STM32以太网MAC Loopback的实现

发布时间:2023-06-15  

前言

在STM32以太网调试中经常会遇到“设备接收不到数据”,或者“设备发出的数据对端设备收不到”之类的问题。遇到这类问题首先要做的是定位问题发生的部位,这样做的好处就是可以指明下一步调试的方向,缩小分析的范围。以下图为例我们做个简单的说明,设备A和设备B通过以太网通信,现发现设备B无法接收设备A发送的消息,问题可能出现在几个地方:

应用层的程序,或者协议栈出错,数据根本没有到STM32以太网外设。这种情况我们在调试的时候,在以太网输出函数low_level_output中打个断点就可以检查出来。

STM32以太网MAC出现问题,没有把数据发送出去。对于这种情况,可以通过STM32以太网的MAC loopback功能来检查MAC的收发是否正常。

STM32以太网MAC和外部PHY之间的通信出现问题。可以通过PHY提供的loopback功能来检查。

设备A端的收发没有问题,问题可能出现在线路上或者设备B。可以通过在网口的接线上做网线交叉,也就是将RJ-45接口中TX+与RX+连接,TX-与RX-连接,来进行检查。


本文将主要介绍上面提到的STM32 MAC loopback方法。


MAC loopback模式

MAC loopback模式的使能很简单,将ETH_MACCR寄存器的LM位置位就可以了。

MAC loopback模式使能后,MAC发送的数据帧通过MII接口发送给外部PHY的同时也发送到MAC接收端。这里需要注意的是STM32 MAC loopback模式只支持在MII接口下工作。


但要正确的接收到loopback的数据,还需要注意一下几个地方:

MAC loopback模式下,MII接口的接收时钟(RX_CLK)和发送时钟(TX_CLK)还需要外部PHY来提供,所以PHY的初始化不能省。

以太网帧中的目标MAC地址应该和源MAC地址一样,或者设定为广播地址(FFFFFF:FF),否则MAC默认将会过滤接收到的数据。或者将ETH_MACFFR寄存器的RA置位,以接收所有的以太网帧。

对于F7,H7这类带有cache的MCU型号,需要注意接收/发送描述符和接收/发送buffer的地址,以及cache属性。因为这部分存放在SRAM的数据CPU和以太网DMA都会去读写,如果使能cache(回写)可能会出现数据不一致的情况。也不能将其定义在STM32F769的DTCM RAM区域。

MAC loopback例程

例程说明

本文基于STM32F769I-EVAL板提供了一个以太网外设测试工程。工程中没有用到TCP/IP协议栈,只通过STM32F7的HAL驱动层,实现了以太网MAC层的数据收发,同时也实现了MAC loopback的功能。这个测试工程的目的是,检测STM32以太网外设的配置是否正确,工作是否正常。

这个例程提供两种工作模式:

正常模式

在这种模式下,可以正常与另一个设备(PC或者其他的开发板)通信,也就是可以发送和接收以太网帧。用户可以发送自定义的以太网帧数据,程序会自动构建以太网帧并发送。因为没有实现任何TCP/IP协议,如果想发送IP包或者TCP/UDP包,就需要自己先按照这些包的格式构建好数据。

MAC loopback模式

在这种模式下,STM32F769I-EVAL板子发送的数据被直接送回到MII接口的接收端。如果此时网口还连接到另一个设备的话,该设备也是可以接收到数据的。

例程配置

打开例程后,先要做以下的配置:

设置目标MAC地址(dst_addr)

如果发送广播,dst_addr设置为FFFFFF:FF。如果在MAC loopback模式下,dst_addr设置成和src_addr一样。

定义帧数据的类型(frame_type)

可以发送自定义的帧数据类型,或者通用的预先定义好的帧数据类型。比如,如果发送的是IPv4的数据,frame_type就是0x0800;如果发送自定义的类型,则可以使用未被分配的数值。在这个demo中,用的是0x0601。

初始化要发送的数据buffer

要发送的数据保存在teststring数组中。请注意,这个数组里只保存应用层要发送的数据,也就是以太网帧格式的数据段,不包括目标/源MAC地址,以太网帧数据类型和CRC校验码。

如果不使能MAC loopback功能,则在main.h中注释掉MAC_LOOPBACK_ENABLE宏

修改好以上的参数后,重新编译烧录后运行。

每次按下USER按键,触发一次数据发送。接收到的数据保存在rxbuffer,并且板子上的LD1灯会改变一次状态。

正常模式演示

在正常模式下,为了演示方便我们使用PC与STM32F769I-EVAL连接,在PC上运行XCAP来发送/接收以太网帧数据。

MAC例程端的配置如下:


1. 接收数据测试

打开xcap,构造一个发给STM32F769I-EVAL板的以太网帧。

目标MAC地址:020000:00

Frame Type: Custom(0x0601)

数据:10字节,0xAA,0x55,0xAA,0x55,0xAA,0x55,0xAA,0x55,0xAA,0x55



在xcap中,选择创建好的报文,点击发送。

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这时就可以在Wireshark里捕获的数据包中看到刚刚发送出去的这个。

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同时在STM32F769I-EVAL板这边也收到数据。

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2.发送数据测试

按下板上的USER按键,触发一次发送。

此时运行在PC端的Wireshark可以捕获到STM32F769I-EVAL开发板发送的数据

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MAC loopback模式演示

定义MAC_LOOPBACK_ENABLE宏,重新编译下载。

按下板上的USER按键,触发一次发送,数据被loopback到接收端。

查看rxbuffer接收到的数据:

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