LPC1768以太网控制器

LPC1768以太网控制器 2012-12-18 17:16:54

分类：嵌入式

LPC1768以太网控制器

本文记录LPC1768的以太网控制器学习使用心得。网卡芯片以DP83848C为例。主芯片内的以太网控制器（EMAC）位于ISO模型中的数据链路层，而外围网卡（PHY）位于ISO模型中的物理层。这两者通过RMII（简化的媒体独立接口）连接这样就可以一个简单的以太网通信了。下面通过分析函数来了解相应的知识。分析LPC1768的例程。

<一>、控制器初始化函数。

Status EMAC_Init(EMAC_CFG_Type *EMAC_ConfigStruct)

{

/* Initialize the EMAC Ethernet controller. */

int32_t regv,tout, tmp;

/* Set up clock and power for Ethernet module */

CLKPWR_ConfigPPWR (CLKPWR_PCONP_PCENET, ENABLE); //(1)打开以太网控制器

/* Reset all EMAC internal modules */

LPC_EMAC->MAC1 = EMAC_MAC1_RES_TX | EMAC_MAC1_RES_MCS_TX | EMAC_MAC1_RES_RX |

EMAC_MAC1_RES_MCS_RX | EMAC_MAC1_SIM_RES | EMAC_MAC1_SOFT_RES; //(2)置位MAC1配置寄存器中的一些位。

LPC_EMAC->Command = EMAC_CR_REG_RES | EMAC_CR_TX_RES | EMAC_CR_RX_RES | EMAC_CR_PASS_RUNT_FRM;//(3)复位控制命令寄存器

/* A short delay after reset. */

for (tout = 100; tout; tout--);

/* Initialize MAC control registers. */

LPC_EMAC->MAC1 = EMAC_MAC1_PASS_ALL; //允许所有的帧信息传送，包括常规帧和控制帧，使能接收功能时生效

LPC_EMAC->MAC2 = EMAC_MAC2_CRC_EN | EMAC_MAC2_PAD_EN; //允许填充短帧，添加CRC

LPC_EMAC->MAXF = EMAC_ETH_MAX_FLEN; //帧最大长度为1536

* Find the clock that close to desired target clock

tmp = SystemCoreClock / EMAC_MCFG_MII_MAXCLK;

for (tout = 0; tout < sizeof (EMAC_clkdiv); tout++){

if (EMAC_clkdiv[tout] >= tmp) break;

}

tout++;

// Write to MAC configuration register and reset

LPC_EMAC->MCFG = EMAC_MCFG_CLK_SEL(tout) | EMAC_MCFG_RES_MII; //设置MII的AHB总线时钟分频数，复位MII

// release reset

LPC_EMAC->MCFG &= ~(EMAC_MCFG_RES_MII); //释放MII复位

LPC_EMAC->CLRT = EMAC_CLRT_DEF; // 设置冲突后重发次数和冲突时间槽

LPC_EMAC->IPGR = EMAC_IPGR_P2_DEF; //设置非连续包时间间隔

/* Enable Reduced MII interface. */

LPC_EMAC->Command = EMAC_CR_RMII | EMAC_CR_PASS_RUNT_FRM; //将MAC设置为RMII模式并设置可接收短帧

/* Reset Reduced MII Logic. */

LPC_EMAC->SUPP = EMAC_SUPP_RES_RMII; //未定义?

for (tout = 100; tout; tout--);

LPC_EMAC->SUPP = 0; //PHY支持寄存器,操作速率将为10M(10/100M)

/* Put the DP83848C in reset mode */

write_PHY (EMAC_PHY_REG_BMCR, EMAC_PHY_BMCR_RESET); //（4）

/* Wait for hardware reset to end. */

for (tout = EMAC_PHY_RESP_TOUT; tout; tout--) {

regv = read_PHY (EMAC_PHY_REG_BMCR);

if (!(regv & (EMAC_PHY_BMCR_RESET | EMAC_PHY_BMCR_POWERDOWN))) {

/* Reset complete, device not Power Down. */

break;

}

if (tout == 0){

// Time out, return ERROR

return (ERROR);

}

// Set PHY mode

if (EMAC_SetPHYMode(EMAC_ConfigStruct->Mode) < 0){ //(5)设置PHY模式，mode为自动模式

return (ERROR);

}

// Set EMAC address

setEmacAddr(EMAC_ConfigStruct->pbEMAC_Addr); //设置MAC地址

/* Initialize Tx and Rx DMA Descriptors */

rx_descr_init (); //(6)

tx_descr_init (); //发射通道初始化，同理6

// Set Receive Filter register: enable broadcast and multicast

LPC_EMAC->RxFilterCtrl = EMAC_RFC_MCAST_EN | EMAC_RFC_BCAST_EN | EMAC_RFC_PERFECT_EN;

//RxFilterCtrl接收过滤控制寄存器，接收多播帧，接收广播帧，接收和MAC地址相同的帧

/* Enable Rx Done and Tx Done interrupt for EMAC */

LPC_EMAC->IntEnable = EMAC_INT_RX_DONE | EMAC_INT_TX_DONE; //使能接收中断和发送中断

/* Reset all interrupts */

LPC_EMAC->IntClear = 0xFFFF; //清除中断

/* Enable receive and transmit mode of MAC Ethernet core */

LPC_EMAC->Command |= (EMAC_CR_RX_EN | EMAC_CR_TX_EN); //接收使能，发送使能

LPC_EMAC->MAC1 |= EMAC_MAC1_REC_EN; //MAC寄存器中接收使能

return SUCCESS;

}

(1)CLKPWR_ConfigPPWR函数将设置外设功率控制寄存器（PCONP），以打开或者关闭相应的外设的时钟源。

(2)复位的这些位定义如下，

#define EMAC_MAC1_RES_TX 0x00000100 /**< Reset TX Logic该位置位将使发送功能逻辑进入复位状态*/

#define EMAC_MAC1_RES_MCS_TX 0x00000200 /**< Reset MAC TX Control Sublayer，MAC层的发送逻辑复位MCS执行流控制*/

#define EMAC_MAC1_RES_RX 0x00000400 /**< Reset RX Logic该位置位将使接受功能逻辑进入复位状态*/

#define EMAC_MAC1_RES_MCS_RX 0x00000800 /**< Reset MAC RX Control Sublayer，MAC层的接受逻辑复位MCS执行流控制*/

#define EMAC_MAC1_SIM_RES 0x00004000 /**< Simulation Reset发送功能中的随机数发生器复位*/

#define EMAC_MAC1_SOFT_RES 0x00008000 /**< Soft Reset MAC 将使MAC中的除主机接口的所有状态复位*/

(3)定义如下

#define EMAC_CR_REG_RES 0x00000008 /**< Reset Host Registers 所有的通道和和主机寄存器都复位*/

#define EMAC_CR_TX_RES 0x00000010 /**< Reset Transmit Datapath 复位发送通道 */

#define EMAC_CR_RX_RES 0x00000020 /**< Reset Receive Datapath 复位接收通道*/

#define EMAC_CR_PASS_RUNT_FRM 0x00000040 /**< Pass Runt Frames 接收短帧功能 */

(4)这个函数是写数据到外部网卡（PHY）的。

static int32_t write_PHY (uint32_t PhyReg, uint16_t Value) //PhyReg，PHY中寄存器地址 value，值

{

/* Write a data 'Value' to PHY register 'PhyReg'. */

uint32_t tout;

LPC_EMAC->MADR = EMAC_DEF_ADR | PhyReg; //EMAC_DEF_ADR是默认的PHY(最多可控制32个PHY)。MADR里包含哪个PHY哪个寄存器

LPC_EMAC->MWTD = Value; //寄存器的值

/* Wait until operation completed */

tout = 0;

for (tout = 0; tout < EMAC_MII_WR_TOUT; tout++) { //等待操作结束

if ((LPC_EMAC->MIND & EMAC_MIND_BUSY) == 0) {

return (0);

}

// Time out!

return (-1);

}

(5)

int32_t EMAC_SetPHYMode(uint32_t ulPHYMode)

{

int32_t id1, id2, tout, regv;

/* Check if this is a DP83848C PHY. */

id1 = read_PHY (EMAC_PHY_REG_IDR1); //读出PHY芯片的ID

id2 = read_PHY (EMAC_PHY_REG_IDR2);

#ifdef MCB_LPC_1768

if (((id1 << 16) | (id2 & 0xFFF0)) == EMAC_DP83848C_ID) { //ID是DP8384的ID

switch(ulPHYMode){ //根据参数进入相应的部分设置PHY

case EMAC_MODE_AUTO:

write_PHY (EMAC_PHY_REG_BMCR, EMAC_PHY_AUTO_NEG); //设置PHY的Base Control寄存器的位为自动选择传输速率和方式

#elif defined(IAR_LPC_1768) /* Use IAR LPC1768 KickStart board */

if (((id1 << 16) | id2) == EMAC_KSZ8721BL_ID) {

/* Configure the PHY device */

switch(ulPHYMode){

case EMAC_MODE_AUTO:

/* Use auto-negotiation about the link speed. */

write_PHY (EMAC_PHY_REG_BMCR, EMAC_PHY_AUTO_NEG);

// write_PHY (EMAC_PHY_REG_BMCR, EMAC_PHY_BMCR_AN);

#endif

/* Wait to complete Auto_Negotiation */

for (tout = EMAC_PHY_RESP_TOUT; tout; tout--) {

regv = read_PHY (EMAC_PHY_REG_BMSR);

if (regv & EMAC_PHY_BMSR_AUTO_DONE) {

/* Auto-negotiation Complete. */

break;

}

if (tout == 0){

// Time out, return error

return (-1);

}

break;

case EMAC_MODE_10M_FULL:

/* Connect at 10MBit full-duplex */

write_PHY (EMAC_PHY_REG_BMCR, EMAC_PHY_FULLD_10M);

break;

case EMAC_MODE_10M_HALF:

/* Connect at 10MBit half-duplex */

write_PHY (EMAC_PHY_REG_BMCR, EMAC_PHY_HALFD_10M);

break;

case EMAC_MODE_100M_FULL:

/* Connect at 100MBit full-duplex */

write_PHY (EMAC_PHY_REG_BMCR, EMAC_PHY_FULLD_100M);

break;

case EMAC_MODE_100M_HALF:

/* Connect at 100MBit half-duplex */

write_PHY (EMAC_PHY_REG_BMCR, EMAC_PHY_HALFD_100M);

break;

default:

// un-supported

return (-1);

}

// It's not correct module ID

else {

return (-1);

}

// Update EMAC configuration with current PHY status

if (EMAC_UpdatePHYStatus() < 0){ //这个函数会读取PHY中的0x10寄存器来查出现在PHY的速率和传输方式，来设置MAC的速率和传输方式

return (-1);

}

// Complete

return (0);

}

(6)

static void rx_descr_init (void)

{

/* Initialize Receive Descriptor and Status array. */

uint32_t i;

for (i = 0; i < EMAC_NUM_RX_FRAG; i++) {

Rx_Desc[i].Packet = (uint32_t)&rx_buf[i]; //<1>

Rx_Desc[i].Ctrl = EMAC_RCTRL_INT | (EMAC_ETH_MAX_FLEN - 1); //控制字段

Rx_Stat[i].Info = 0;

Rx_Stat[i].HashCRC = 0;

}

/* Set EMAC Receive Descriptor Registers. */

LPC_EMAC->RxDescriptor = (uint32_t)&Rx_Desc[0]; //RxDescriptor保存接收描述符数组的基地址(最低地址)

LPC_EMAC->RxStatus = (uint32_t)&Rx_Stat[0]; //RxStatus

LPC_EMAC->RxDescriptorNumber = EMAC_NUM_RX_FRAG - 1; //接收描述符数目寄存器

/* Rx Descriptors Point to 0 */

LPC_EMAC->RxConsumeIndex = 0; //接收消耗索引，它与RxProductIndex(接收生产索引)组成环状缓存形式

}

<1>rx_buf是一个二维数组，4个接收数据数组，每个1536字节

如：static uint32_t rx_buf[EMAC_NUM_RX_FRAG][EMAC_ETH_MAX_FLEN>>2];

小结总结：EMAC_Init函数初始化了了以太网模块中的各个寄存器并通过其设置了外部的PHY，为收发数据做好了准备。

<二>

之后程序打开了设置了各个变量后，调用函数

void DoNetworkStuff(void)

{

if (CheckFrameReceived()) // 函数将检查RxConsumeIndex和RxProductIndex是否相等来判断是否有数据来

{

if (IsBroadcast()) { //（1）

ProcessEthBroadcastFrame(); //广播消息的处理

} else {

ProcessEthIAFrame(); //处理ARP帧和IP帧，本文不深入协议部分。

}

EndReadFrame(); //设置消耗索引RxConsumeIndex，即++，若索引到尽头，因为是环形缓冲，所以索引置0

}

if (TCPFlags & TCP_TIMER_RUNNING)

if (TCPFlags & TIMER_TYPE_RETRY)

{

if (TCPTimer > RETRY_TIMEOUT)

{

TCPRestartTimer(); // set a new timeout

if (RetryCounter)

{

TCPHandleRetransmission(); // resend last frame

RetryCounter--;

}

else

{

TCPStopTimer();

TCPHandleTimeout();

}

else if (TCPTimer > FIN_TIMEOUT)

{

TCPStateMachine = CLOSED;

TCPFlags = 0; // reset all flags, stop retransmission...

SocketStatus &= SOCK_DATA_AVAILABLE; // clear all flags but data available

}

switch (TCPStateMachine)

{

case CLOSED :

case LISTENING :

{

if (TCPFlags & TCP_ACTIVE_OPEN) // stack has to open a connection?

if (TCPFlags & IP_ADDR_RESOLVED) // IP resolved?

if (!(TransmitControl & SEND_FRAME2)) // buffer free?

{

TCPSeqNr = ((unsigned long)ISNGenHigh << 16) | (SysTick->VAL & 0xFFFF); // NXP: changed from T0TC to SysTick->VAL;

// set local ISN

TCPUNASeqNr = TCPSeqNr;

TCPAckNr = 0; // we don't know what to ACK!

TCPUNASeqNr++; // count SYN as a byte

PrepareTCP_FRAME(TCP_CODE_SYN); // send SYN frame

LastFrameSent = TCP_SYN_FRAME;

TCPStartRetryTimer(); // we NEED a retry-timeout

TCPStateMachine = SYN_SENT;

}

break;

}

case SYN_RECD :

case ESTABLISHED :

{

if (TCPFlags & TCP_CLOSE_REQUESTED) // user has user initated a close?

if (!(TransmitControl & (SEND_FRAME2 | SEND_FRAME1))) // buffers free?

if (TCPSeqNr == TCPUNASeqNr) // all data ACKed?

{

TCPUNASeqNr++;

PrepareTCP_FRAME(TCP_CODE_FIN | TCP_CODE_ACK);

LastFrameSent = TCP_FIN_FRAME;

TCPStartRetryTimer();

TCPStateMachine = FIN_WAIT_1;

}

break;

}

case CLOSE_WAIT :

{

if (!(TransmitControl & (SEND_FRAME2 | SEND_FRAME1))) // buffers free?

if (TCPSeqNr == TCPUNASeqNr) // all data ACKed?

{

TCPUNASeqNr++; // count FIN as a byte

PrepareTCP_FRAME(TCP_CODE_FIN | TCP_CODE_ACK); // we NEED a retry-timeout

LastFrameSent = TCP_FIN_FRAME; // time to say goodbye...

TCPStartRetryTimer();

TCPStateMachine = LAST_ACK;

}

break;

}

if (TransmitControl & SEND_FRAME2)

{

RequestSend(TxFrame2Size);

if (Rdy4Tx()) { // NOTE: when using a very fast MCU, maybe

_DBG_("Send Frm2");

SendFrame2(); // the EMAC isn't ready yet, include

} else { // a kind of timer or counter here

TCPStateMachine = CLOSED;

SocketStatus = SOCK_ERR_ETHERNET; // indicate an error to user

TCPFlags = 0; // clear all flags, stop timers etc.

}

TransmitControl &= ~SEND_FRAME2; // clear tx-flag

}

if (TransmitControl & SEND_FRAME1)

{

PrepareTCP_DATA_FRAME(); // build frame w/ actual SEQ, ACK....

RequestSend(TxFrame1Size);

if (Rdy4Tx()){ // EMAC ready to accept our frame?

_DBG_("Send Frm1");

SendFrame1(); // (see note above)

} else {

TCPStateMachine = CLOSED;

SocketStatus = SOCK_ERR_ETHERNET; // indicate an error to user

TCPFlags = 0; // clear all flags, stop timers etc.

}

TransmitControl &= ~SEND_FRAME1; // clear tx-flag

}

（1）

unsigned int IsBroadcast(void) {

unsigned short RecdDestMAC[3]; // 48 bit MAC

RecdFrameLength = StartReadFrame(); //<1>

CopyFromFrame_EMAC(&RecdDestMAC, 6); //此函数从rptr中顺序读取6个字节到RecdDestMAC，这首6个字节是目标MAC地址

CopyFromFrame_EMAC(&RecdFrameMAC, 6); //再读6个字节到RecdFrameMAC，是源MAC地址

if ((RecdDestMAC[0] == 0xFFFF) && //如果MAC地址是0xFFFFFFFFFFFF就是广播地址

(RecdDestMAC[1] == 0xFFFF) &&

(RecdDestMAC[2] == 0xFFFF)) {

return(1);

} else {

return (0);

}

<1>

unsigned short StartReadFrame(void) {

unsigned short RxLen;

EMAC_PACKETBUF_Type RxPack;

RxLen = EMAC_GetReceiveDataSize() - 3; //函数将通过状态寄存器中保存的状态变量地址中的info字段来判断帧的长度

// Copy packet to data buffer

RxPack.pbDataBuf = (uint32_t *)pgBuf; //pgBuf = LPC_AHBRAM1_BASE,这是一块未使用的地址，可用来保存接收的帧数据

RxPack.ulDataLen = RxLen;

EMAC_ReadPacketBuffer(&RxPack); //从寄存器指向的环形缓冲中，拷贝一帧数据到pgBuf

// Point to the data buffer

rptr = (unsigned short *)pgBuf; //用全局rptr变量保存地址

return(RxLen);

}

第二节，分析和协议相关部分

如果不是广播包，则调用函数

void ProcessEthIAFrame(void)

{

unsigned short TargetIP[2];

unsigned char ProtocolType;

switch (ReadFrameBE_EMAC()) // get frame type 读取类型字段

{

case FRAME_ARP : // check for ARP

{

if ((TCPFlags & (TCP_ACTIVE_OPEN | IP_ADDR_RESOLVED)) == TCP_ACTIVE_OPEN)

if (ReadFrameBE_EMAC() == HARDW_ETH10) // check for the right prot. etc.

if (ReadFrameBE_EMAC() == FRAME_IP)

if (ReadFrameBE_EMAC() == IP_HLEN_PLEN)

if (ReadFrameBE_EMAC() == OP_ARP_ANSWER)

{

TCPStopTimer(); // OK, now we've the MAC we wanted ;-)

CopyFromFrame_EMAC(&RemoteMAC, 6); // extract opponents MAC

TCPFlags |= IP_ADDR_RESOLVED;

}

break;

}

case FRAME_IP : // check for IP-type

{

if ((ReadFrameBE_EMAC() & 0xFF00 ) == IP_VER_IHL) // IPv4, IHL=5 (20 Bytes Header)

{ // ignore Type Of Service

RecdIPFrameLength = ReadFrameBE_EMAC(); // get IP frame's length

ReadFrameBE_EMAC(); // ignore identification

if (!(ReadFrameBE_EMAC() & (IP_FLAG_MOREFRAG | IP_FRAGOFS_MASK))) // only unfragm. frames

{

ProtocolType = ReadFrameBE_EMAC() & 0xFF; // get protocol, ignore TTL

ReadFrameBE_EMAC(); // ignore checksum

CopyFromFrame_EMAC(&RecdFrameIP, 4); // get source IP

CopyFromFrame_EMAC(&TargetIP, 4); // get destination IP

if (!memcmp(&MyIP, &TargetIP, 4)) // is it for us?

switch (ProtocolType) {

case PROT_ICMP : { ProcessICMPFrame(); break; }

case PROT_TCP : { ProcessTCPFrame(); break; }

case PROT_UDP : break; // not implemented!

}

break;

}

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