智多晶EthMAC IP介绍

以太网MAC层(Media Access Control Layer，媒体接入控制层)是计算机网络中数据链路层(Data Link Layer)的一个子层，它定义了设备如何访问和控制共享的物理介质(如以太网电缆)。

以太网MAC层在网络通信中具有极其重要的作用和价值，它实现了物理介质的高效共享，设备级的寻址能力，确保了数据的可靠传输，通过错误检测与纠正机制提高了网络的稳定性，同时支持多种网络拓扑和设备，是网络通信的坚实的基础。

 

智多晶EthMAC IP

EthMAC是西安智多晶微电子有限公司在2024年基于IEEE802.3-2008 协议clause 3章节开发的通信IP。

IP的用户接口为AXI-Stream，APB3和中断信号，其中AXI-Stream接口用于以太网数据包的收发，APB3和中断接口用于寄存器配置，状态读取等操作。EthMAC的网络侧采用GMII接口，可以直连GMII接口，也可通过PHY接口适配模块转换为目标接口（例如RGMII），从而适配不同的网络phy芯片。

EthMAC IP特性

1 STREAM和CONTROLLER两种工作模式

2 支持正常模式和环回模式（用于测试）

3 支持Inband FCS模式

4 支持Jumbo帧

5 支持VLAN帧

6 支持接收帧过滤

7 支持流控

8 支持精准流控

9 支持地址过滤调试模式

10 支持收发帧类别和错误统计

帧类别和错误统计

EthMAC IP中实现了细致的帧信息统计和错误统计，完全用硬件实现监控与统计，供寄存器读取，可用于网络链路状态评估与分析。

帧类别统计包括：

所有成功帧的收发统计（以长度分段），广播帧的收发统计，多播帧的收发统计，控制帧的收发统计，暂停帧的收发统计，VLAN帧的收发统计。

错误统计包括：

接收FCS错误统计，Length/Type超范围错误统计，不支持的opcode帧错误统计，rxbuf overflow错误统计，发送underrun帧错误统计。

流控和精准流控

EthMAC支持流控功能。开启流控支持后，RX端可识别流控帧，TX端在RX收到流控帧后，自动暂停的发送，避免对端设备因无法及时处理消息包导致缓存爆掉的情况。

精准流控是在流控基础上实现的高级功能。启用精准流控后，会记录发送流控帧设备的源地址，TX端只对目标地址与记录的流控源地址匹配的网络包暂停发送，不影响发向其它目标地址的网络包。

接收帧目的地址过滤

和地址过滤调试模式

接收帧目的地址过滤功能相当于白名单。在寄存器中配置，可实现多组MAC源地址以及对应的bit mask。从而实现规则复杂的白名单过滤功能，可用于设备节点在网络中对仅来自期望节点设备消息的响应，简化节点设备的设计难度。

地址过滤调试模式功能对MAC调试场景非常有用，相当于黑名单。由于操作系统会主动向网络发出基于PC MAC源地址的小数据包，在PC上使用Wireshark等软件对IP进行调测时，待测网络节点会收到来自操作系统自动发送的“干扰”网络包。启用调试模式后，EthMAC会自动滤除源地址值与配置值（PC网卡MAC地址）相同的数据包，从而排除来自操作系统的不可控干扰，只接收来自Wireshark的网络包。启用调试模式后，EthMAC会自动滤除源地址值与配置值相同的数据包。

EthMAC IP配置与使用

打开IP

第一步，使用HqFpga v3版本软件，创建或打开一个工程。

第二步，在已打开的工程中，点击“IP管理”图标。

第三步，在IP管理器“IP Creator”--通讯与网络类下找到EthMAC IP，双击打开EthMAC IP配置界面。

 

配置IP

EthMAC IP的配置界面非常清晰。分为“功能配置”，“目的地址过滤配置”，“调试选项”三大块。

功能配置部分用于配置VLAN帧，JUMBO帧，流控功能的功能使能。

目的地址过滤器配置部分用于配置4个地址过滤器是否启用。

调试选项配置用于开关调试模式以及输入调试模式下的黑名单MAC源地址。

以上功能配置都会影响IP占用的FPGA逻辑资源，关闭功能的时候相关的逻辑资源可以节省。这些功能的开关配置并不影响用户接口，只影响逻辑功能和资源，建议用户配置的时候按需开启。

EthMAC应用子系统

EthMAC系统连接

如上图，这是一个非常典型的使用EthMAC 子系统框图。MCU/CONTROLLER主要用于EthMAC的寄存器配置，可以使用智多晶提供的CM3/STAR/Tiny-SoC IP。以太网用户数据包即可走用户逻辑，也可以走MCU/CONTROLLER，取决于业务的应用需求和实现方案。

APB3总线挂载

需注意，EthMAC IP的APB3接口地址位宽只有10bit，是去掉了设备基地址部分的纯寄存器偏移地址部分。因此在挂载APB总线的时候需要增加一个基地址解码逻辑，接到APB3接口的s_apb_sel信号上。

以这种方式，用户可以非常灵活的自定义设备基地址，以及在总线上同时挂载多个APB设备，见下图。

典型应用场景

1）网络设备（网卡，交换机，路由器）。

2）通过CPU和软件协议栈为SoC实现TCP/IP网络通讯。

3）通过用户逻辑实现UDP网络通讯（网络相机、工业相机、LED显控，网络数据采集卡）。

4）通过MCU和用户逻辑实现TCP/IP和UDP的混合通讯（网络相机、工业相机、LED显控，网络数据采集卡）。适用于网络中即有控制主机（TCP/IP）又有点对点流数据（UDP）的场景。

5）基于MAC层之上的用户自定义协议设备通讯（医疗设备，汽车电子）。

设计资源

EthMAC IP用户文档已随IP发布，可通过以下2个方式获得。

1）在EthMAC IP界面左下角，点击“用户指南”可以直接打开EthMAC IP的用户指南（UserGuide）pdf文件。

2）通过UG00031_EthMAC_IP用户指南直接在智多晶官网下载EthMAC IP的用户指南（UserGuide）pdf文件。

其它相关设计资源后期会陆续通过官网发布，欢迎关注。有任何疑问请通过智多晶公众号或FAE与我们联系。