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第3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。
4.1初学者重要提示
4.2什么是MAC
4.3 MAC地址
4.4 STM32自带MAC基础知识
4.5以太网PHY基础知识
4.6总结
3.1 初学者重要提示
- 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。
- 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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3.2 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。
3.3 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。
3.4 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。
3.5 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。
3.6 总结
本章节就为大家讲解这么多，主要是为后面移植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。