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【RL-TCPnet网络教程】第5章 PHY芯片和STM32的MAC基础知识

第5章        PHY芯片和STM32的MAC基础知识

本章节为大家讲解STM32自带的MAC和PHY芯片的基础知识,为下一章底层驱动的讲解做一个铺垫。

5.1   初学者重要提示

5.2   什么是MAC

5.3    MAC地址

5.4    STM32自带MAC基础知识

5.5   以太网PHY基础知识

5.6   总结

5.1   初学者重要提示

1、学习本章节后,务必学习STM32参考手册中MAC章节的基础知识讲解,非常重要。

2、实际项目中,关于MAC的配置问题,需要大家学习我们论坛网友发的这个帖子。

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5.2   什么是MAC

媒体访问控制(MAC,Media Access Control),又称作介质访问控制,简称MAC,是局域网中数据链路层的下层部分,提供地址及媒体访问的控制方式,使得不同设备或网络上的节点可以在多点的网络上通信,而不会互相冲突,上述的特性在局域网中格外重要。早期网络发展时以MAC判别各个网络接口的位置,但后来互联网发展后,才有IP的制定与使用。若只是两台设备之间全双工的通信,因为两台设备可以同时发送及接收数据,不会冲突,因此不需要用到MAC协议。

媒体访问控制MAC子层负责解决与媒体接入有关的问题,在物理层的基础上进行无差错的通信。

MAC子层是网络与设备的接口,它从网络层接收数据帧,然后通过媒体访问规则和物理层将数据帧发送到物理链路上。它也从物理层接收数据帧,再送到网络层。总的来说,MAC有三大功能:

(1)决定节点何时发送数据包。

(2)将数据帧发送到物理层,然后发送到物理链路。

(3)从物理层接收数据帧,然后送给网络层处理。

其中最重要的是第一点:决定节点何时发送数据包。对于每一种媒体访问控制技术,用来控制节点发送时机的规则叫做媒体访问规则。局域网上的节点不能想要发送数据就发送,节点只能在轮到它的时候才发送。

5.3  MAC地址

MAC地址,又称为物理地址、硬件地址,用来定义网络设备的位置。在OSI模型中,第三层网络层负责 IP地址,第二层数据链路层则负责 MAC地址。因此一个主机会有一个MAC地址,而每个网络位置会有一个专属于它的IP地址。

MAC地址长度是48bit(6字节),由16进制的数字组成,分为前24位和后24位:

(1)前24位叫做组织唯一标志符(Organizationally Unique Identifier,即OUI),是由IEEE的注册管理机构给不同厂家分配的代码,区分了不同的厂家。

(2)后24位是由厂家自己分配的,称为扩展标识符。同一个厂家生产的网卡中MAC地址后24位是不同的。

MAC地址的完整数据格式如下(来自wiki百科):

第一个字节的后两位比较重要:

b0 = 0:表示MAC单播地址。

b0 = 1 : 表示MAC组播地址。

b1 = 0:表示OUI分配的全球唯一MAC地址。

b1 = 1:表示用于本地管理的MAC地址。

为了更好地理解,举几个例子:

    00:xx:xx:xx:xx:xx是MAC单播地址。

    01:xx:xx:xx:xx:xx是MAC组播地址。

    01:00:5e:xx:xx:xx是IPv4组播地址。

    ff:ff:ff:ff:ff:ff则作为广播地址。

    00:50:c2:xx:xx:xx 是意法半导体的MAC地址。

5.4  STM32自带MAC基础知识

关于STM32自带的MAC部分,STM32参考手册中写的晦涩难懂,特别是中文翻译版本,逻辑混乱,如果可以的话,建议大家看英文版。

STM32参考手册中对MAC的讲解主要分为三部分:

1、MAC的接口MII和RMII。

参考手册中对这一部分讲解的比较详细,也比较容易理解,建议初学者务必读一读。我们这里就不将其复制粘贴过来了。

2、MAC802.3帧格式,帧发送,帧接收等方面的讲解。

这一个部分知识点理解起来比较困难,配合下一章节的底层驱动就好理解了。

3、MAC的DMA收发方式控制。

手册中给出了DMA方式的发送和接收的初始化顺序,在下一章节讲解底层驱动的时候结合驱动代码会理解的更好,建议初学者也读一遍。

5.5  以太网PHY基础知识

仅有STM32自带的MAC还不能做网络通信,还需要外接以太网PHY芯片才可以,如同RS485通信一样,仅有一个串口是不行的,还需要外接RS485的PHY芯片。

PHY(Port Physical Layer),可称之为端口物理层,是一个对OSI模型物理层的简称。现在常用于STM32的有DP83848,LAN8270,DM9161/9162等。这些PHY芯片都大同小异,基本寄存器都是一样的,只有扩展寄存和厂商专门设置的寄存器不同。如果用户将其中一个PHY驱动成功了,驱动另一个也是非常方便的,下面是DP83848和DM9161/9162的基本寄存器和扩展寄存器:

/* 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                */

对于初学者来说,了解这些知识点就够了,具体如何配置这些寄存器会在下个章节讲解。

5.6  总结

本章节就为大家讲解这么多,主要是为下章节的讲解做个铺垫。学习完毕本章节后,务必将STM32参考手册中MAC章节读一遍。

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