CKS32F4xx系列ETH通信详解

CKS32F4xx系列芯片自带以太网模块，该模块包括带专用DMA控制器的MAC 802.3（介质访问控制）控制器，支持介质独立接口(MII)和简化介质独立接口(RMII)，并自带了一个用于外部PHY通信的SMI接口，通过一组配置寄存器，用户可以为MAC控制器和DMA控制器选择所需模式和功能。

自带以太网模块特点包括：

·支持外部PHY接口，实现10M/100Mbit/s的数据传输速率；

·通过符合IEEE802.3的MII/RMII接口与外部以太网PHY进行通信；

·支持全双工和半双工操作；

·可编程帧长度，支持高达16KB巨型帧；

·可编程帧间隔（40~96位时间，以8为步长）；

·支持多种灵活的地址过滤模式；

·通过SMI（MDIO）接口配置和管理PHY设备；

·支持以太网时间戳（参见IEEE1588-2008），提供64位时间戳；

·提供接收和发送两组FIFO；

·支持DMA。

以太网主要功能及框图

图1 ETH框图

从上图可以看出，CKS32F4xx系列必须外接PHY芯片，才可以完成以太网通信的，外部PHY芯片可以通过MII/RMII接口与CKS32F4xx系列内部MAC连接，并且支持SMI（MDIO&MDC）接口配置外部以太网PHY芯片。

SMI接口，即站管理接口，该接口允许应用程序通过2条线：时钟(MDC)和数据线(MDIO)访问任意PHY寄存器。该接口支持访问多达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。 MII接口，即介质独立接口，用于MAC层与PHY层进行数据传输。CKS32F4xx系列通过MII与PHY层芯片的连接如图2所示：

图2 介质独立接口信号

MII_TX_CLK：连续时钟信号。该信号提供进行TX数据传输时的参考时序。标称频率为：速率为10Mbit/s时为2.5MHz；速率为100Mbit/s时为25MHz。

·MII_RX_CLK：连续时钟信号。该信号提供进行RX数据传输时的参考时序。标称频率为：速率为10Mbit/s时为2.5MHz；速率为100Mbit/s时为25MHz。

·MII_TX_EN：发送使能信号。

·MII_TXD[3:0]：数据发送信号。该信号是4个一组的数据信号，

·MII_CRS：载波侦听信号。

·MII_COL：冲突检测信号。

·MII_RXD[3:0]：数据接收信号。该信号是4个一组的数据信号。

·MII_RX_DV：接收数据有效信号。

·MII_RX_ER：接收错误信号。该信号必须保持一个或多个周期(MII_RX_CLK)，从而向MAC子层指示在帧的某处检测到错误。

RMII接口，即精简介质独立接口，该接口降低了在10/100Mbit/s下微控制器以太网外设与外部PHY间的引脚数。

根据IEEE 802.3u标准，MII包括16个数据和控制信号的引脚。RMII规范将引脚数减少为7个。

RMII接口是MAC和PHY之间的实例化对象。这有助于将MAC的MII转换为RMII。

RMII具有以下特性：

·支持10Mbit/s和100Mbit/s的运行速率；

·参考时钟必须是50MHz；

·相同的参考时钟必须从外部提供给MAC和外部以太网PHY；

·它提供了独立的2位宽（双位）的发送和接收数据路径； CKS32F4xx系列通过RMII接口与PHY层芯片的连接如图3所示：

图3 精简介质独立接口信号

从上图可以看出RMII相比MII，引脚数量精简了不少。注意，图中的REF_CLK信号，是RMII和外部PHY共用的50Mhz参考时钟，必须由外部提供，比如有源晶振，或者CKS32F4xx系列的MCO输出。不过有些PHY芯片可以自己产生50Mhz参考时钟，同时提供给CKS32F4xx系列，这样也是可以的。

LWIP简介

LWIP是瑞典计算机科学院(SICS)的Adam Dunkels等开发的一个小型开源的TCP/IP协议栈，是TCP/IP的一种实现方式。LWIP是轻量级IP协议，有无操作系统的支持都可以运行，LWIP实现的重点是在保持TCP协议主要功能的基础上减少对RAM的占用，它只需十几KB的RAM和40K左右的ROM就可以运行，这使LWIP协议栈适合在低端的嵌入式系统中使用。该部分功能移植由于内容较多，请自行参考相关移植材料，本文不做叙述。

LAN8720A通讯

本章我们采用RMII接口和外部PHY芯片连接，实现网络通信功能。LAN8720A是低功耗的10/100M以太网PHY层芯片，I/O引脚电压符合IEEE802.3-2005标准，支持通过RMII接口与以太网MAC层通信，内置10-BASE-T/100BASE-TX全双工传输模块，支持10Mbps和100Mbps，可以通过自协商的方式与目的主机最佳的连接方式(速度和双工模式)，支持HP Auto-MDIX自动翻转功能，无需更换网线即可将连接更改为直连或交叉连接。

审核编辑：刘清