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第5章 PHY晶片和STM32的MAC基礎知識

本章節為大家講解STM32自帶的MAC和PHY晶片的基礎知識，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

5.2什麼是MAC

5.3 MAC地址

5.4 STM32自帶MAC基礎知識

5.5乙太網PHY基礎知識

5.6總結

5.1 初學者重要提示

1. 學習本章節後，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. 實際專案中，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 什麼是MAC

媒體訪問控制(MAC，Media Access Control)，又稱作介質訪問控制，簡稱MAC，是區域網中資料鏈路層的下層部分，提供地址及媒體訪問的控制方式，使得不同裝置或網路上的節點可以在多點的網路上通訊，而不會互相沖突，上述的特性在區域網中格外重要。早期網路發展時以MAC判別各個網路介面的位置，但後來網際網路發展後，才有IP的制定與使用。若只是兩臺裝置之間全雙工的通訊，因為兩臺裝置可以同時傳送及接收資料，不會衝突，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訊。

MAC子層是網路與裝置的介面，它從網路層接收資料幀，然後通過媒體訪問規則和物理層將資料幀傳送到物理鏈路上。它也從物理層接收資料幀，再送到網路層。總的來說，MAC有三大功能：

• 決定節點何時傳送資料包。
• 將資料幀傳送到物理層，然後傳送到物理鏈路。
• 從物理層接收資料幀，然後送給網路層處理。

其中最重要的是第一點：決定節點何時傳送資料包。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。區域網上的節點不能想要傳送資料就傳送，節點只能在輪到它的時候才傳送。

5.3 MAC地址

MAC地址，又稱為實體地址、硬體地址，用來定義網路裝置的位置。在OSI模型中，第三層網路層負責 IP地址，第二層資料鏈路層則負責 MAC地址。因此一個主機會有一個MAC地址，而每個網路位置會有一個專屬於它的IP地址。

MAC地址長度是48bit（6位元組），由16進位制的數字組成，分為前24位和後24位：

• 前24位叫做組織唯一標誌符（Organizationally Unique Identifier，即OUI），是由IEEE的註冊管理機構給不同廠家分配的程式碼，區分了不同的廠家。
• 後24位是由廠家自己分配的，稱為擴充套件識別符號。同一個廠家生產的網絡卡中MAC地址後24位是不同的。

MAC地址的完整資料格式如下（來自wiki百科）：

第一個位元組的後兩位比較重要：

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的介面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。我們這裡就不將其複製貼上過來了。

• MAC802.3幀格式，幀傳送，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方式的傳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程式碼會理解的更好，建議初學者也讀一遍。

5.5 乙太網PHY基礎知識

僅有STM32自帶的MAC還不能做網路通訊，還需要外接乙太網PHY晶片才可以，如同RS485通訊一樣，僅有一個串列埠是不行的，還需要外接RS485的PHY晶片。

PHY（Port Physical Layer），可稱之為埠物理層，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晶片都大同小異，基本暫存器都是一樣的，只有擴充套件寄存和廠商專門設定的暫存器不同。如果使用者將其中一個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的基本暫存器和擴充套件暫存器：

/* 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，瞭解這些知識點就夠了，具體如何配置這些暫存器會在下個章節講解。

5.6 總結

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