【STM32F407】第5章 PHY芯片和STM32的MAC基础知识

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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：

•   决定节点何时发送数据包。
•   将数据帧发送到物理层，然后发送到物理链路。
•   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：

•   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。
•   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：

•   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。

•   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。

•   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。