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 STM32網(wǎng)絡(luò)控制器框圖如下：

前面的文章我們已經(jīng)講解了：

①External PHY Intereface：《STM32網(wǎng)絡(luò)電路設(shè)計(jì)》

②MAC控制器：《STM32MAC控制器》

下面我們講解第③部分，STM32網(wǎng)絡(luò)的DMA控制器。

01DMA控制器操作

DMA具有自主的發(fā)送和接收引擎，還有一個(gè)CSR(控制和狀態(tài)寄存器)空間。發(fā)送引擎將數(shù)據(jù)從系統(tǒng)存儲(chǔ)器傳送到 TxFIFO，而接收引擎將數(shù)據(jù)從Rx FIFO傳送到系統(tǒng)存儲(chǔ)器。

控制器(也就是DMA)利用描述符有效的將數(shù)據(jù)從源地址移動(dòng)到目的地，很小的CPU干預(yù)。DMA專為面向包的數(shù)據(jù)傳送(如以太網(wǎng)中的幀)而設(shè)計(jì)。

控制器可以編程去打斷CPU，例如完成幀發(fā)送和接收傳送操作時(shí)以及其它正常/錯(cuò)誤條件下。

DMA和STM32F20x 和STM32F21x通過以下兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行通信：

1. 控制和狀態(tài)寄存器 (CSR)
2. 描述符列表和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。

DMA控制器發(fā)送接收到的數(shù)據(jù)幀到STM32F20x的接收緩存中和STM32F21x存儲(chǔ)器中，也可以發(fā)送數(shù)據(jù)幀從STM32F20x的存儲(chǔ)器的發(fā)送緩存，位于STM32F20x存儲(chǔ)器的描述符指向這些緩存。

這里有兩個(gè)描述符列表：一個(gè)用于接收，一個(gè)用于發(fā)送。

DMA描述符如下圖，左邊是環(huán)形結(jié)構(gòu)，右邊是鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。

02DMA描述符

在ST提供的以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)庫stm32f2x7_eth.c中使用是鏈接結(jié)構(gòu)，鏈接結(jié)構(gòu)如下：

描述符注意事項(xiàng)：

1、一個(gè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包可以跨越一個(gè)或多個(gè)DMA描述符

2、一個(gè)DMA描述符只能用于一個(gè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包

3、DMA描述符列表中的最后一個(gè)描述符指向第一個(gè)，形成鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)!

描述符有分為增強(qiáng)描述符和常規(guī)描述符，我們只講常規(guī)描述符!因?yàn)槲覀兊木W(wǎng)絡(luò)例程只使用到了常規(guī)描述符。常規(guī)描述符和增強(qiáng)描述符的結(jié)構(gòu)體成員變量不同。常規(guī)描述符只使用了描述符的前4個(gè)成員變量。

注意：這里說的描述符，沒有硬件結(jié)構(gòu)，不是寄存器，它完全是純軟件的概念。

那么描述符怎么和硬件關(guān)聯(lián)的呢?

描述符的本質(zhì)就是我們自己用結(jié)構(gòu)體來實(shí)現(xiàn)這個(gè)描述符，然后將描述符的首地址寫入到【ETH_DMATDLAR】寄存器中，STM32就知道這片內(nèi)存是用來作為發(fā)送描述符了。

常規(guī)描述符和增強(qiáng)描述符又有發(fā)送描述符和接收描述符兩種。

下圖是常規(guī)TxDMA描述符：

TDES0主要用來表示描述符的狀態(tài)和控制信息。

TDES1表示該描述符緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的有效長度。

TDES2表示描述符緩沖區(qū)的地址，我們要發(fā)送的數(shù)據(jù)，就是放在這個(gè)地址所指向的內(nèi)存中。

TDES3表示下一個(gè)描述符的地址。

發(fā)送過程：

1、當(dāng)OWN位為0的時(shí)候，表示CPU可以將要發(fā)送的數(shù)據(jù)拷貝到描述符中，拷貝完成以后，我們手動(dòng)將描述符的OWN位設(shè)置為1，以此來告訴DMA控制器，我已經(jīng)拷貝完數(shù)據(jù)了，你可以從描述符中取出數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送了。

2、這時(shí)候DMA就會(huì)取出描述符中的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，DMA在操作完描述符以后，自動(dòng)將OWN位設(shè)置為0，告訴CPU，我DMA已經(jīng)發(fā)送完數(shù)據(jù)啦，你可以拷貝下一幀數(shù)據(jù)到描述符上了。

3、這個(gè)時(shí)候OWN為0了，重復(fù)步驟1

整個(gè)發(fā)送的過程就是這樣配合的。這樣DMA和CPU之間就不會(huì)搶占數(shù)據(jù)了。

DES 0中的位20 TCH：鏈接的第二個(gè)地址(Second address chained)

用來表示描述符中的第二個(gè)地址是用來保存下一個(gè)描述符地址還是第二個(gè)緩沖區(qū)的地址。

該位置1時(shí)，表示描述符中的第二個(gè)地址是下一個(gè)描述符地址，而非第二個(gè)緩沖區(qū)地址。也就是上ST使用的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。

常規(guī)RxDMA描述符如下

常規(guī)RxDMA描述符中RDES1的bit14用來表示描述符中的第二個(gè)地址是用來保存一個(gè)描述符地址還是第二個(gè)緩沖區(qū)的地址。

描述符在代碼中的表現(xiàn)，在stm32f2x7_eth.h文件中。

/**--------------------------------------------------------------------------**/ 
/**  
  * @brief                           DMA descriptors types 
  */  
/**--------------------------------------------------------------------------**/ 
 
/**  
  * @brief  ETH DMA Descriptors data structure definition 
  */  
typedef struct  { 
  __IO uint32_t   Status;                /*!< Status */ 
  uint32_t   ControlBufferSize;     /*!< Control and Buffer1, Buffer2 lengths */ 
  uint32_t   Buffer1Addr;           /*!< Buffer1 address pointer */ 
  uint32_t   Buffer2NextDescAddr;   /*!< Buffer2 or next descriptor address pointer */ 
/* Enhanced ETHERNET DMA PTP Descriptors */ 
#ifdef USE_ENHANCED_DMA_DESCRIPTORS 
  uint32_t   ExtendedStatus;        /* Extended status for PTP receive descriptor */ 
  uint32_t   Reserved1;             /* Reserved */ 
  uint32_t   TimeStampLow;          /* Time Stamp Low value for transmit and receive */ 
  uint32_t   TimeStampHigh;         /* Time Stamp High value for transmit and receive */ 
#endif /* USE_ENHANCED_DMA_DESCRIPTORS */ 
} ETH_DMADESCTypeDef; 

03ST提供的庫中描述符

ST官方以太網(wǎng)庫stm32f2x7中使用鏈接結(jié)構(gòu)的DMA描述符，那么在以太網(wǎng)描述符結(jié)構(gòu)體ETH_DMADESCTypeDef中Buffer1Addr就是緩沖區(qū)的地址，Buffer2NextDescAddr就是下一個(gè)描述符的地址，

如下圖。

在stm32f2x7_eth.c中定義了兩個(gè)DMA描述符數(shù)組，一個(gè)用于DMA接收，一個(gè)用于DMA發(fā)送，如下：

接收和發(fā)送描述的大小通過宏ETH_RXBUFNB和ETH_TXBUFNB來定義，默認(rèn)都為5。

我們知道以鏈接結(jié)構(gòu)太網(wǎng)描述符的Buffer1Addr成員用來存放緩沖區(qū)地址，那么數(shù)據(jù)緩沖區(qū)在哪里?這個(gè)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)也是定義為數(shù)組的，如下：

把他們聯(lián)系在一起的代碼，把描述符和緩沖區(qū)聯(lián)系起來，也就是下面的函數(shù)把描述符標(biāo)構(gòu)成鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)。

在ethernetif.c的low_level_init函數(shù)中

解析如下

全局描述符指針，用來記錄當(dāng)前使用的描述符

描述數(shù)據(jù)包的描述符(英文：用于保存最后一個(gè)接收的包描述符信息的結(jié)構(gòu)。)

結(jié)構(gòu)體

第一個(gè)表示數(shù)據(jù)包的第一個(gè)描述符，第二個(gè)表示數(shù)據(jù)包的最后一個(gè)描述符，第三個(gè)表示數(shù)據(jù)包描述符的個(gè)數(shù)。

最終的效果如下：

04FIFO

從STM32網(wǎng)絡(luò)控制器框圖中可以看到兩個(gè)2KB的FIFO，一個(gè)發(fā)送FIFO，一個(gè)接收FIFO。

發(fā)送FIFO

提供兩種FIFO數(shù)據(jù)模式用于幀傳輸

1. 閾值模式：當(dāng)達(dá)到閾值后，盡快傳輸數(shù)據(jù)。
2. Store-and-Forward mode：FIFO中會(huì)存儲(chǔ)一個(gè)完整的幀結(jié)構(gòu)。

STM32的發(fā)送FIFO采用Store-and-Forwardmode模式。

接收FIFO

接收FIFO采用Store-and-Forwardmode模式。