STM32 以太網 MAC Loopback的實現

前言

在STM32以太網調試中經常會遇到“設備接收不到數據”，或者“設備發出的數據對端設備收不到”之類的問題。遇到這類問題首先要做的是定位問題發生的部位，這樣做的好處就是可以指明下一步調試的方向，縮小分析的范圍。以下圖為例我們做個簡單的說明，設備A和設備B通過以太網通信，現發現設備B無法接收設備A發送的消息，問題可能出現在幾個地方：

應用層的程序，或者協議棧出錯，數據根本沒有到STM32以太網外設。這種情況我們在調試的時候，在以太網輸出函數low_level_output中打個斷點就可以檢查出來。

STM32以太網MAC出現問題，沒有把數據發送出去。對于這種情況，可以通過STM32以太網的MAC loopback功能來檢查MAC的收發是否正常。

STM32以太網MAC和外部PHY之間的通信出現問題。可以通過PHY提供的loopback功能來檢查。

設備A端的收發沒有問題，問題可能出現在線路上或者設備B。可以通過在網口的接線上做網線交叉，也就是將RJ-45接口中TX+與RX+連接，TX-與RX-連接，來進行檢查。

本文將主要介紹上面提到的STM32 MAC loopback方法。

MAC loopback模式

MAC loopback模式的使能很簡單，將ETH_MACCR寄存器的LM位置位就可以了。

MAC loopback模式使能后，MAC發送的數據幀通過MII接口發送給外部PHY的同時也發送到MAC接收端。這里需要注意的是STM32 MAC loopback模式只支持在MII接口下工作。

但要正確的接收到loopback的數據，還需要注意一下幾個地方：

MAC loopback模式下，MII接口的接收時鐘（RX_CLK）和發送時鐘（TX_CLK）還需要外部PHY來提供，所以PHY的初始化不能省。

以太網幀中的目標MAC地址應該和源MAC地址一樣，或者設定為廣播地址（FFFFFF:FF），否則MAC默認將會過濾接收到的數據。或者將ETH_MACFFR寄存器的RA置位，以接收所有的以太網幀。

對于F7，H7這類帶有cache的MCU型號，需要注意接收/發送描述符和接收/發送buffer的地址，以及cache屬性。因為這部分存放在SRAM的數據CPU和以太網DMA都會去讀寫，如果使能cache（回寫）可能會出現數據不一致的情況。也不能將其定義在STM32F769的DTCM RAM區域。

MAC loopback例程

例程說明

本文基于STM32F769I-EVAL板提供了一個以太網外設測試工程。工程中沒有用到TCP/IP協議棧，只通過STM32F7的HAL驅動層，實現了以太網MAC層的數據收發，同時也實現了MAC loopback的功能。這個測試工程的目的是，檢測STM32以太網外設的配置是否正確，工作是否正常。

這個例程提供兩種工作模式：

正常模式

在這種模式下，可以正常與另一個設備（PC或者其他的開發板）通信，也就是可以發送和接收以太網幀。用戶可以發送自定義的以太網幀數據，程序會自動構建以太網幀并發送。因為沒有實現任何TCP/IP協議，如果想發送IP包或者TCP/UDP包，就需要自己先按照這些包的格式構建好數據。

MAC loopback模式

在這種模式下，STM32F769I-EVAL板子發送的數據被直接送回到MII接口的接收端。如果此時網口還連接到另一個設備的話，該設備也是可以接收到數據的。

例程配置

打開例程后，先要做以下的配置：

設置目標MAC地址（dst_addr）

如果發送廣播，dst_addr設置為FFFFFF:FF。如果在MAC loopback模式下，dst_addr設置成和src_addr一樣。

定義幀數據的類型（frame_type）

可以發送自定義的幀數據類型，或者通用的預先定義好的幀數據類型。比如，如果發送的是IPv4的數據，frame_type就是0x0800；如果發送自定義的類型，則可以使用未被分配的數值。在這個demo中，用的是0x0601。

初始化要發送的數據buffer

要發送的數據保存在teststring數組中。請注意，這個數組里只保存應用層要發送的數據，也就是以太網幀格式的數據段，不包括目標/源MAC地址，以太網幀數據類型和CRC校驗碼。

如果不使能MAC loopback功能，則在main.h中注釋掉MAC_LOOPBACK_ENABLE宏

修改好以上的參數后，重新編譯燒錄后運行。

每次按下USER按鍵，觸發一次數據發送。接收到的數據保存在rxbuffer，并且板子上的LD1燈會改變一次狀態。

正常模式演示

在正常模式下，為了演示方便我們使用PC與STM32F769I-EVAL連接，在PC上運行XCAP來發送/接收以太網幀數據。

MAC例程端的配置如下：

1. 接收數據測試

打開xcap，構造一個發給STM32F769I-EVAL板的以太網幀。

目標MAC地址：020000:00

Frame Type: Custom(0x0601)

數據：10字節，0xAA,0x55,0xAA,0x55,0xAA,0x55,0xAA,0x55,0xAA,0x55

在xcap中，選擇創建好的報文，點擊發送。

這時就可以在Wireshark里捕獲的數據包中看到剛剛發送出去的這個。

同時在STM32F769I-EVAL板這邊也收到數據。

2.發送數據測試

按下板上的USER按鍵，觸發一次發送。

此時運行在PC端的Wireshark可以捕獲到STM32F769I-EVAL開發板發送的數據

MAC loopback模式演示

定義MAC_LOOPBACK_ENABLE宏，重新編譯下載。

按下板上的USER按鍵，觸發一次發送，數據被loopback到接收端。

查看rxbuffer接收到的數據：

責任編輯：xj

原文標題：工程師筆記 | STM32以太網 MAC Loopback的實現

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