目錄

一、前言

二、CH390簡介

2.1、框圖

2.2、特點

2.3、和其他型號對比

2.4、獲取資源

三、評估板

四、測試

4.1、MAC測試

4.1.1、測試發(fā)送速率

4.2、喚醒測試

4.3、LWIP測試

4.3.1、UDP測試

4.3.2、TCP服務(wù)端測試

4.3.3、TCP客戶端測試

五、總結(jié)

一、前言

很多MCU可能沒有以太網(wǎng)MAC，但是又有聯(lián)網(wǎng)需求，此時一款MAC+PHY集一體的芯片就是剛需；類似的FPGA平臺要集成MAC的IP既占用空間又需要額外IP成本，MAC+PHY芯片也特別適用于FPGA平臺，省得再自己去折騰MAC。

剛好看到了沁恒的CH390系列MAC+PHY芯片，完美的解決了上述需求。CH390系列具備封裝小、集成度高外圍BOM簡單、開發(fā)簡單等優(yōu)點，確實是一款小而美，解決剛需的芯片。我們本文就來分享下該款芯片。

二、CH390簡介

CH390是沁恒一款自帶10/100M以太網(wǎng)介質(zhì)傳輸層（MAC）和物理層收發(fā)器（PHY）的工業(yè)級以太網(wǎng)控制器芯片，支持10BASE-T的CAT3、4、5和100BASE-TX的CAT5、6連接，支持Auto-MDIX，低功耗設(shè)計，符合IEEE 802.3u規(guī)范。CH390內(nèi)置16K字節(jié)SRAM，支持并行接口和SPI串行接口，用于兼容各種MCU、MPU、DSP，F(xiàn)PGA等控制器。

2.1、框圖

CH390的系統(tǒng)框圖如下,集PHY+MAC于一體。

2.2、特點

CH390系列具備以下特點，下面紅色部分是個人覺得比較獨特的。

1)集以太網(wǎng)介質(zhì)傳輸層（MAC）和物理層（PHY）一體。常規(guī)MCU+CH390也可以方便地實現(xiàn)以太網(wǎng)連接。

2)不同型號分別支持SPI、8位并口、16位并口,適合MCU和FPGA等主控使用。

CH390L支持8位并行接口和16位并行接口，CH390F支持8位并行接口，CH390H和CH390D支持SPI串行接口。CH390F/H具有獨立的I/O電源引腳VDDIO,支持1.2V~3.3V接口電壓。

3)每個芯片內(nèi)置唯一的以太網(wǎng)MAC地址，無需另外購買或分配，無需外部EEPROM。

4)集成基于DSP算法實現(xiàn)的低功耗10/100M收發(fā)器Transceiver。

5)支持Auto-MDIX交換TX/RX，自動識別正負信號線。

6)支持10BASE-T和100BASE-TX及自動協(xié)商。

7)支持UTP CAT5、CAT6雙絞線，支持120米傳輸距離。

8)支持用于遠程喚醒的樣本幀、鏈路狀態(tài)變化和魔法包事件。

9)支持IEEE 802.3x的流量控制。

10)支持IPv4 TCP/UDP和IPv6 TCP/UDP校驗和的生成和檢查。

這個特性非常有用,可以降低主控運行協(xié)議棧時的校驗計算時間，極大地提高效率。我們之前有測試過協(xié)議棧跑起來很大一部分主控的消耗就是計算校驗和。

11)內(nèi)置50Ω阻抗匹配電阻，內(nèi)置晶體振蕩器所需電容，外圍電路精簡。這降低了BOM成本，價格敏感產(chǎn)品選型時這就是很大的優(yōu)勢。

12)支持可選的外部EEPROM配置芯片。

13)支持QFN20(CH390D)/QFN28(CH390F)/QFN32X5(CH390H)/LQFP48(CH390L)，QFN20封裝尺寸才3x3mm,特別適合空間受限應(yīng)用場景。

2.3、和其他型號對比

市面上也能搜到其他廠家的類似的芯片比如DAVICOM的DM9000和DM9051，和CH390的對應(yīng)如下。

CH390H引腳兼容DM9051，CH390L引腳兼容DM9000。可以看到CH390的特點、優(yōu)點還是很明顯的，CH390有更寬的VIO電壓域、更低的運行功耗，更小的封裝尺寸，更高的集成度(BOM要求簡單成本低)，并提供MAC地址。

2.4、獲取資源

官網(wǎng)提供了相關(guān)的資料，可從如下地址下載:

資源包:包括CH390評估板說明，原理圖及參考例程等內(nèi)容。

https://www.wch.cn/downloads/CH390EVT_ZIP.html

數(shù)據(jù)手冊:

https://www.wch.cn/downloads/CH390DS1_PDF.html

三、評估板

評估板實物圖如下，我手里的是CH390D，就以該評估板配合自己的主控開發(fā)板來進行相關(guān)功能的測試。

原理圖如下:

可以看到外圍器件超級簡單，CH390D外圍只需要5個電容加一個25MHz晶體，降低了BOM成本，同時PCB布局布線也很簡單，占用空間也小。

網(wǎng)絡(luò)變壓器這邊只需要兩個電阻和兩個電容。

四、測試

4.1、MAC測試

這里使用STM32F103ZET6的開發(fā)板測試,使用Demo:EVTEXAMNET_MACNET_MAC.uvprojx。

我這里用的是MDKV5.43默認ARMCC編譯器版本是版本6,需要配置為對應(yīng)版本。

切換到編譯器版本6，編譯會提示

../SRC/CMSIScore_cm3.h(1204):error:unknowntypename'inline'

等錯誤

需要更新CMSIS,更新core_cm3.h為

https://github.com/ARM-software/CMSIS_6/blob/main/CMSIS/Core/Include/core_cm3.h

刪除core_cm3.c

添加以下文件

https://github.com/ARM-software/CMSIS_6/blob/main/CMSIS/Core/Include/cmsis_version.h
https://github.com/ARM-software/CMSIS_6/blob/main/CMSIS/Core/Include/cmsis_compiler.h
https://github.com/ARM-software/CMSIS_6/blob/main/CMSIS/Core/Include/cmsis_armclang.h
https://github.com/ARM-software/CMSIS_6/blob/main/CMSIS/Core/Include/m-profile/cmsis_armclang_m.h

還提示NVIC->IP[NVIC_InitStruct->NVIC_IRQChannel] = tmppriority;錯誤則

NVIC->IP[NVIC_InitStruct->NVIC_IRQChannel] = tmppriority;

改為

NVIC->IPR[NVIC_InitStruct->NVIC_IRQChannel] = tmppriority;

CH390.h中選擇接口模式

我這里使用SPI，如果支持并口可配置對應(yīng)的接口，

#define CH390_INTERFACE_SPI     // CH390H/CH390D
// #define CH390_INTERFACE_8_BIT   // CH390L/CH390F 8-bit mode
// #define CH390_INTERFACE_16_BIT  // CH390L 16-bit mode

如果并口支持FSMC還可以使用FSMC，可以極大提高效率。

#defineUSE_FSMC 1

對應(yīng)使用的引腳如下

#define CH390_INT_PIN GPIO_Pin_0 // PA0
#define CH390_RST_PIN GPIO_Pin_1 // PA1
#define CH390_CS_PIN GPIO_Pin_4 // PA4
#define CH390_SCK_PIN GPIO_Pin_5 // PA5
#define CH390_MISO_PIN GPIO_Pin_6 // PA6
#define CH390_MOSI_PIN GPIO_Pin_7 // PA7
#define CH390_WOL_PIN GPIO_Pin_8 // PA8

默認調(diào)試串口為USART1 PA9/PA10

#ifndef DEBUG
#define DEBUG DEBUG_UART1
#endif

接線如下

運行后打印如下，打印狀態(tài)以及收到的數(shù)據(jù)包,說明收發(fā)正常。

4.1.1、發(fā)送測試

使用STM32F103的SPI1,時鐘來源于APB2(72MHz)。

CH390_Interface.c中配置分頻

SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler= SPI_BaudRatePrescaler_2;

STM32F103最大可配置為

2分頻36MHz, CH390實際支持最大72MHz。

main.c中ch390_int_handler下注釋掉打印

//print_packet(receive_buff, length);

main.c中可以修改一次發(fā)送大小

#defineTEST_DATA_LEN 1500

main函數(shù)中連續(xù)發(fā)送

/**

* @brief Main program

* @param None

* @retval None

*/

int main(void)

{

//Delay_Init();

SysTick_Config(SystemCoreClock/1000);

NVIC_EnableIRQ(SysTick_IRQn);

USART_Printf_Init(115200);

ch390_gpio_init();

#ifdef CH390_INTERFACE_SPI

ch390_spi_init();

#endif

ch390_hardware_reset();

// Don't read/write CH390 registers within 10ms after power on

Delay_Ms(10);

ch390_default_config();

ch390_print_info();

init_packet_data();

while (1)

{

if (ch390_get_int_pin())

{

ch390_int_handler();

}

if (phy_linked)

{

ch390_send_packet(packet_data, TEST_DATA_LEN);

}

}

}

以上簡單測試一下。CH390使用SPI時最大支持72M時鐘, 網(wǎng)上看到用CH390單發(fā)速度有68.6Mbps，可能的優(yōu)化方向是，提高SPI時鐘頻率到最大72MHz，優(yōu)化SPI發(fā)送接口比如使用DMA等。 也可以使用8/16位并口的型號,使用fsmc提高效率。

4.2、喚醒測試

使用Demo:EVTEXAMWakeOnLanWakeOnLan.uvprojx

關(guān)鍵代碼如下

配置GPIO引腳輸入中斷,這里用PA8,中斷可喚醒MCU:

ch390_interrupt_init(); 

配置CH390喚醒幀過濾器：

sample_frame_filter_config(); 
// Enable magic packet and sample packet wake up

配置幀喚醒事件

ch390_wakeup_config(WCR_MAGICEN | WCR_SAMPLEEN);

每收到5包,配置CH390進入等待喚醒狀態(tài)，MCU進入WFI狀態(tài)，如果喚醒則產(chǎn)生WOL中斷，觸發(fā)MCU喚醒繼續(xù)執(zhí)行。

// Sleep every 5 packets received
if(receive_count >= 5)
{
  receive_count = 0;
  ch390_wake_notify();
  printf("Sleeprn");
  __WFI();
  printf("Wake on LAN!rn");
}

運行打印如下

4.3、LWIP測試

使用Demo:EVTEXAMLwIP_ExampleLwIP_Example.uvprojx

Cc.h中

typedef unsigned long    u32_t;
typedef signed long    s32_t;

改為

typedef unsigned int    u32_t;
typedef signed int    s32_t;

開發(fā)板IP配置IP4_ADDR(&ipaddr, 192, 168, 1, 120);

所以電腦配置為同網(wǎng)段192, 168, 1, 119

main.c中可以配置是否使能DHCP,這里不使能

#defineUSE_DHCP 0

4.3.1、UDP測試

main.c中測試udp收發(fā)

udpecho_init();
//tcp_client_init();
//tcp_server_init();

本地端口是2300，遠程端口是1000

void udpecho_init(void)
{
  udp_echo_pcb = udp_new();
  udp_bind(udp_echo_pcb, IP_ADDR_ANY, 2300);
  udp_connect(udp_echo_pcb, IP_ADDR_ANY, 1000);
  udp_recv(udp_echo_pcb, udpecho_recv, NULL);
}

上位機中使用網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手收發(fā)測試，開發(fā)板收到數(shù)據(jù)原樣返回，測試功能正常。

4.3.2、TCP服務(wù)端測試

//udpecho_init();
//tcp_client_init();
tcp_server_init();

開發(fā)板收到數(shù)據(jù)原樣返回,使用上位機調(diào)試助手，測試收發(fā)如下，功能測試正常。

4.3.3、TCP客戶端測試

//udpecho_init();
tcp_client_init();
//tcp_server_init();

如下函數(shù)中修改服務(wù)端地址和端口

void tcp_client_init(void)
{
  extern struct netif ch390_netif;
  ip4_addr_t server_ip;
  uint16_t server_port = 2200;
  IP4_ADDR(&server_ip, 192, 168, 1, 119);
  tcp_client_pcb = tcp_new();
  if (tcp_client_pcb == NULL)
  {
    printf("tcp_new errorn");
    return;
  }
  tcp_bind(tcp_client_pcb, IP_ANY_TYPE, 0);
  tcp_err(tcp_client_pcb, tcp_client_error);
  tcp_connect(tcp_client_pcb, (const ip_addr_t *)&server_ip,
  server_port, tcp_client_connected);
}

開發(fā)板收到數(shù)據(jù)原樣返回,使用上位機調(diào)試助手，測試收發(fā)如下，功能測試正常。

五、總結(jié)

從上可以看出CH390集成MAC+PHY，適用于無MAC的MCU和FPGA等主控快速實現(xiàn)以太網(wǎng)連接。CH390有較寬的VIO電壓域、較低的功耗、小的封裝尺寸、高的集成度(BOM要求簡單成本低)、提供MAC地址等明顯的優(yōu)點，是相應(yīng)需求時非常不錯的選擇。有了該芯片，媽媽再也不用擔(dān)心我無MAC的MCU和無MAC IP的FPGA聯(lián)網(wǎng)了。

官方提供了STM32F103的例程,可以直接基于此實現(xiàn)以太網(wǎng)RAW、UDP、TCP數(shù)據(jù)收發(fā)的應(yīng)用，其他平臺移植也很簡單，只需要實現(xiàn)簡單的接口替換即可。

審核編輯 黃宇