STM32網(wǎng)絡之SMI接口
01以太網(wǎng)簡介
STM32F20X和STM32F21的以太網(wǎng)外設可接受和發(fā)送數(shù)據(jù)按照IEE802.3-2002標準。
以太網(wǎng)提供一個完整的、靈活的外設去滿足不同應用和要求。它支持與外部相連(PHY)的兩個標準的工業(yè)接口：默認情況使用在IEEE802.3規(guī)范中定義的獨立介質(zhì)接口(MII)和精簡介質(zhì)獨立接口(RMII)。它可以被用于大量的需求，例如開關(交換機)、網(wǎng)絡接口卡等等。
以太網(wǎng)滿足下列標準：
- IEEE 802.3-2002，用于以太網(wǎng)MAC。
- IEEE 1588-2008 標準，用于規(guī)定聯(lián)網(wǎng)時鐘同步的精度。
- AMBA 2.0，用于AHB 主/從端口。
- RMII 聯(lián)盟的 RMII規(guī)范。
02STM32F207的ETH介紹
STM32F207支持MII接口和RMII接口。STM32F207以太網(wǎng)外設包括一個MAC802.3(介質(zhì)訪問控制)和一個DMA控制器。它默認情況下支持MII和RMII接口，通過一個選擇位進行切換(參考SYSCFG_PMC寄存器)。
DMA控制器通過AHB主從接口和內(nèi)核與內(nèi)存相連。AHB主接口控制數(shù)據(jù)傳輸，AHB從接口用于訪問控制和狀態(tài)寄存器(CSR)空間。
在MAC內(nèi)核發(fā)送數(shù)據(jù)之前，數(shù)據(jù)經(jīng)過DMA的方式發(fā)送到FIFO中緩存。同樣的，接收FIFO存儲通過線路收到的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，直到這些數(shù)據(jù)幀通過DMA被傳輸?shù)较到y(tǒng)內(nèi)存。
以太網(wǎng)外設也包括一個SMI，用于和外部PHY通訊。通過一組寄存器的配置，用戶可以選擇MAC和DMA控制器的不同模式和功能。
當使用以太網(wǎng)時，AHB時鐘必須至少25MHZ。
下面是ETH的框圖
關于AHB的連接信息：
區(qū)域1：我們稱為SMI接口，用于配置外部PHY芯片。
區(qū)域2：是數(shù)據(jù)交換接口，也就是上面我們說的MII接口和RMII接口。
03SMI接口
3.1、站管理接口：SMI
站管理接口允許任何PHY寄存器請求通過2線時鐘和數(shù)據(jù)線。這個接口支持最多到32個PHY。
應用程序可以從 32個 PHY中選擇一個PHY，然后從任意PHY 包含的32 個寄存器中選擇一個寄存器，發(fā)送控制數(shù)據(jù)或接收狀態(tài)信息。任意給定時間內(nèi)只能對一個PHY 中的一個寄存器進行尋址。
MDC 時鐘線和 MDIO數(shù)據(jù)線在微控制器中均用作復用功能I/O：
MDC：周期性時鐘，提供以最大頻率2.5 MHz 傳輸數(shù)據(jù)時的參考時序。MDC的最短高電平時間和最短低電平時間必須均為160 ns。MDC的最小周期必須為400 ns。在空閑狀態(tài)下，SMI管理接口將 MDC時鐘信號驅動為低電平。
MDIO：數(shù)據(jù)輸入/輸出比特流，用于通過MDC 時鐘信號向/從PHY 設備同步傳輸狀態(tài)信息。
3.2、SMI幀結構
下圖給出了讀操作和寫操作幀結構，位傳輸必須要求從左到右。
Preamble(32bit前導符)：每個傳輸(讀或者寫)都必須以前導符開始，前導符是MDIO線上連續(xù)的32個邏輯’1’信號，和對應MDC線上的32個時鐘信號。這部分信號用于和PHY設備建立同步。
Start(起始符)：幀的起始符定義為’01’，也就是MDIO線從邏輯’1’降到’0’再回到’1’，以標記傳輸?shù)摹?/p>
開始。
Operation(操作符)：用于定義操作的類型：讀或者寫。
PADDR：PHY的地址有5位，可以區(qū)分32個PHY。高位先被發(fā)送和接收。
RADDR：寄存器的地址有5位，可以尋址32個獨立的寄存器。高位先被發(fā)送和接收。
TA：2位的轉向符，插在RADDR和數(shù)據(jù)(DATA)之間，用于避免讀操作時發(fā)生沖突。讀操作時，在TA的這2位時間內(nèi)，MAC控制器保持MDIO線的高阻狀態(tài)，PHY設備則先保持1位的高阻狀態(tài)，在第2位時輸出’0’信號。寫操作時，在TA的這2位時間內(nèi)，MAC控制器驅動MDIO線輸出’10’信號，而PHY設置則保持高阻狀態(tài)。
DATA(數(shù)據(jù))：16位的數(shù)據(jù)域。最先發(fā)送和接收的是ETH_MIID寄存器的第15位。
空閑位：MDIO線保持在高阻狀態(tài)。取消所有的三態(tài)驅動，由PHY的上拉電阻保證MDIO線處于邏輯’1’。
3.3、SMI寫操作
當應用程序設置了MII寫和忙位(以太網(wǎng)MACMII地址寄存器(ETH_MACMIIAR))，SMI接口會向PHY傳 送 PHY地 址 和 PHY寄 存 器 地 址 ，然 后 傳 輸 數(shù) 據(jù) (以 太 網(wǎng) MAC MII 數(shù)據(jù) 寄 存器(ETH_MACMIIDR))。在SMI接口傳輸數(shù)據(jù)的過程中，不能修改MII地址寄存器和MII數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容;在此過程中(忙位為高)，對MII地址寄存器或MII數(shù)據(jù)寄存器的寫操作將被忽視，并且不影響整個傳輸?shù)恼_完成。當完成寫操作時，SMI接口將清除忙位，告知應用程序。
下圖描述了寫操作時的幀格式。
3.4、SMI讀操作
當程序把以太網(wǎng)MACMII地址寄存器(ETH_MACMIIAR)的MII忙位置為’1’，而保持MII寫位為’0’，SMI接口則發(fā)送PHY地址和PHY寄存器地址，執(zhí)行讀PHY寄存器的操作。在整個傳輸過程中，應用程序不能修改MII地址寄存器和MII數(shù)據(jù)寄存器的內(nèi)容。在傳輸過程中(忙位為高)，對MII地址寄存器或者MII數(shù)據(jù)寄存器的寫操作將被忽視，并且不影響整個傳輸?shù)恼_完成。在讀操作完成后，SMI接口將清除忙位，并把從PHY讀回的數(shù)據(jù)更新到MII數(shù)據(jù)寄存器中。
下圖描述了讀操作的幀格式
3.5、SMI時鐘選擇
MAC 啟動管理寫/讀操作。SMI時鐘是一個分頻時鐘，其時鐘源為應用時鐘(AHB時鐘)。分頻系數(shù)取決于MII地址寄存器中設置的時鐘范圍。這里既然說到了時鐘，就再次提一下上文提到的內(nèi)容：當使用以太網(wǎng)時，AHB時鐘必須至少25MHZ。
04代碼
STM32的網(wǎng)口的MII接口初始化是十分簡單的。
初始化GPIO。
- RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA | RCC_AHB1Periph_GPIOC |RCC_AHB1Periph_GPIOF, ENABLE);
- /* Enable SYSCFG clock */
- RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SYSCFG, ENABLE);
- GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_2;
- GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
- GPIO_PinAFConfig(GPIOA, GPIO_PinSource2, GPIO_AF_ETH);
- GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
- GPIO_Init(GPIOC, &GPIO_InitStructure);
- GPIO_PinAFConfig(GPIOC, GPIO_PinSource1, GPIO_AF_ETH);
因為MII接口需要MAC配合，所以需要是使能MAC的時鐘。
- RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_ETH_MAC |RCC_AHB1Periph_ETH_MAC_Tx |RCC_AHB1Periph_ETH_MAC_Rx, ENABLE);
MII接口的讀函數(shù)和寫函數(shù)。
- ETH_ReadPHYRegister(uint16_t PHYAddress, uint16_t PHYReg)
- uint32_t ETH_WritePHYRegister(uint16_t PHYAddress, uint16_t PHYReg,uint16_t PHYValue)
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