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STM32網路之MII和RMII介面

2021-04-01 16:14:24 作業系統

在上篇文章《STM32網路之SMI介面》中,我們介紹了STM32網路控制器的SMI介面,SMI介面主要是用于和外部PHY芯片通信,配置PHY暫存器用的,

真正網路通信的資料流并不是通過SMI介面傳輸的,是通過MII介面或者RMII通信的,

1、MII介面

介質獨立介面(MII) 定義了10 Mbit/s 和100 Mbit/s 的資料傳輸速率下MAC 子層與PHY 之間的互連,

圖片?

管腳定義介紹:

  1. MII_TX_CLK:連續時鐘信號,該信號提供進行 TX 資料傳輸時的參考時序,標稱頻率為:速率為 10 Mbit/s 時為 2.5 MHz;速率為 100 Mbit/s 時為 25 MHz,

  2. MII_TXD[3:0]:資料發送信號,該信號是 4 個一組的資料信號,由 MAC 子層同步驅動,在MII_TX_EN 信號有效時才為有效信號(有效資料),MII_TXD[0] 為最低有效位,MII_TXD[3] 為最高有效位,禁止MII_TX_EN 時,發送資料不會對 PHY 產生任何影響,

  3. MII_TX_EN:發送使能信號,該信號表示 MAC 當前正針對 MII 發送半位元組,該信號必須與報頭的前半位元組進行同步 (MII_TX_CLK),并在所有待發送的半位元組均發送到 MII時必須保持同步,

  4. MII_RX_CLK:連續時鐘信號,該信號提供進行 RX 資料傳輸時的參考時序,標稱頻率為:速率為 10 Mbit/s 時為 2.5 MHz;速率為 100 Mbit/s 時為 25 MHz,

  5. MII_RXD[3:0]:資料接收信號,該信號是 4 個一組的資料信號,由 PHY 同步驅動,在MII_RX_DV 信號有效時才為有效信號(有效資料),MII_RXD[0] 為最低有效位,MII_RXD[3] 為最高有效位,當 MII_RX_DV 禁止、MII_RX_ER 使能時,特定的MII_RXD[3:0] 值用于傳輸來自 PHY 的特定資訊,

  6. MII_RX_ER:接收錯誤信號,該信號必須保持一個或多個周期 (MII_RX_CLK),從而向MAC 子層指示在幀的某處檢測到錯誤,該錯誤條件必須通過 MII_RX_DV驗證,

  7. MII_RX_DV:接收資料有效信號,該信號表示 PHY 當前正針對 MII 接收已恢復并解碼的半位元組,該信號必須與恢復幀的頭半位元組進行同步 (MII_RX_CLK),并且一直保持同步到恢復幀的最后半位元組,該信號必須在最后半位元組隨后的第一個時鐘周期之前禁止,為了正確地接收幀,MII_RX_DV 信號必須在時間范圍上涵蓋要接收的幀,其開始時間不得遲于 SFD 欄位出現的時間,

  8. MII_CRS:載波偵聽信號,當發送或接收介質處于非空閑狀態時,由 PHY 使能該信號,發送和接收介質均處于空閑狀態時,由 PHY 禁止該信號,PHY 必須確保 MII_CS 信號在沖突條件下保持有效狀態,該信號無需與 TX 和 RX 時鐘保持同步,在全雙工模式下,該信號沒意義,

  9. MII_COL:沖突檢測信號,檢測到介質上存在沖突后,PHY 必須立即使能沖突檢測信號,并且只要存在沖突條件,沖突檢測信號必須保持有效狀態,該信號無需與 TX 和 RX 時鐘保持同步,在全雙工模式下,該信號沒意義,

  10. MDC:MDC信號屬于SMI介面,具體請看《STM32網路之SMI介面》,

  11. MDIO:MDIO信號屬于SMI介面,具體請看《STM32網路之SMI介面》,

下圖TX介面信號編碼

圖片?

下圖RX 介面信號編碼

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MII介面的時鐘源

要生成TX_CLK 和RX_CLK 時鐘信號,必須向外部PHY 提供25MHz 時鐘,如圖所 示,除了使用外部 25 MHz石英晶體提供該時鐘,還可以通過STM32F20xx 微控制器的MCO引腳輸出該信號,這種情況下,必須對PLL 倍頻進行配置,以通過25 MHz 外部石英晶體在MCO 引腳上獲得所需頻率,

圖片?

對應的代碼

/* Enable GPIOs clocks */
RCC_AHB1PeriphClockCmd(RCC_AHB1Periph_GPIOA,ENABLE);

/* Enable SYSCFG clock */
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SYSCFG, ENABLE);  

/* Configure MCO (PA8) */
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF;
GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL ;  
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
/* Output HSE clock (25MHz) on MCO pin (PA8) to clock the PHY */
RCC_MCO1Config(RCC_MCO1Source_HSE, RCC_MCO1Div_1);

2、RMII介面

Reduced media-independent interface: RMII(精簡介質獨立介面),精簡介質獨立介面(RMII) 規范降低了10/100 Mbit/s 下微控制器以太網外設與外部PHY 間的引腳數,

根據IEEE 802.3u 標準,MII包括16 個資料和控制信號的引腳,RMII規范將引腳數減少為 7 個(引腳數減少62.5%),引腳的含義參考MII介面即可,

圖片?

RMII介面是MAC和PHY之間的實體化物件,這些有助于MAC的MII介面轉化為RMII介面,RMII介面具有以下特點

  1. 10-Mbit/s 和 100-Mbit/s 的運行速率

  2. 參考時鐘必須是 50 MHz

  3. 相同的參考時鐘必須從外部提供給 MAC 和外部以太網 PHY

  4. 它提供了獨立的 2 位寬(雙位)的發送和接收資料路徑

這里時鐘管腳比MII介面少,有一個非常重要的點,那就是RMII介面時鐘源必須是50MHZ

 

RMII介面時鐘源

STM32F207xx控制器可以從MCO引腳提供50MHz時鐘信號,當然用戶需要配置PLL來產生這一時鐘,

圖片?

使用外部50 MHz 時鐘驅動PHY 或使用嵌入式PLL 生成50 MHz 頻率信號來驅動PHY,

3、兩種介面對應的引腳

STM32F207VCT6(100pin)的芯片

Ethernet pins configuration
ETH_MDIO -------------------------> PA2  pin 25
ETH_MDC --------------------------> PC1  pin 16
ETH_PPS_OUT ----------------------> PB5  pin 91
ETH_MII_CRS ----------------------> PA0  pin 23
ETH_MII_COL ----------------------> PA3  pin 26
ETH_MII_RX_ER --------------------> PB10 pin 47
ETH_MII_RXD2 ---------------------> PB0  pin 35
ETH_MII_RXD3 ---------------------> PB1  pin 36
ETH_MII_TX_CLK -------------------> PC3  pin 18
ETH_MII_TXD2 ---------------------> PC2  pin 17
ETH_MII_TXD3 ---------------------> PB8  pin 95
ETH_MII_RX_CLK/ETH_RMII_REF_CLK---> PA1  pin 24
ETH_MII_RX_DV/ETH_RMII_CRS_DV ----> PA7  pin 32
ETH_MII_RXD0/ETH_RMII_RXD0 -------> PC4  pin 33
ETH_MII_RXD1/ETH_RMII_RXD1 -------> PC5  pin 34
ETH_MII_TX_EN/ETH_RMII_TX_EN -----> PB11 pin 48
ETH_MII_TXD0/ETH_RMII_TXD0 -------> PB12 pin 51
ETH_MII_TXD1/ETH_RMII_TXD1 -------> PB13 pin 52

其中ETH_PPS_OUT這個管腳ST官方demo屏蔽,不屬于MII介面也不屬于RMII介面,下面不將其統計進入,

MII 共15個介面加上SMI介面,共17個引腳,(沒有包含25MHz時鐘的引腳)

圖片?

RMII共7個介面加上SMI介面,共9個引腳,

圖片?

除了上述我自行統計的MII介面和RMII介面對應的pin之外,ST官方在參考手冊也給出了對應圖,如下:

圖片?

4、MII和RMII的選擇

使用SYSCFG_PMC 暫存器(注意:這里和F107不同,F107是AFIO_MAPR暫存器)中的23配置位MII_RMII_SEL選擇MII 或RMII 模式,以太網控制器處于復位模式或使能時鐘前,應用程式必須設定MII/RMII 模式,

對應的ST庫函式為

//函式入參可選以下
//SYSCFG_ETH_MediaInterface_MII: MII mode selected
//SYSCFG_ETH_MediaInterface_RMII: RMII mode selected
void SYSCFG_ETH_MediaInterfaceConfig(uint32_t SYSCFG_ETH_MediaInterface) 

MII/RMII 內部時鐘方案

支持MII 和RMII 以及10 和100 Mbit/s 運行所需的時鐘方案,如下圖所示,

圖片?

注意上圖紅框中:HCLK必須大于25MHz,這個問題點,在上一篇文章《STM32網路之SMI介面》中已經提到了,這里再次提到,如果不滿足這個條件,可能會出現奇奇怪怪的問題,不好查找,

在官方手冊中,還有一句

圖片?

要節省引腳,需在同一個GPIO 引腳上復用RMII_REF_CK 和MII_RX_CLK 這兩個輸入時鐘信號,

 

點擊查看本文所在的專輯,STM32F207網路開發

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