STM32网络之SMI接口

01、以太网简介

STM32F20X和STM32F21的以太网外设可接受和发送数据按照IEE802.3-2002标准。

以太网提供一个完整的、灵活的外设去满足不同应用和要求。它支持与外部相连(PHY)的两个标准的工业接口：默认情况使用在IEEE802.3规范中定义的独立介质接口(MII)和精简介质独立接口(RMII)。它可以被用于大量的需求，例如开关(交换机)、网络接口卡等等。

以太网满足下列标准：

● IEEE 802.3-2002，用于以太网MAC。

● IEEE 1588-2008 标准，用于规定联网时钟同步的精度。

● AMBA 2.0，用于AHB 主/从端口。

● RMII 联盟的 RMII规范。

关于以太网的TCP/IP协议簇之前也是有讲解的。

《以太网数据包架构》

《5000字“肝”了这篇IP协议》

《1万字30张图说清TCP协议》

《UDP协议详解》

 

02、STM32F207的ETH介绍

STM32F207支持MII接口和RMII接口。STM32F207以太网外设包括一个MAC802.3（介质访问控制）和一个DMA控制器。它默认情况下支持MII和RMII接口，通过一个选择位进行切换(参考SYSCFG_PMC寄存器)。

DMA控制器通过AHB主从接口和内核与内存相连。AHB主接口控制数据传输，AHB从接口用于访问控制和状态寄存器(CSR)空间。

在MAC内核发送数据之前，数据经过DMA的方式发送到FIFO中缓存。同样的，接收FIFO存储通过线路收到的以太网数据帧，直到这些数据帧通过DMA被传输到系统内存。

以太网外设也包括一个SMI，用于和外部PHY通讯。通过一组寄存器的配置，用户可以选择MAC和DMA控制器的不同模式和功能。

当使用以太网时，AHB时钟必须至少25MHZ。

下面是ETH的框图

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关于AHB的连接信息：

区域1：我们称为SMI接口，用于配置外部PHY芯片。

区域2：是数据交换接口，也就是上面我们说的MII接口和RMII接口。

03、SMI接口

3.1、站管理接口：SMI

站管理接口允许任何PHY寄存器请求通过2线时钟和数据线。这个接口支持最多到32个PHY。

应用程序可以从 32个 PHY中选择一个PHY，然后从任意PHY 包含的32 个寄存器中选择一个寄存器，发送控制数据或接收状态信息。任意给定时间内只能对一个PHY 中的一个寄存器进行寻址。

MDC 时钟线和 MDIO数据线在微控制器中均用作复用功能I/O：

MDC：周期性时钟，提供以最大频率2.5 MHz 传输数据时的参考时序。MDC的最短高电平时间和最短低电平时间必须均为160 ns。MDC的最小周期必须为400 ns。在空闲状态下，SMI管理接口将 MDC时钟信号驱动为低电平。

MDIO：数据输入/输出比特流，用于通过MDC 时钟信号向/从PHY 设备同步传输状态信息。

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3.2、SMI帧结构

下图给出了读操作和写操作帧结构，位传输必须要求从左到右。

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Preamble（32bit前导符）：每个传输(读或者写)都必须以前导符开始，前导符是MDIO线上连续的32个逻辑’1’信号，和对应MDC线上的32个时钟信号。这部分信号用于和PHY设备建立同步。

Start（起始符）：帧的起始符定义为’01’，也就是MDIO线从逻辑’1’降到’0’再回到’1’，以标记传输的。

开始。

Operation（操作符）：用于定义操作的类型：读或者写。

PADDR：PHY的地址有5位，可以区分32个PHY。高位先被发送和接收。

RADDR：寄存器的地址有5位，可以寻址32个独立的寄存器。高位先被发送和接收。

TA：2位的转向符，插在RADDR和数据(DATA)之间，用于避免读操作时发生冲突。读操作时，在TA的这2位时间内，MAC控制器保持MDIO线的高阻状态，PHY设备则先保持1位的高阻状态，在第2位时输出’0’信号。写操作时，在TA的这2位时间内，MAC控制器驱动MDIO线输出’10’信号，而PHY设置则保持高阻状态。

DATA(数据)：16位的数据域。最先发送和接收的是ETH_MIID寄存器的第15位。

空闲位：MDIO线保持在高阻状态。取消所有的三态驱动，由PHY的上拉电阻保证MDIO线处于逻辑’1’。

3.3、SMI写操作

当应用程序设置了MII写和忙位（以太网MACMII地址寄存器（ETH_MACMIIAR）），SMI接口会向PHY传 送 PHY地 址 和 PHY寄 存 器 地 址 ，然 后 传 输 数 据 （以 太 网 MAC MII 数据 寄 存器（ETH_MACMIIDR））。在SMI接口传输数据的过程中，不能修改MII地址寄存器和MII数据寄存器的内容；在此过程中（忙位为高），对MII地址寄存器或MII数据寄存器的写操作将被忽视，并且不影响整个传输的正确完成。当完成写操作时，SMI接口将清除忙位，告知应用程序。

下图描述了写操作时的帧格式。

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3.4、SMI读操作

当程序把以太网MACMII地址寄存器（ETH_MACMIIAR）的MII忙位置为’1’，而保持MII写位为’0’，SMI接口则发送PHY地址和PHY寄存器地址，执行读PHY寄存器的操作。在整个传输过程中，应用程序不能修改MII地址寄存器和MII数据寄存器的内容。在传输过程中（忙位为高），对MII地址寄存器或者MII数据寄存器的写操作将被忽视，并且不影响整个传输的正确完成。在读操作完成后，SMI接口将清除忙位，并把从PHY读回的数据更新到MII数据寄存器中。

下图描述了读操作的帧格式

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3.5、SMI时钟选择

MAC 启动管理写/读操作。SMI时钟是一个分频时钟，其时钟源为应用时钟（AHB时钟）。分频系数取决于MII地址寄存器中设置的时钟范围。这里既然说到了时钟，就再次提一下上文提到的内容：当使用以太网时，AHB时钟必须至少25MHZ。

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04、代码

STM32的网口的SMI接口初始化是十分简单的。

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);

因为SMI接口需要MAC配合，所以需要是使能MAC的时钟。

RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_ETH_MAC |RCC_AHB1Periph_ETH_MAC_Tx |RCC_AHB1Periph_ETH_MAC_Rx, ENABLE);

SMI接口的读函数和写函数。

uint16_t 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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