǎn)：

• 輕量級(jí)：LWIP被設(shè)計(jì)為占用較少的內(nèi)存和處理器資源，使其能夠在嵌入式系統(tǒng)中高效運(yùn)行。
• 可裁剪性：LWIP允許根據(jù)具體需求進(jìn)行裁剪，只包含必要的協(xié)議和功能，以減小存儲(chǔ)空間和處理器開銷。
• 高性能：LWIP使用了一些性能優(yōu)化技術(shù)，如零拷貝和事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制，以提高網(wǎng)絡(luò)通信的效率和吞吐量。
• 可移植性：LWIP具有良好的可移植性，可以在多種操作系統(tǒng)和硬件平臺(tái)上運(yùn)行。 支持多種應(yīng)用層協(xié)議：除了TCP/IP協(xié)議棧，LWIP還提供了一些常用的應(yīng)用層協(xié)議實(shí)現(xiàn)，如HTTP、SNMP和MQTT。

以太網(wǎng)簡(jiǎn)介

STM32中可以通過(guò)以太網(wǎng)按照 IEEE 802.3-2002 標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。以太網(wǎng)提供了可配置、靈活的外設(shè)，用以滿足客戶的各種應(yīng)用需求。它支持與外部物理層(PHY) 相連的兩個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口：默認(rèn)情況下使用的介質(zhì)獨(dú)立接口 (MII)（在 IEEE 802.3 規(guī)范中定義）和簡(jiǎn)化介質(zhì)獨(dú)立接口 (RMII)。

stm32 以太網(wǎng)框圖

當(dāng)進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候，首先系統(tǒng)存儲(chǔ)器以DMA的方式發(fā)送至發(fā)送FIFO(Tx FIFO)進(jìn)行緩沖，再通過(guò)MAC內(nèi)核進(jìn)行發(fā)送。同樣，接收 FIFO (Rx FIFO) 則存儲(chǔ)通過(guò)線路接收的以太網(wǎng)幀，直到這些幀通過(guò) DMA 傳送到系統(tǒng)存儲(chǔ)器。

以太網(wǎng)外設(shè)還包括用于與外部 PHY 通信的 SMI。通過(guò)一組配置寄存器，用戶可以為 MAC 控 制器和 DMA 控制器選擇所需模式和功能。

上面的主要需要分析的模式是：MAC內(nèi)核、RMII/MII介質(zhì)接口、外部的PHY.

MAC內(nèi)核

MAC內(nèi)核是以太網(wǎng)控制器的關(guān)鍵組件，負(fù)責(zé)處理以太網(wǎng)幀的發(fā)送、接收、解析、封裝、錯(cuò)誤檢測(cè)和流控制等功能。它與PHY層緊密協(xié)作，實(shí)現(xiàn)了STM32F4微控制器與以太網(wǎng)之間的可靠數(shù)據(jù)通信。

• 幀處理：MAC內(nèi)核負(fù)責(zé)處理以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的發(fā)送和接收。它與PHY層進(jìn)行接口連接，將主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)封裝為以太網(wǎng)幀并發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上，同時(shí)從網(wǎng)絡(luò)接收數(shù)據(jù)幀并傳遞給主機(jī)進(jìn)行處理。
• 幀解析和封裝：MAC內(nèi)核負(fù)責(zé)解析接收到的以太網(wǎng)幀，提取其中的目標(biāo)MAC地址、源MAC地址、幀類型和數(shù)據(jù)等信息。同時(shí)，它也負(fù)責(zé)封裝主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)為以太網(wǎng)幀，添加必要的控制信息。
• 錯(cuò)誤檢測(cè)和處理：MAC內(nèi)核執(zhí)行幀的校驗(yàn)和錯(cuò)誤檢測(cè)。它會(huì)驗(yàn)證接收到的幀的完整性和正確性，通過(guò)校驗(yàn)和字段檢查是否存在錯(cuò)誤。如果幀出現(xiàn)錯(cuò)誤或校驗(yàn)失敗，MAC內(nèi)核會(huì)丟棄或丟棄該幀，并通知主機(jī)。
• 幀的重傳和丟棄：MAC內(nèi)核負(fù)責(zé)處理發(fā)送失敗或接收錯(cuò)誤的情況。在發(fā)送時(shí)，如果未收到幀的確認(rèn)響應(yīng)或檢測(cè)到?jīng)_突，MAC內(nèi)核會(huì)觸發(fā)重傳機(jī)制。在接收時(shí)，如果幀出現(xiàn)錯(cuò)誤或無(wú)效，MAC內(nèi)核會(huì)丟棄該幀并通知主機(jī)。
• 幀流控制：MAC內(nèi)核支持流控制機(jī)制，用于控制數(shù)據(jù)幀的發(fā)送速率。它可以根據(jù)接收端的緩沖區(qū)狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)流量情況，自動(dòng)調(diào)整發(fā)送速率，以避免數(shù)據(jù)丟失或網(wǎng)絡(luò)擁塞。

上面是MAC內(nèi)核功能的描述，了解一下即可。我們主要是要關(guān)注Mac內(nèi)核與PHY的物理接口看MAC是如何管理PHY.

站管理接口：SMI

描述

站管理接口（Station Management Interface，SMI）是用于與物理層（PHY）設(shè)備進(jìn)行通信和配置的接口。SMI接口提供了主機(jī)（STM32）與PHY設(shè)備之間的通信通道，使得主機(jī)能夠控制和監(jiān)控PHY設(shè)備的操作。主要功能如下：

• 寄存器訪問(wèn)：通過(guò)SMI接口，主機(jī)可以讀取和寫入PHY設(shè)備的寄存器。這些寄存器包含了控制PHY設(shè)備功能和配置參數(shù)的信息。主機(jī)可以通過(guò)讀取和寫入寄存器的值來(lái)配置PHY設(shè)備的工作模式、速度、雙工模式等。
• PHY設(shè)備配置：主機(jī)可以使用SMI接口來(lái)配置PHY設(shè)備的各種參數(shù)。通過(guò)讀取和寫入寄存器的值，主機(jī)可以設(shè)置PHY設(shè)備的工作模式、速度、自動(dòng)協(xié)商等。這樣可以適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和需求。
• 狀態(tài)查詢：通過(guò)SMI接口，主機(jī)可以查詢PHY設(shè)備的狀態(tài)信息。主機(jī)可以讀取PHY設(shè)備的狀態(tài)寄存器，以獲取連接狀態(tài)、速度狀態(tài)、工作模式等信息。這些狀態(tài)信息可以幫助主機(jī)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)連接和PHY設(shè)備的工作狀態(tài)。
• 錯(cuò)誤處理：SMI接口還提供了錯(cuò)誤處理的能力。主機(jī)可以讀取PHY設(shè)備的狀態(tài)寄存器以檢測(cè)錯(cuò)誤標(biāo)志，并根據(jù)錯(cuò)誤類型采取適當(dāng)?shù)拇胧?。例如，重新配置PHY設(shè)備、進(jìn)行錯(cuò)誤恢復(fù)等，以確保網(wǎng)絡(luò)通信的可靠性。

主要是關(guān)注SMI對(duì)PHY設(shè)置：如工作模式、速度、雙工模式、自動(dòng)協(xié)商設(shè)置。

SMI 站管理接口

如上圖，SMI與PHY硬件接口由兩根組成：MDC[時(shí)鐘線]、MDIO[數(shù)據(jù)線]。通過(guò)這兩根線可以訪問(wèn)多達(dá)32個(gè)PHY。SMI可以從 32 個(gè) PHY 中選擇一個(gè) PHY 。PHY里面包含了一個(gè) 32 個(gè)寄存器。這個(gè)寄存器中主要是對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行控制\\接收狀態(tài)信息。任意時(shí)間只能訪問(wèn)一個(gè)PHY。它的幀結(jié)構(gòu)如下。

幀格式

• 報(bào)頭：SMI幀以4個(gè)報(bào)頭字節(jié)（0xFFFFFFFF）開始，在發(fā)送\\寫入操作時(shí)，用于主機(jī)與PHY設(shè)備的之間建立同步通信。
• 起始：幀起始由 [01] 模式定義，用于驗(yàn)證線路從默認(rèn)邏輯“1”狀態(tài)變?yōu)檫壿嫛?”狀 態(tài)，然后再?gòu)倪壿嫛?”狀態(tài)變?yōu)檫壿嫛?”狀態(tài)。
• 操作：定義正在發(fā)生的事務(wù)（讀取[10]或?qū)懭隱01]）的類型。
• PHY地址：PHY 地址有 5 位，可構(gòu)成 32 個(gè)唯一 PHY 地址。最先發(fā)送和接收地址的 MSB 位。
• 寄存器地址：寄存器地址有 5 位，從而可在所選 PHY 設(shè)備中對(duì) 32 個(gè)不同的寄存器進(jìn)行尋 址。最先發(fā)送和接收地址的 MSB 位。
• TA：周轉(zhuǎn)字段在 RADDR 和 DATA 字段間定義了一個(gè) 2 位模式，以避免在讀取事務(wù)期間 出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象。讀取事務(wù)時(shí)，MAC 控制器將 TA 的 2 個(gè)位驅(qū)動(dòng)為 MDIO 線上的高阻態(tài)。 PHY 設(shè)備必須將 TA 的第一位驅(qū)動(dòng)為高阻態(tài)，將 TA 的第二位驅(qū)動(dòng)為“0”。 寫入事務(wù)時(shí)，MAC 控制器針對(duì) TA 字段驅(qū)動(dòng) [10] 模式。PHY 設(shè)備必須將 TA 的 2 個(gè)位 驅(qū)動(dòng)為高阻態(tài)。
• 數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)字段為 16 位。最先發(fā)送和接收的位必須為 ETH_MIID 寄存器的位 15。
• 空閑：MDIO 線驅(qū)動(dòng)為高阻態(tài)。三態(tài)驅(qū)動(dòng)器必須禁止，PHY 的上拉電阻使線路保持邏輯 “1”狀態(tài)。

寫操作

當(dāng)應(yīng)用程序?qū)?MII 寫入位和繁忙位置 1 時(shí)，SMI 將通過(guò)傳輸 PHY 地址、PHY 中的寄存器地址以及寫入數(shù)據(jù)。來(lái)觸發(fā)對(duì) PHY 寄存器進(jìn)行寫操作。事務(wù)進(jìn)行期間， 應(yīng)用程序不能更改 MII 地址寄存器的內(nèi)容或 MII 數(shù)據(jù)寄存器。在此期間對(duì) MII 地址寄存器或 MII 數(shù)據(jù)寄存器執(zhí)行的寫操作將會(huì)忽略（繁忙位處于高電平狀態(tài)），事務(wù)將無(wú)錯(cuò)完成。寫操 作完成后，SMI 將通過(guò)復(fù)位繁忙位進(jìn)行指示。

寫操作

讀操作

當(dāng)用戶將以太網(wǎng) MAC MII 地址寄存器 (ETH_MACMIIAR) 中的 MII 繁忙位置 1、MII 寫入位清 零時(shí)，SMI 將通過(guò)傳輸 PHY 地址和 PHY 中的寄存器地址在 PHY 寄存器中觸發(fā)讀操作。事 務(wù)進(jìn)行期間，應(yīng)用程序不應(yīng)更改 MII 地址寄存器的內(nèi)容或 MII 數(shù)據(jù)寄存器。在此期間對(duì) MII 地址寄存器或 MII 數(shù)據(jù)寄存器執(zhí)行的寫操作將會(huì)忽略（繁忙位處于高電平狀態(tài)），事務(wù)將無(wú) 錯(cuò)完成。讀操作完成后，SMI 將復(fù)位繁忙位，然后用從 PHY 中讀取的數(shù)據(jù)更新 MII 數(shù)據(jù)寄存器。

讀操作

時(shí)鐘選擇

MAC 啟動(dòng)管理寫/讀操作。SMI 時(shí)鐘是一個(gè)分頻時(shí)鐘，其時(shí)鐘源為應(yīng)用時(shí)鐘（AHB 時(shí)鐘）。 分頻系數(shù)取決于 MII 地址寄存器中設(shè)置的時(shí)鐘范圍。

時(shí)鐘選擇

介質(zhì)接口

上面我們提到過(guò)一個(gè)MII的概念。MII其實(shí)就是一種介質(zhì)接口。STM32除了MII介質(zhì)接口外還有RMII介質(zhì)接口。介質(zhì)接口是配合SMI對(duì)PHY進(jìn)行控制的。比如：SMI什么時(shí)候發(fā)數(shù)據(jù)、什么時(shí)候收數(shù)據(jù)、發(fā)寫操作幀還是發(fā)讀操作幀都是需要介質(zhì)接口上的寄存器的值進(jìn)行控制的。為此，MAC內(nèi)核與PHY的物理接口其實(shí)就是SMI+RMII/MII 組成，后面分析都是基于這兩者結(jié)合體。

介質(zhì)獨(dú)立接口：MII

介質(zhì)獨(dú)立接口 (MII) 定義了 10 Mbit/s 和 100 Mbit/s 的數(shù)據(jù)傳輸速率下 MAC 子層與 PHY 之間的互連。

介質(zhì)獨(dú)立接口信號(hào)

• TX_CLK：連續(xù)時(shí)鐘信號(hào)。該信號(hào)提供進(jìn)行 TX 數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的參考時(shí)序。標(biāo)稱頻率為： 速率為 10 Mbit/s 時(shí)為 2.5 MHz；速率為 100 Mbit/s 時(shí)為 25 MHz。
• TXD（Transmit Data）：TXD信號(hào)是主機(jī)向PHY設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)的并行輸出信號(hào)。主機(jī)通過(guò)TXD線將以太網(wǎng)幀的數(shù)據(jù)發(fā)送給PHY設(shè)備。
• TX_EN：發(fā)送使能信號(hào)。該信號(hào)必 須與報(bào)頭的前半字節(jié)進(jìn)行同步 (MII_TX_CLK)
• RX_CLK：連續(xù)時(shí)鐘信號(hào)。該信號(hào)提供進(jìn)行 RX 數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的參考時(shí)序。標(biāo)稱頻率 為：速率為 10 Mbit/s 時(shí)為 2.5 MHz；速率為 100 Mbit/s 時(shí)為 25 MHz。
• RXD[3:0]：數(shù)據(jù)接收信號(hào)。該信號(hào)是 4 個(gè)一組的數(shù)據(jù)信號(hào)。
• RX_ER：接收錯(cuò)誤信號(hào)。該信號(hào)必須保持一個(gè)或多個(gè)周期 (MII_RX_CLK)，從而向 MAC 子層指示在幀的某處檢測(cè)到錯(cuò)誤。
• RX_DV：接收數(shù)據(jù)有效信號(hào)。該信號(hào)表示 PHY 當(dāng)前正針對(duì) MII 接收已恢復(fù)并解碼的半字節(jié)。
• CRS：載波偵聽(tīng)信號(hào)。當(dāng)發(fā)送或接收介質(zhì)處于非空閑狀態(tài)時(shí)，由 PHY 使能該信號(hào)。
• COL：沖突檢測(cè)信號(hào)。檢測(cè)到介質(zhì)上存在沖突后，PHY 必須立即使能沖突檢測(cè)信號(hào)， 并且只要存在沖突條件，沖突檢測(cè)信號(hào)必須保持有效狀態(tài)。該信號(hào)無(wú)需與 TX 和 RX 時(shí) 鐘保持同步。在全雙工模式下，該信號(hào)沒(méi)意義。
• MDIO（Management Data Input/Output）：MDIO信號(hào)用于主機(jī)與PHY設(shè)備之間的管理數(shù)據(jù)的雙向傳輸。主機(jī)通過(guò)MDIO信號(hào)線向PHY設(shè)備發(fā)送配置和控制命令，并從PHY設(shè)備讀取狀態(tài)和配置信息。
• MDC（Management Data Clock）：MDC信號(hào)是MDIO信號(hào)的時(shí)鐘信號(hào)，用于同步MDIO數(shù)據(jù)的傳輸。MDC信號(hào)的頻率由主機(jī)控制，用于提供時(shí)序同步。

TX 接口信號(hào)編碼

RX 接口信號(hào)編碼

MII時(shí)鐘源

要生成 TX_CLK 和 RX_CLK 時(shí)鐘信號(hào)，必須向外部 PHY 提供 25MHz 時(shí)鐘，如下圖示。除了使用外部 25 MHz 石英晶體提供該時(shí)鐘，還可以通過(guò) STM32F4xx 微控制器的 MCO 引腳輸出該信號(hào)。這種情況下，必須對(duì) PLL 倍頻進(jìn)行配置，以通過(guò) 25 MHz 外部石英晶體在 MCO 引腳上獲得所需頻率。

精簡(jiǎn)介質(zhì)獨(dú)立接口：RMII

精簡(jiǎn)介質(zhì)獨(dú)立接口 (RMII) 規(guī)范降低了 10/100 Mbit/s 下微控制器以太網(wǎng)外設(shè)與外部 PHY 間的 引腳數(shù)。根據(jù) IEEE 802.3u 標(biāo)準(zhǔn)，MII 包括 16 個(gè)數(shù)據(jù)和控制信號(hào)的引腳。RMII 規(guī)范將引腳 數(shù)減少為 7 個(gè)（引腳數(shù)減少 62.5%）。

RMII 接口是 MAC 和 PHY 之間的實(shí)例化對(duì)象。這有助于將 MAC 的 MII 轉(zhuǎn)換為 RMII。RMII 具有以下特性：

• 支持 10-Mbit/s 和 100-Mbit/s 的運(yùn)行速率
• 參考時(shí)鐘必須是 50 MHz
• 相同的參考時(shí)鐘必須從外部提供給 MAC 和外部以太網(wǎng) PHY
• 它提供了獨(dú)立的 2 位寬（雙位）的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)路徑

RMII時(shí)鐘源

時(shí)鐘源方案

MII與RMII除了在IO接口不同外，還存在著發(fā)送位寬的不同。介質(zhì)MII接口一個(gè)周期發(fā)送位寬位4位，RMII的是2位。但是由于他們發(fā)送周期不同。如果在相同的時(shí)間內(nèi)，RMII發(fā)送了兩次而MII發(fā)送了一次。所以最終的速率是一樣的。

PHY

描述

上面分析的過(guò)程中，我們知道了。Mac內(nèi)核的數(shù)據(jù)最終，是通過(guò)PHY發(fā)送出去的。那么PHY是什么？這里主要是對(duì)LAN8720A這款PHY進(jìn)行分析。如下圖就是LAN8720A的內(nèi)部框圖

LAN8720A內(nèi)部框圖

PHY在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中起著關(guān)鍵作用，負(fù)責(zé)將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為物理信號(hào)，并在物理介質(zhì)上進(jìn)行可靠的傳輸。它處理信號(hào)的編碼、調(diào)制、傳輸和解調(diào)過(guò)程，同時(shí)支持時(shí)鐘同步、錯(cuò)誤檢測(cè)和糾正，以及自動(dòng)協(xié)商功能。PHY的正確操作和配置對(duì)于實(shí)現(xiàn)高速、可靠的數(shù)據(jù)通信至關(guān)重要。

LAN8720A

PHY內(nèi)部包含了32個(gè)寄存器，都是通過(guò)MAC的SMI上的MDC與MDIO這兩根線進(jìn)行PHY的寄存器的讀寫。上面我們知道我們主要是通過(guò)這兩根線實(shí)現(xiàn)PHY的速度與雙工模式確定。

LAN8720A的32個(gè)內(nèi)部寄存器如下

LAN8720A內(nèi)部寄存器

而控制雙工模式以及速度的模式主要存在于第3 1個(gè)寄存器也稱為BCR寄存器，其寄存器設(shè)置如下。

雙工與模式設(shè)置寄存器

如下圖是前面提及的MDIO數(shù)據(jù)幀格式

對(duì)于2：4字段。最高位為1的時(shí)候表示是全雙工、0的時(shí)候表示半雙工。第二第三位代表的速度。01 表示10Mbit/s、10表示100Mbit/s如果我想把當(dāng)前的第一個(gè)PHY假如為0x00[有多個(gè)PHY]設(shè)置為100Mbit/s 與全雙工模式。該如何操作？

首先，確定時(shí)PHY的地址。那么PHY的地址就是0x00。接下來(lái)就是寄存器的地址，這里的寄存器是最后一個(gè)寄存器地址：0x1F.最后是數(shù)據(jù)位：100Mbit/s 全雙工。對(duì)應(yīng)上面表的110，所以數(shù)據(jù)位為0000000000011000.

MAC 802.3 幀格式

上面的分析其實(shí)都是在物理層于數(shù)據(jù)鏈路層的內(nèi)容。既然是在物理層那么就應(yīng)該有物理層的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)幀標(biāo)準(zhǔn)就是MAC 802.3 幀格式。這個(gè)幀結(jié)構(gòu)分為：有標(biāo)記MAC幀格式與無(wú)標(biāo)記MAC幀結(jié)構(gòu)

無(wú)標(biāo)記MAC幀格式

• 報(bào)頭：MAC幀以7個(gè)字節(jié)的報(bào)頭（10101010...）開始，用于同步接收方的時(shí)鐘。
• 幀起始定界符（Start Frame Delimiter，SFD）：緊接著前導(dǎo)碼是一個(gè)字節(jié)的SFD（10101011），用于標(biāo)識(shí)幀的起始。
• 目標(biāo)MAC地址（Destination MAC Address）：6個(gè)字節(jié)，指示數(shù)據(jù)幀的目標(biāo)設(shè)備的MAC地址。該字段唯一標(biāo)識(shí)了數(shù)據(jù)幀的接收方。
• 源MAC地址（Source MAC Address）：6個(gè)字節(jié)，指示數(shù)據(jù)幀的發(fā)送設(shè)備的MAC地址。該字段唯一標(biāo)識(shí)了數(shù)據(jù)幀的發(fā)送方。
• 長(zhǎng)度/類型（Length/Type）：2個(gè)字節(jié)，指示數(shù)據(jù)字段的長(zhǎng)度或指示數(shù)據(jù)字段的類型。當(dāng)長(zhǎng)度小于等于1500時(shí)，它指示了上層協(xié)議類型。
• 數(shù)據(jù)字段（Data）：46-1500個(gè)字節(jié)，包含了上層協(xié)議（如IP或ARP）傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
• 幀校驗(yàn)序列（Frame Check Sequence，F(xiàn)CS）：4個(gè)字節(jié)，用于檢測(cè)數(shù)據(jù)幀在傳輸過(guò)程中是否發(fā)生了錯(cuò)誤。FCS字段使用循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）算法計(jì)算得出。

帶標(biāo)記的 MAC 幀格式

帶標(biāo)記的MAC幀格式和不帶標(biāo)識(shí)符的MAC幀之間的區(qū)別在于是否包含了標(biāo)識(shí)符字段。下面是它們的區(qū)別：

• 帶標(biāo)記的MAC幀格式（Tagged MAC Frame）：帶標(biāo)記的MAC幀格式是在不同的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中使用的一種擴(kuò)展幀格式。它包含了一個(gè)額外的標(biāo)識(shí)符字段，用于標(biāo)記幀所屬的虛擬局域網(wǎng)（VLAN）。標(biāo)識(shí)符字段是一個(gè)特定的VLAN標(biāo)簽，用于將幀與相應(yīng)的VLAN關(guān)聯(lián)起來(lái)。帶標(biāo)記的MAC幀格式通常用于實(shí)現(xiàn)虛擬局域網(wǎng)的劃分和管理。
• 不帶標(biāo)識(shí)符的MAC幀格式（Untagged MAC Frame）：不帶標(biāo)識(shí)符的MAC幀格式是最常見(jiàn)的以太網(wǎng)幀格式，也被稱為普通以太網(wǎng)幀格式。它不包含額外的標(biāo)識(shí)符字段，只包含了目標(biāo)MAC地址、源MAC地址、長(zhǎng)度/類型、數(shù)據(jù)字段和幀校驗(yàn)序列。不帶標(biāo)識(shí)符的MAC幀格式適用于普通的以太網(wǎng)通信，不涉及虛擬局域網(wǎng)的劃分和管理。

以太網(wǎng)DMA描述符

如下框圖，已經(jīng)分析了MAC內(nèi)核、PHY。而最后我們需要對(duì)以外網(wǎng)DMA與TxFiFo、RxFiFo 這部分進(jìn)行分析。

stm32 以太網(wǎng)框圖

以太網(wǎng)DMA控制器操作過(guò)程：

DMA 具有獨(dú)立的發(fā)送和接收引擎以及相應(yīng)的 CSR（控制和狀態(tài)寄存器）空間。發(fā)送引擎將 數(shù)據(jù)從系統(tǒng)存儲(chǔ)器傳送到 Tx FIFO，而接收引擎將數(shù)據(jù)從 Rx FIFO 傳送到系統(tǒng)存儲(chǔ)器。DMA 可以在 CPU 完全不干預(yù)的情況下，通過(guò)描述符有效地將數(shù)據(jù)從源傳送到目標(biāo)。DMA 專為面 向包的數(shù)據(jù)傳送（如以太網(wǎng)中的幀）而設(shè)計(jì)。該控制器經(jīng)過(guò)編程后，可在完成幀發(fā)送和接收 傳送操作時(shí)以及其它正常/錯(cuò)誤條件下產(chǎn)生 CPU 中斷。DMA 和 STM32通過(guò)以下兩種數(shù) 據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行通信：

• 控制和狀態(tài)寄存器 (CSR)
• 描述符列表和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。

什么是以太網(wǎng)DMA描述符

DMA 既可將接收到的數(shù)據(jù)幀傳送到 STM32F4xx 存儲(chǔ)器中的接收緩沖區(qū)，也可以傳送 STM32 存儲(chǔ)器的發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)幀。位于 STM32F4xx 存儲(chǔ)器中的描述符用作指向這些緩沖區(qū)的指針。共有兩個(gè)描述符列表：一個(gè)用于接收，一個(gè)用于發(fā)送。兩個(gè)列表的基址分別寫入 DMA 寄存器 3 和寄存器 4。最后一個(gè)描述符會(huì)指回第一個(gè)描述符以構(gòu)成環(huán)形結(jié)構(gòu)。可通過(guò)配置接收和發(fā)送描述符 （RDES1[14] 和 TDES0[20]）中鏈接的第二個(gè)地址來(lái)完成描述符的顯式鏈接。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是TxFiFo與RxFiFo緩沖區(qū)內(nèi)存的管理是通過(guò)鏈表實(shí)現(xiàn)。不然怎么叫FIFO先入先出不就是一個(gè)隊(duì)列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)嘛。

DMA 既可將接收到的數(shù)據(jù)幀傳送到 STM32F4xx 存儲(chǔ)器中的接收緩沖區(qū)，也可以傳送 STM32 存儲(chǔ)器的發(fā)送緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)幀。位于 STM32F4xx 存儲(chǔ)器中的描述符用作指向這些緩沖區(qū)的指針。

描述符

描述符主要分兩種：常規(guī)描述符、增強(qiáng)描述符

常規(guī)描述符：管理緩沖區(qū)常規(guī)描述符：在常規(guī)描述符基礎(chǔ)上開啟時(shí)間戳和 IPv4校驗(yàn)和減荷這里主要分析常規(guī)的描述符，其結(jié)構(gòu)框圖如下

常規(guī) Tx DMA 描述符

其中需要比較注意的位為

• TDES0[31]置0：CPU可將數(shù)據(jù)拷貝到描述符中，拷貝完成之后把該位置1，告訴DMA可以發(fā)送數(shù)據(jù)
• TDES0[20]置1：描述符中的第二個(gè)地址是下一個(gè)描述符地址
• TDES1[28:16]：如果TDES0[20] 位置1，則該字段無(wú)效
• TDES3[31:0]：取決于TDES0[20]的值，為1，則指向下一個(gè)描述符地址

常規(guī) Rx DMA 描述符結(jié)構(gòu)

• RDES0[31]置1：MAC將數(shù)據(jù)從RX FIFO傳輸?shù)絉X描述符中，拷貝完成之后該位置0，告訴CPU可以接收數(shù)據(jù)
• RDES0[14]置1：描述符中的第二個(gè)地址是下一個(gè)描述符地址
• RDES1[28:16]：如果RDES0[14]位置1，則該字段無(wú)效
• RDES3[31:0]：取決于RDES0[14]的值，為1，則指向下一個(gè)描述符地址

描述符結(jié)構(gòu)

其中根據(jù)RES3/TDES3字段來(lái)判斷是什么結(jié)構(gòu)，如果是指向下一個(gè)緩沖區(qū)地址那么就是鏈接結(jié)構(gòu)，如果是第二個(gè)緩沖區(qū)就是1環(huán)形結(jié)構(gòu)。