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SAM4E单片机之旅――22、GMAC和PHY的介绍与初始化

作者:时间:2018-08-01来源:网络收藏

网络的作用不用多说,而这次进行的工作即是对以太网过程中,需要用到的硬件部分进行初始化,也介绍了发送和接收数据的方法。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201808/384866.htm

由于较为复杂,所以使用了ASF框架。但是也会对用到的库函数的实现做一个介绍。

一、 MAC、PHY和MII

IEEE 802.3是现在常用的以太网标准,它定义了物理层(Physical Layer, PHY)和介质访问控制层(Media Access Control, MAC)的标准。另外,在OSI模型中,MAC则处于数据链路层的底层。

而在硬件实现上,M4使用的GMAC外设实现了802.3中MAC的功能。开发板携带型号为KSZ8051MNL的PHY芯片以及RJ45接口则实现了物理层的功能:

MAC和PHY之间交互的接口则是介质独立接口(Media Independent Interface,MII)。MII包含一个数据接口,以及一个管理接口(Management Data Input/Output ,MDIO)。由于PHY的接口是面向MAC的,所以我们需要通过MAC来对PHY进行管理及数据交互。

另外,更早制定的Ethernet II帧则是现在以太网传输中常使用的帧格式。

二、 GMAC的DMA缓冲区

GMAC使用了一个DMA接口。和M4的通用DMAC一样,它也可以自动进行多次传输,但是方式稍微有点区别。GMAC的DMA 对发送和接收使用不同的缓冲区列表,而缓冲区描述符列表是一个数组,而不是DMAC所使用的链表。数组的起始位置保存在寄存器(GMAC_RBQB、GMAC_TBQB)中,且缓冲区描述符中有一个字段(Wrap)指示其是否为数组中的最后一个描述符。如接收缓冲区:

在工作过程中,DMA会顺序访问每个缓冲区描述符,而在访问最后一个描述符时,就会重新开始遍历。

对于接收缓冲,列表中每一个缓冲区的长度是一样的,这个长度由DMA配置寄存器(GMAC_DCFGR)中的DRBS字段指定。在DMA将数据写入接收缓冲时,也会设置描述符相应的字段,以表明每帧的起始与结束;同时,也会标注相关的信息,如是否为广播帧等。

对于发送缓冲,其帧长度、是否需要添加CRC等控制信息也均在描述符中表示。在准备好数据后,向GMAC_NCR寄存器写入TSTART字段即可触发发送操作。

三、 使用ASF初始化GMAC

由于PHY是通过MAC访问的,所有在设置PHY前要完成GMAC的设置。

GMAC约有94个寄存器,其中约有40个为统计寄存器,约15个寄存器与1588和PTP相关,约15个寄存器与特殊地址和ID有关。另外,在有些状态寄存器中,需要向特定位写入1才会清除该位的状态。

使用的ASF模块为Ethernet GMAC,然后conf_eth.h中可以设置MAC地址,IP地址,子网掩码,网关以及缓冲区大小等参数。

然后调用gmac_dev_init( ) 函数即可对GMAC进行初始化:

pmc_enable_periph_clk(ID_GMAC);

// MAC地址

uint8_t mac_address[] =

{ ETHERNET_CONF_ETHADDR0, ETHERNET_CONF_ETHADDR1,

ETHERNET_CONF_ETHADDR2,ETHERNET_CONF_ETHADDR3,

ETHERNET_CONF_ETHADDR4, ETHERNET_CONF_ETHADDR5

};

// GMAC选项

gmac_options_t gmac_option;

gmac_option.uc_copy_all_frAME = 0; // 不拷贝所有帧

gmac_option.uc_no_bOArdcast = 0; // 不忽略广播

memcpy(gmac_option.uc_mac_addr,

mac_address, sizeof(mac_address)); //拷贝MAC地址

// GMAC驱动设置

gmac_device_t gmac_dev;

gs_gmac_dev.p_hw = GMAC; // 指定GMAC寄存器基址

// 初始化GMAC

gmac_dev_init(GMAC, gmac_dev, gmac_option);

gmac_dev_init(Gmac* p_gmac, gmac_device_t* p_gmac_dev, gmac_options_t* p_opt) 函数完成了以下的工作:

禁用发送接收,禁用GMAC所有中断;清除统计寄存器,以及发送接受状态寄存器。

设置GMAC_NCFGR寄存器。根据p_opt,判断是否拷贝所有帧,以及是否忽略广播。同时,追加GMAC_NCFGR_PEN 和 GMAC_NCFGR_IRXFCS位。(我觉得这里应该是个BUG,从其注释判断需要追加的应该是GMAC_NCFGR_RFCS位)

设置好DMA缓冲,然后调用gmac_init_mem( ) 对缓冲区描述符等进行初始化。这个函数里也会使能发送和接收,同时也会启用一系列的中断。设置完成后,DMA缓冲的信息将储存在p_gmac_dev中。

将MAC地址写入特别地址寄存器1。

四、 PHY的地址

在MDIO通信过程中,每个PHY都会有一个4位的地址。而开发板携带的KSZ8051MNL芯片,可以在上电或复位时,根据引脚设置地址的低3位:

在开发板中,上电时PHYAD[2:0]的值为001,即其地址为0x1。

特别指出,地址0可作为该芯片的广播地址,而开发板也做了这样的配置。另外,在ASF中,错误地将PHY的地址定义成了0。这样能正确工作的原因仅是0为广播地址,而开发板只有一个PHY芯片。严谨起见,将这个地址修改为正确的值:

#ifdef BOARD_GMAC_PHY_ADDR

#undef BOARD_GMAC_PHY_ADDR

#endif

#define BOARD_GMAC_PHY_ADDR 1

五、 在ASF中使用PHY

使用的模块为Ethernet Physical Transceiver。需要在conf_board.h 中声明宏:

/* 使用 ETH PHY: KSZ8051MNL */

#define CONF_BOARD_KSZ8051MNL

初始化。

在PHY上电后,需要等待一段时间让其运行稳定。之后就可以对其进行初始化了:

if (ethernet_phy_init(GMAC, BOARD_GMAC_PHY_ADDR,sysclk_get_cpu_hz())

!= GMAC_OK) {

puts(PHY Initialize ERROR!r);

return -1;

}

在该ethernet_phy_init( ) 函数中,完成了以下工作:

设置MDIO的时钟MDC。

通过MDIO向PHY发送重置命令。

检查地址是否正确。检查的逻辑是先读取PHY的PHYID1的内容,再判断读出的内容是否正确。KSZ8051MNL芯片中,该寄存器的值是0x22。

如果地址无效的话,因为MDIO有效地址只有32个,就遍历这些地址。然后使用检查出的新地址重新发送一次重置命令。

如果初始化成功,则返回GMAC_OK。

自协商。

然后需要让PHY协商通信速率、双工模式:

ethernet_phy_auto_negotiate(GMAC, BOARD_GMAC_PHY_ADDR);

if (ethernet_phy_set_link(GMAC, BOARD_GMAC_PHY_ADDR, 0)

!= GMAC_OK) {

puts(Set link ERROR!r);

return -1;

}

ethernet_phy_auto_negotiate() 函数就会完成PHY的协商工作,然后根据协商的结果设置GMAC的速率、双工模式。ethernet_phy_set_link() 函数则会检查链路的状态,同时可以根据参数(第3个)应用PHY的自协商结果至GMAC中。

中断处理。

ASF的GMAC模块需要获取相关的中断,以进行相关的工作:如更新发送缓冲区描述符相关的信息,或是调用用户定义的回调函数等。

// 需要在NVIC中启用相关中断

void GMAC_Handler(void)

{

gmac_handler(gs_gmac_dev);

}

数据接收。

先准备好一个缓冲,然后就可以调用gmac_dev_read() 读取出接收到的帧的内容。

//#define GMAC_FRAME_LENTGH_MAX 1536

uint8_t eth_buffer[GMAC_FRAME_LENTGH_MAX];

uint32_t frm_size;

gmac_dev_read(gmac_dev, (uint8_t *) eth_buffer,

sizeof(eth_buffer), frm_size);

数据发送。

gmac_dev_write(gmac_dev, (uint8_t *)eth_buffer, frm_size, NULL);

通过该函数即可使用GMAC发送数据,第4个参数是发送完成后的回调函数。该回调函数时是在gmac_handler() 中被调用的。



关键词: 通信

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