【STM32F407】第5章 PHY芯片和STM32的MAC基礎知識

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第5章   PHY芯片和STM32的MAC基礎知識

本章節為大家講解STM32自帶的MAC和PHY芯片的基礎知識，為下一章底層驅動的講解做一個鋪墊。

5.1初學者重要提示

5.2什么是MAC

5.3 MAC地址

5.4 STM32自帶MAC基礎知識

5.5以太網PHY基礎知識

5.6總結

 

 

5.1   初學者重要提示

1.   學習本章節后，務必學習STM32參考手冊中MAC章節的基礎知識講解，非常重要。
2.   實際項目中，關於MAC的配置問題，需要大家學習我們論壇網友發的這個帖子。

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5.2   什么是MAC

媒體訪問控制(MAC，Media Access Control)，又稱作介質訪問控制，簡稱MAC，是局域網中數據鏈路層的下層部分，提供地址及媒體訪問的控制方式，使得不同設備或網絡上的節點可以在多點的網絡上通信，而不會互相沖突，上述的特性在局域網中格外重要。早期網絡發展時以MAC判別各個網絡接口的位置，但后來互聯網發展后，才有IP的制定與使用。若只是兩台設備之間全雙工的通信，因為兩台設備可以同時發送及接收數據，不會沖突，因此不需要用到MAC協議。

媒體訪問控制MAC子層負責解決與媒體接入有關的問題，在物理層的基礎上進行無差錯的通信。

MAC子層是網絡與設備的接口，它從網絡層接收數據幀，然后通過媒體訪問規則和物理層將數據幀發送到物理鏈路上。它也從物理層接收數據幀，再送到網絡層。總的來說，MAC有三大功能：

•   決定節點何時發送數據包。
•   將數據幀發送到物理層，然后發送到物理鏈路。
•   從物理層接收數據幀，然后送給網絡層處理。

其中最重要的是第一點：決定節點何時發送數據包。對於每一種媒體訪問控制技術，用來控制節點發送時機的規則叫做媒體訪問規則。局域網上的節點不能想要發送數據就發送，節點只能在輪到它的時候才發送。

5.3   MAC地址

MAC地址，又稱為物理地址、硬件地址，用來定義網絡設備的位置。在OSI模型中，第三層網絡層負責 IP地址，第二層數據鏈路層則負責 MAC地址。因此一個主機會有一個MAC地址，而每個網絡位置會有一個專屬於它的IP地址。

MAC地址長度是48bit（6字節），由16進制的數字組成，分為前24位和后24位：

•   前24位叫做組織唯一標志符（Organizationally Unique Identifier，即OUI），是由IEEE的注冊管理機構給不同廠家分配的代碼，區分了不同的廠家。
•   后24位是由廠家自己分配的，稱為擴展標識符。同一個廠家生產的網卡中MAC地址后24位是不同的。

MAC地址的完整數據格式如下（來自wiki百科）：

 

第一個字節的后兩位比較重要：

b0 = 0：表示MAC單播地址。

b0 = 1 : 表示MAC組播地址。

b1 = 0：表示OUI分配的全球唯一MAC地址。

b1 = 1：表示用於本地管理的MAC地址。

為了更好地理解，舉幾個例子：

•   00:xx:xx:xx:xx:xx是MAC單播地址。
•   01:xx:xx:xx:xx:xx是MAC組播地址。
•   01:00:5e:xx:xx:xx是IPv4組播地址。
•   ff:ff:ff:ff:ff:ff則作為廣播地址。
•   00:50:c2:xx:xx:xx 是意法半導體的MAC地址。

5.4   STM32自帶MAC基礎知識

關於STM32自帶的MAC部分，STM32參考手冊中寫的晦澀難懂，特別是中文翻譯版本，邏輯混亂，如果可以的話，建議大家看英文版。

STM32參考手冊中對MAC的講解主要分為三部分：

•   MAC的接口MII和RMII。

參考手冊中對這一部分講解的比較詳細，也比較容易理解，建議初學者務必讀一讀。我們這里就不將其復制粘貼過來了。

•   MAC802.3幀格式，幀發送，幀接收等方面的講解。

這一個部分知識點理解起來比較困難，配合下一章節的底層驅動就好理解了。

•   MAC的DMA收發方式控制。

手冊中給出了DMA方式的發送和接收的初始化順序，在下一章節講解底層驅動的時候結合驅動代碼會理解的更好，建議初學者也讀一遍。

5.5   以太網PHY基礎知識

僅有STM32自帶的MAC還不能做網絡通信，還需要外接以太網PHY芯片才可以，如同RS485通信一樣，僅有一個串口是不行的，還需要外接RS485的PHY芯片。

PHY（Port Physical Layer），可稱之為端口物理層，是一個對OSI模型物理層的簡稱。現在常用於STM32的有DP83848，LAN8270，DM9161/9162等。這些PHY芯片都大同小異，基本寄存器都是一樣的，只有擴展寄存和廠商專門設置的寄存器不同。如果用戶將其中一個PHY驅動成功了，驅動另一個也是非常方便的，下面是DP83848和DM9161/9162的基本寄存器和擴展寄存器：

/* DP83848C and DM9161 PHY Registers is the same */
#define PHY_REG_BMCR        0x00        /* Basic Mode Control Register       */
#define PHY_REG_BMSR        0x01        /* Basic Mode Status Register        */
#define PHY_REG_IDR1        0x02        /* PHY Identifier 1                  */
#define PHY_REG_IDR2        0x03        /* PHY Identifier 2                  */
#define PHY_REG_ANAR        0x04        /* Auto-Negotiation Advertisement    */
#define PHY_REG_ANLPAR      0x05        /* Auto-Neg. Link Partner Abitily    */
#define PHY_REG_ANER        0x06        /* Auto-Neg. Expansion Register      */
#define PHY_REG_ANNPTR      0x07        /* Auto-Neg. Next Page TX .DM9161 NO */

/* Register BMCR bit defination */
#define PHY_FULLD_100M      0x2100      /* Full Duplex 100Mbit               */
#define PHY_HALFD_100M      0x2000      /* Half Duplex 100Mbit               */
#define PHY_FULLD_10M       0x0100      /* Full Duplex 10Mbit                */
#define PHY_HALFD_10M       0x0000      /* Half Duplex 10MBit                */
#define PHY_AUTO_NEG        0x1000      /* Select Auto Negotiation           */

/* PHY Extended Registers  only for DP83848C */
#define PHY_REG_STS         0x10        /* Status Register                   */
#define PHY_REG_MICR        0x11        /* MII Interrupt Control Register    */
#define PHY_REG_MISR        0x12        /* MII Interrupt Status Register     */
#define PHY_REG_FCSCR       0x14        /* False Carrier Sense Counter       */
#define PHY_REG_RECR        0x15        /* Receive Error Counter             */
#define PHY_REG_PCSR        0x16        /* PCS Sublayer Config. and Status   */
#define PHY_REG_RBR         0x17        /* RMII and Bypass Register          */
#define PHY_REG_LEDCR       0x18        /* LED Direct Control Register       */
#define PHY_REG_PHYCR       0x19        /* PHY Control Register              */
#define PHY_REG_10BTSCR     0x1A        /* 10Base-T Status/Control Register  */
#define PHY_REG_CDCTRL1     0x1B        /* CD Test Control and BIST Extens.  */
#define PHY_REG_EDCR        0x1D        /* Energy Detect Control Register    */

/* PHY Extended Registers  only for DM9161 */
#define PHY_REG_DSCR        0x10     /* Specified Congfiguration Register            */
#define PHY_REG_DSCSR       0x11     /* Specified Congfiguration and Status Register */
#define PHY_REG_10BTCSR     0x12     /* 10Base-T Status/Control Register              */
#define PHY_REG_PWDOR       0x13     /* Power Down Control Register                    */
#define PHY_REG_CONGFIG       0x14     /* Specified Congfig Register                   */
#define PHY_REG_INTERRUPT   0x15     /* Specified interrupt Register                  */
#define PHY_REG_SRECR       0x16     /* Specified Receive Error Counter               */
#define PHY_REG_DISCR       0x17     /* Specified Disconnect Counter Register        */
#define PHY_REG_RLSR           0x18     /* Hardware reset latch state Register          */
#define PHY_REG_PSCR           0x1D     /* Power Saving control register                */

對於初學者來說，了解這些知識點就夠了，具體如何配置這些寄存器會在下個章節講解。

5.6   總結

本章節就為大家講解這么多，主要是為下章節的講解做個鋪墊。學習完畢本章節后，務必將STM32參考手冊中MAC章節讀一遍。