STM32F407+LWIP+DP83848以太网驱动移植

news/2024/2/28 1:47:13

  最近有个项目上需要用到网络功能,于是开始移植网络相关代码。在移植的过程中感觉好难,网上找各种资料都没有和自己项目符合的,移植废了废了好的大劲。不过现在回头看看,其实移植很简单,主要是当时刚开始接触网络,各种新的知识和概念扑面而来,加上LWIP这个协议的相关资料,一下接触的太多,大脑已经混乱了。所以就感觉很难,当各种逻辑梳理清楚的时候,移植起来就很简单了。

  下面就将我自己的经验总结一下,由于以前没有接触过网络,所以就需要一个系统的学习和了解相关知识。我是按照正点原子的资料来学习的。

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  首先了解一下LWIP的相关概念,然后需要了解一下STM32以太网架构。

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  这个图就是告诉我们,在STM32芯片的内部已经集成了对外部PHY芯片的驱动,如果我们要使用PHY芯片的话,就按照STM32提供的接口方式去连线就行了。

  一般单片机和芯片连接的话有两种接口,一种是MII接口,一种是RMII接口。这两种接口看不懂也无所谓,了解一下就行了。知道这个概念就行。

  目前大多数用的都是RMII接口,因为这个接口占用的IO口少。通用的连接方式如下:

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  这个图理解不了没关系,直接看电路图。

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  这个是正点原子开发板上使用的LAN8720芯片的连接图,这个第一次看的话感觉也看不懂。那就继续看下面这个引脚连接框图。这个图里面除了晶振复位信号以外其他所有的信号连接都是固定的。

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  也就是说,不管你使用的是什么型号的PHY芯片,也不管不使用的是STM32的那一个型号单片机。这些引脚的连接都是固定搭配的。比如PHY芯片的TX_EN信号就必须要连接STM32单片机的ETH_TH_EN引脚。PHY芯片的TXD1引脚必须要连接STM32额ETH_TXD1引脚。

  当明白了这个端口连接都是固定的话,在回头看上面的电路图和连接框图就能理解了。也就是说不管你用的PHY芯片和我用的或者其他例程上用的芯片是不是同一个型号,都没有关系,只要你使用的连接接口是RMII方式的,那么接线方式就都是这样的。

  接下来看复位信号,PHY芯片在复位的时候必须要给复位引脚给一个高低电平,来控制芯片的复位。所以PHY的复位引脚的电平就由单片机来控制。至于选择单片机哪个口,这个没有规定。自己的哪个IO口空闲就可以用哪个IO口。单片机选择的这个复位引脚在程序中只会用到一次。

    ETHERNET_RST( 0 );                                      /* 硬件复位 */delay_ms( 100 );ETHERNET_RST( 1 );                                      /* 复位结束 */

  也就是在初始化PHY芯片的时候,控制PHY的复位引脚有个电平的变化。

  可以看看我移植的代码和正点原子代码的区别。

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  左边是我自己使用DP83848芯片的引脚配置,右边是正点原子使用 YT8512C芯片的引脚配置,可以看出这两个芯片只有复位引脚的连接是不一样的,其他信号的连接都是一样的。

  最后来看一下这个晶振引脚的连接,如果要使用RMII接口,那么PHY芯片和STM32芯片,都需要外面提供一个50MHz的时钟源。那么最简单的接线方式就是,外面分别接一个50MHz的晶振。

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  但是这种实际应用起来明显感觉很浪费,为啥非要都各自使用一个50MHz的晶振,难道两个芯片不能用一个晶振吗?于是就将电路修改为下面这种方式。

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  于是PHY芯片和STM32的时钟信号都是从外面晶振引脚直接获取的。我使用的硬件连接就是这种方式。DP83848芯片的X1引脚和STM32F407单片机的ETH_RMII_REF_CLK引脚直接接晶振的OUT引脚。

  这样使用起来挺方便的也挺好的,但是有的PHY芯片厂商又出来搞事情了,说我的PHY芯片为了帮助你降低硬件成本,外部晶振只需要25MHz就行了,我内部可以把25MHz倍频到50MHz。那么接线图就可以改成下面这种。

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  PHY芯片可以外部接25MHz的晶振,内部倍频到50MHz,但是STM32没有这个功能压呀,STM32需要的50MHz频率又要去哪里找呢,难不成外部还要再接一个50MHz的晶振?这样肯定是不行的。这时候PHY芯片厂商又发话了,为了解决你们面临的这个困难,我的PHY芯片可以把内部倍频后的50MHz时钟频率输出,这样STM32就可以使用我输出的50MHz频率。

  于是晶振连接图就变成下面这个。

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  上面的那张正点原子LAN8720芯片引脚连接电路图就使用的是这种连接方式。给PHY芯片外部接25MHz的晶振,然后PHY内部倍频到50MHz之后,通过CLK_OUT引脚输出,将这个输出信号在接到STM32单片机的ETH_RMII_REF_CLK引脚上,给STM32内部提供50MHz的时钟。

  不同PHY的硬件部分区别基本就这些,下面就开始移植软件,软件的代码可以直接在正点原子的例程上修改。
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  这里我就用我移植好的例子和正点原子的例子对比来说明,要修改哪些地方。
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  首先打开 stm32f4xx_hal_conf.h头文件,在这里修改晶振的值,这个晶振不是PHY芯片使用的晶振,而是STM32单片机工作时使用的外部晶振。正点原子的开发板默认使用的都是8MHz的晶振,而我自己的板子使用的是10MHz的晶振,所以这里就需要根据自己的硬件修改晶振值。

  如果晶振值进行了修改,那么下来还需要修改main.c文件中的时钟初始化函数。

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  这里需要将sys_stm32_clock_init函数的第二个参数,修改为自己的晶振值,如果你你使用的晶振是10MHz这里就改为10,如果使用的是25MHz就修改为25,这个参数的含义就是将使用的晶振分频X,使分频后的频率值为1MHz。

  接下来在 stm32f4xx_hal_conf.h头文件中修改网络芯片地址。
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  这个芯片地址是由硬件来决定的,这个可以再芯片手册上查看。
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  接下来在宏定义里面添加自己的网卡型号。
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  然后添加对应型号的PHY芯片的SR寄存器相关宏定义
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  这里需要添加3个宏定义值

#define PHY_SR                           ((uint16_t)0x10)                       /*!< tranceiver status register */
#define PHY_SPEED_STATUS                 ((uint16_t)0x0002)                     /*!< configured information of speed: 100Mbit/s */
#define PHY_DUPLEX_STATUS                ((uint16_t)0x0004)    

   PHY_SR 设置PHY芯片中SR寄存器的地址,这个地址值直接在芯片手册中看。
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   这里要顺便说一下,PHY 是由 IEEE 802.3 定义的,一般通过 SMI 对 PHY 进行管理和控制,也就是读写 PHY内部寄存器。PHY 寄存器的地址空间为 5 位,可以定义 0~31 共 32 个寄存器。IEEE 802.3定义了 0~15这 16个寄存器的功能,而 16~31寄存器由芯片制造商自由定义的。
   也就是说每个PHY芯片内部的 0号寄存器到15号寄存器的内容都是一样的,只有16号寄存器到31号寄存器的内容是厂家自己设置的。

   所以在程序移植时,代码中使用的0到15号寄存器都是一样的,我们不用管,自己需要设置的就是厂家自己定义的PHY状态寄存器的地址。

   我使用额定DP83848芯片状态寄存器的地址是0x10,所以这里宏定义就设置为0x10.

   接下来要设置PHY_SPEED_STATUS 速度状态这个值,这个值的含义就是网口的速度值读取位置。这个位置指的是在PHY_SR寄存器里面的位置。

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   这个需要在芯片手册里面去找SR寄存器的详细介绍,通过查看SR寄存器可以看出,速度状态是通过SPEED STATUS这一位读出来的,当值为1时,表示网口速度为10M,当值为0时,代表网卡速度为100M。这一位在SR寄存器中的第1位,所以值就是 0x0002,也就是在程序中读取SR寄存器的值,然后与0x0002做与运算,就能计算出SPEED STATUS位的值是0还是1,通过这个结果就能知道当前网卡的速度是多少。

   第三个需要设置的是PHY_DUPLEX_STATUS双工状态的偏移值,这个值在寄存器中第2位。

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   当这个为1时,为全双工状态,当这个位为0时,为半双工状态。由于这个在第2位,所以值就是0x0004,从SR寄存器中读取的值和0x0004进行相与,得出的结果就能判断出当前网卡是全双工还是办双工。

   宏定义修改在这里就完了,下面开始修改代码。
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   打开 ethernet.c文件,修改ethernet_chip_get_speed()函数,这个函数的作用就是通过刚才设置的宏定义值读取网卡的速度信息。

/*** @breif       获得网络芯片的速度模式* @param       无* @retval      1:获取100M成功0:失败*/
uint8_t ethernet_chip_get_speed( void )
{uint8_t speed;
#if(PHY_TYPE == LAN8720)speed = ~( ( ethernet_read_phy( PHY_SR ) & PHY_SPEED_STATUS ) );   /* 从LAN8720的31号寄存器中读取网络速度和双工模式 */
#elif(PHY_TYPE == SR8201F)speed = ( ( ethernet_read_phy( PHY_SR ) & PHY_SPEED_STATUS ) >> 13 ); /* 从SR8201F的0号寄存器中读取网络速度和双工模式 */
#elif(PHY_TYPE == YT8512C)speed = ( ( ethernet_read_phy( PHY_SR ) & PHY_SPEED_STATUS ) >> 14 ); /* 从YT8512C的17号寄存器中读取网络速度和双工模式 */
#elif(PHY_TYPE == RTL8201)speed = ( ( ethernet_read_phy( PHY_SR ) & PHY_SPEED_STATUS ) >> 1 ); /* 从RTL8201的16号寄存器中读取网络速度和双工模式 */
#elif(PHY_TYPE == DP83848)speed = ( ( ethernet_read_phy( PHY_SR ) & PHY_SPEED_STATUS ) >> 1 ); /* 从DP83848的16号寄存器中读取网络速度和双工模式 */#endifreturn speed;
}

   在这个函数里面添加自己的PHY芯片信息,由于PHY_SPEED_STATUS这个在寄存器中第1位,所以将SR寄存器读取到的值和 PHY_SPEED_STATUS相与,然后右移一位,将结果存放在第0位。通过判断第0位的值是0还是1就可以知道网卡的速度了。PHY_DUPLEX_STATUS这个宏定义在程序中未用到。

   接下来就剩最后一步了,就是复位引脚的修改。打开 ethernet.h头文件
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   正点原子的复位引脚用的是PD3,将这个引脚修改为自己的硬件电路实际连接引脚。我用的是PA1引脚,所以这里将复位引脚改为PA1.

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   到此DP83848芯片的移植就完成了,下载程序到单片机,然后在电脑上使用ping命令测试网络是否联通。
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   最后统一总结一下移植的步骤

1.stm32f4xx_hal_conf.h 头文件 修改外部晶振大小 由8M修改为 10M#define HSE_VALUE    (8000000U) --->  #define HSE_VALUE    (10000000U)2.main.c 修改时钟初始化函数sys_stm32_clock_init(336, 8, 2, 7); --->  sys_stm32_clock_init(336, 10, 2, 7);3.stm32f4xx_hal_conf.h 头文件 修改网络芯片地址ETHERNET_PHY_ADDRESS 值由0x00 改为0x014.stm32f4xx_hal_conf.h 头文件增加宏定义相关代码	
#define DP83848                          4
#define PHY_TYPE                         DP83848#elif(PHY_TYPE == DP83848) 
#define PHY_SR                           ((uint16_t)0x10)            /*!< tranceiver status register */
#define PHY_SPEED_STATUS                 ((uint16_t)0x0002)          /*!< configured information of speed: 100Mbit/s */
#define PHY_DUPLEX_STATUS                ((uint16_t)0x0004)          /*!< configured information of duplex: full-duplex */	5. ethernet.c文件中增加网络状态判断代码
#elif(PHY_TYPE == DP83848)speed = ( ( ethernet_read_phy( PHY_SR ) & PHY_SPEED_STATUS ) >> 1 ); /* 从DP83848的16号寄存器中读取网络速度和双工模式 */6.ethernet.h 头文件中修改PHY复位引脚 将PD3 改为 PA3#define ETH_RESET_GPIO_PORT             GPIOA
#define ETH_RESET_GPIO_PIN              GPIO_PIN_3
#define ETH_RESET_GPIO_CLK_ENABLE()     do{ __HAL_RCC_GPIOI_CLK_ENABLE();}while(0)                  /* 所在IO口时钟使能 *//* ETH端口定义 */
#define ETHERNET_RST(x)  do{ x ? \HAL_GPIO_WritePin(ETH_RESET_GPIO_PORT, ETH_RESET_GPIO_PIN, GPIO_PIN_SET) : \HAL_GPIO_WritePin(ETH_RESET_GPIO_PORT, ETH_RESET_GPIO_PIN, GPIO_PIN_RESET); \}while(0)

   DP83848移植工程完整下载连接: DP83848网络驱动芯片在STM32F407单片机上的移植


http://www.ppmy.cn/news/75303.html

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