LAN8671 10BASE-T1S STM32 RMII LwIP 测试笔记

嵌入式开发
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原始文章

LAN8651 10BASE-T1S 使用SPI接口进行控制通讯

LAN8671 10BASE-T1S 则支持RMII接口

LAN8671 简介

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  • 测试的是 LAN8671C2-E/U3B

  • 24-pin VQFN, -40ºC to +125ºC, 单 3.3V 供电，内置 1.8V 稳压器

  • RMII 接口, 需要 50MHz 外部参考时钟, 可以用有源晶振或者 MCU 的 MCO 引脚提供, 本篇用的是 STM32F407 的 MCO2(PC9) 输出 50MHz 同时供给 PHY 和 ETH_REF_CLK(PA1)

  • 管理接口 SMI (MDIO/MDC)：最高 4 MHz，兼容 IEEE 802.3 Clause 22/45 寄存器访问

  • 电源域:

    • VDDA：模拟电源(睡眠可关断)

    • VDDP：IO 电源(睡眠可关断)

    • VDDAU：持续供电(睡眠期维持唤醒电路)

  • 复位:

    • 上电复位 (POR)：约 2 ms，自动加载配置 strap

    • 外部复位：RESET_N 引脚拉低≥5 μs

    • 软件复位：寄存器触发，不重载配置 strap

  • 初始化流程: 复位解除 → 内部初始化（≈7 μs）-> IRQ_N 提示就绪 → SMI 寄存器配置

  • PHYAD[3:0] 可配置16个地址

LAN8671 原理图

上面绿色小板子的参考原理图:

  • 供电是单 3.3V 供电

  • PHY 地址直接设成 0

  • 不使用的引脚:

    • INH, 悬空

    • WAKE_IN, 接地

    • WAKE_OUT, 悬空

    • GPIO0, 悬空

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与 STM32F407 的接线

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除了 3V3 GND 电源引脚, 连接了以下信号:

信号 STM32F407 引脚 方向 说明
ETH_REF_CLK (CLK50M) PA1, PC9 MCU 输入 RMII 50 MHz 参考时钟输入
ETH_MDC PC1 MCU 输出 PHY 管理时钟
ETH_MDIO PA2 双向 PHY 管理数据
ETH_CRS_DV PA7 MCU 输入 RMII 载波检测/接收有效
ETH_RXD0 PC4 MCU 输入 RMII RXD0
ETH_RXD1 PC5 MCU 输入 RMII RXD1
ETH_TX_EN PB11 MCU 输出 RMII 发送使能
ETH_TXD0 PB12 MCU 输出 RMII TXD0
ETH_TXD1 PB13 MCU 输出 RMII TXD1
LAN8671_IRQ_N (nINT) PC2 MCU 输入 PHY 中断输入，低有效
LAN8671_RESET_N (nRST) PC3 MCU 输出 PHY 复位输出，低有效

注:

  • STM32F407 的 MCO2(PC9) 输出 50MHz 同时供给 PHY 和 ETH_REF_CLK(PA1), 本篇直连仅供测试, 实际是否加缓冲或电阻或改用50MHz有源晶振 硬件可自行评估. 示波器应能看到 50MHz 的时钟.

  • SWD 调试口: PA13, DIO; PA14 CLK; 连接 ST-Link V3

  • 调试串口 USART1: PA9 TX; PA10 RX; 115200-8-N-1

看图应该直观一些:

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立创天空星的板子上贴的是 8M 晶振, 实际使用的时钟树可参考下图:

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LAN8671 的 10BASE-T1S 连接 USB-10BASE-T1S:

  • PC, 192.168.1.2, PLCA, Node ID 0 作为Coordinator, 负责周期性发送 BEACON 信标等, Node Count 8

  • MCU, 192.168.1.110, PLCA, Node ID 3, Link up 后是 10M half-duplex

  • TOTMR = 0x20, Burst Max Count = 0, Burst Timer = 0x80

  • 都连接 100Ω 终端电阻

Github 工程的使用

stm32f407_lan8671 默认的环境:

  • STM32CubeMX 6.17.0

  • STM32CubeF4 Firmware Package V1.28.3

  • LwIP 2.1.2, NO_SYS

  • CMAKE 管理工程

  • 编译: .\build.sh build, 可以带 Debug 或 Release (测速时 Debug 更稳, Releas版本会偶发整秒塌陷, 尽管已做特殊处理, 全局 Release 仍然是 -Os -g0，但 stm32f4xx_hal_eth.c 和 LWIP/Target/ethernetif.c 都作为独立对象目标在 Release 下按 O0 编译), 工具链 C:\ST\STM32CubeIDE_2.1.0\STM32CubeIDE\plugins\com.st.stm32cube.ide.mcu.externaltools.gnu-tools-for-stm32.14.3.rel1.win32_1.0.100.202602081740

  • 下载 .\build.sh flash , 使用 ST-Link V3, 默认用以下目录里的命令行工具 C:\Program Files\STMicroelectronics\STM32Cube\STM32CubeProgrammer

测试

PING

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MAC 地址

> Get-NetNeighbor -AddressFamily IPv4 | Where-Object { $_.IPAddress -eq '192.168.1.110' } | Select-Object IPAddress, LinkLayerAddress

IPAddress     LinkLayerAddress
---------     ----------------
192.168.1.110 02-00-00-00-67-11

UDP Echo

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IPERF

iperf.exe -c 192.168.1.110 -i 1 -p 5010 -t 10

或者用 jperf

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部分代码说明

LAN8671 的代码放在了:

  • stm32f407_lan8671\LWIP\Target\eth_custom_phy_interface.h

  • stm32f407_lan8671\LWIP\Target\eth_custom_phy_interface.c

主要对接的是 PHY 的 初始化, 软件复位, 获取或设置连接状态 等. 通过 Clause 22 访问 PHY 基本寄存器, 通过 MMD 访问 Clause 45 风格的扩展寄存器. 参考数据手册 4.3.1. Clause 45 Register Access

PHY 的地址探测:

  • 扫描 0~31 的 PHY 地址

  • 寄存器 PHYID1 (0x0002) 等于 0x0007, 对应数据手册 5.1.4. PHY Identifier 1 Register

  • 寄存器 PHYID2 (0x0003) 等于 0xC16x, 实际读出来是 0xC165, 是 Silicon revision 5 (Rev C2 default), 对应数据手册 5.1.5. PHY Identifier 2 Register

PLCA 的一些寄存器的设置:

MMD Device 寄存器 当前值 作用
31 PLCA_TOTMR (0xCA04) 0x0020 PLCA TOT 定时
31 PLCA_BURST (0xCA05) 0x0080 Burst timer=0x80, max count=0
31 PLCA_CTRL1 (0xCA02) 0x0803 NodeCount=8, NodeID=3
31 PLCA_CTRL0 (0xCA01) 0x8000 使能 PLCA

部分状态寄存器:

寄存器 用途
BSR (0x0001) 读两次确认基本链路状态
PLCA_STS (MMD31:0xCA03) 读取 PLCA 状态

AN1699: LAN8670/1/2 Configuration Application Note 中对 D0 和 C2 版本有一些配置说明, 本篇的C2版本未按照这个文档设置, 此处截图作为记录参考:

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Github 链接

Github 开源链接 (原理图 测试工程 文档)