基于STM32F407MAC与DP83848实现以太网通讯一（STM32以太网（ETH）外设）

标签：MII RMII STM32F407MAC STM32 PHY 寄存器 ETH 以太网 时钟

STM32F4xx 可以通过以太网按照 IEEE 802.3-2002 标准发送和接收数据。支持与外部物理层 (PHY) 相连的两个工业标准接口：默认情况下使用的介质独立接口 (MII)（在 IEEE 802.3 规范中定义）和简化介质独立接口 (RMII)。

具体的以太网（ETM）特性参考：STM32F4xx中文参考手册

这里将重要的地方进行说明

一、STM32F4xx以太网（ETH）框图

以太网外设包括带专用 DMA 控制器的 MAC 802.3（介质访问控制）。默认使用MII接口，可通过配置寄存器（SYSCFG_PMC）切换位RMII接口，后面的DP83848使用的就是RMII接口。
DMA控制器通过AHB主接口用于控制数据传输，DMA从接口用于访问CSR（Control and Status Registers）

二、MII/RMII接口

2.1.MII/RMII接口

MII/RMII接口主要用作以太网数据传输

 

• TX CLK:数据发送参考时钟.10Mbis / s时为2.5 mhz, 100 mbit / s时为25兆赫。(MII)
• RX_CLK:数据接收参考时钟。10Mbis/s时为2.5MHz, 100Mbit/s时为25MHz。(MII)
• TX_EN:数据发送使能。数据发送过程保持有效。
• TXD[3:0]/[1:0]:数据发送信号线, RMII为TXD[3:0]4位, RMII为TXD[1:0]2位。
• CRS:载波侦听信号，PHY芯片驱动，发送或接收介质处于非空闲状态时使能。全双工时该信号线无效。（MII）
• COL:冲突检测信号，PHY芯片驱动，检测到介质上存在冲突，使能该信号。全双工时该信号线无效。(MII)
• RXD[3:0]/ [1:0]:数据接收信号线，PHY芯片同步驱动， RMII为TXD[3:0]4位， RMII为TXD[1:0]2位, MII模式时RX_DV禁止, RX_ER使能时RX_D[3:0]用来传输特定信息（参考STM32F4xx中文参考手册-表164 RX接口信号编码）。
• RX_DV:接收数据有效信号，PHY芯片驱动。(MII)
• CRS_DV: CRS与RX_DV功能的整合信号线,PHY芯片驱动,介质在不同状态会自动切换,(RMII)
• RX_ER:接收错误信号。PHY芯片驱动，只有当RX_DV与RX_ER同时有效时错误有效。(MII)
• REF_CLK: RMII模式外部50MHz参考时钟。可以直接使用外部晶振接入MAC和PHY，也可以通过STM3的PLL来驱动。(RMII)

2.2.MII/RMII时钟源

MII使用25MHz时钟源，RMII使用50MHz时钟源。
使用MII接口时，STM32F4可使用外部25MHz高速时钟（HSE），通过MCO引脚输出25MHz驱动PHY，PHY也可单独使用外部25MHz时钟源。
使用RMII接口时，STM32F4使用外部25MHz时钟源时，可通过STM32内部PLL生成50MHz来驱动PHY，也可直接使用外部50MHz时钟源。

三、SMI接口

SMI接口（station management interface）通过时钟线（MDC）以及数据线（MDIO）访问PYH寄存器。

STM32F4xx的SMI接口支持访问32个PHY，可通过应用程序选择一个PHY，然后从PHY包含的32个寄存器选择一个，发送控制数据或者接受状态信息。任一时间只能对一个PHY中的一个寄存器寻址。 

MDC (PC1复用):周期性时钟输出,最大频率2.5MHz,最小高低电平时间必须均为160ns,最小时钟周期必须为400ns。,最小时钟周期必须为400ns。
MDIO (PA2 复用):数据输入/输出同步传输 PYH 设备状态信息。

3.1.SMI帧字段

报头：与 PHY 建立同步
起始：验证 1->01 转变
操作：事务类型（读 or 写）
PADDR: PYH 地址，5 位，MSB
RADDR: PHY寄存器地址,5位，MSB
TA：周转字段，主要用于避免读取时的竞争。
数据：先发送 ETH_MIID 位 15
空闲：MDIO 高阻态（PHY 内部上拉为 1)

3.2.SMI写操作

1. 初始化MAC MII地址寄存器（ETH_MACMIIAR）写入PHY地址、PHY寄存器地址、时钟范围（CR），初始化MAC MII数据寄存器（ETH_MACMIIDR）
2. 将写入位（MW）、繁忙位（MB）置1
3. 触发对PHY寄存器写操作事务（事务期间对ETH_MACMIIAR与ETH_MACMIIDR的写操作无效）
4. 写操作完成
5. 复位繁忙位（MB）

3.3.SMI读操作

 

1. 初始化MAC MII地址寄存器（ETH_MACMIIAR）写入PHY地址、PHY寄存器地址、时钟范围（CR），初始化MAC MII数据寄存器（ETH_MACMIIDR）
2. 将写入位（MW）清0，繁忙位（MB）置1
3. 触发对PHY寄存器读操作事务（事务期间对ETH_MACMIIAR与ETH_MACMIIDR的写操作无效）
4. 复位繁忙位（MB）
5. 将从PHY中读取的数据更新到MII数据寄存器（ETH_MACMIIDR）

3.4.SMI时钟选择

SMI时钟源应为AHB时钟，分频系数取决于MII地址寄存器（MII Address register）设置的时钟范围。

ETH外设硬件主要就是了解MII/RMII与SMI接口，以及用于MAC DMA的AHB主从接口的数据流向（参考开头的系统框图）。 

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