SAM4E单片机之旅——22、GMAC和PHY的介绍与初始化

网络通信的作用不用多说，而这次进行的工作即是对以太网通信过程中，需要用到的硬件部分进行初始化，也介绍了发送和接收数据的方法。

由于较为复杂，所以使用了ASF框架。但是也会对用到的库函数的实现做一个介绍。

　　一、 MAC、PHY和MII

IEEE 802.3是现在常用的以太网标准，它定义了物理层(Physical Layer， PHY)和介质访问控制层(Media Access Control， MAC)的标准。另外，在OSI模型中，MAC则处于数据链路层的底层。

而在硬件实现上，M4使用的GMAC外设实现了802.3中MAC的功能。开发板携带型号为KSZ8051MNL的PHY芯片以及RJ45接口则实现了物理层的功能：

MAC和PHY之间交互的接口则是介质独立接口(Media Independent Interface，MII)。MII包含一个数据通信接口，以及一个管理接口(Management Data Input/Output ，MDIO)。由于PHY的接口是面向MAC的，所以我们需要通过MAC来对PHY进行管理及数据交互。

另外，更早制定的Ethernet II帧则是现在以太网传输中常使用的帧格式。

　　二、 GMAC的DMA缓冲区

GMAC使用了一个DMA接口。和M4的通用DMAC一样，它也可以自动进行多次传输，但是方式稍微有点区别。GMAC的DMA 对发送和接收使用不同的缓冲区列表，而缓冲区描述符列表是一个数组，而不是DMAC所使用的链表。数组的起始位置保存在寄存器(GMAC_RBQB、GMAC_TBQB)中，且缓冲区描述符中有一个字段(Wrap)指示其是否为数组中的最后一个描述符。如接收缓冲区：

在工作过程中，DMA会顺序访问每个缓冲区描述符，而在访问最后一个描述符时，就会重新开始遍历。

对于接收缓冲，列表中每一个缓冲区的长度是一样的，这个长度由DMA配置寄存器(GMAC_DCFGR)中的DRBS字段指定。在DMA将数据写入接收缓冲时，也会设置描述符相应的字段，以表明每帧的起始与结束;同时，也会标注相关的信息，如是否为广播帧等。

对于发送缓冲，其帧长度、是否需要添加CRC等控制信息也均在描述符中表示。在准备好数据后，向GMAC_NCR寄存器写入TSTART字段即可触发发送操作。

　　三、 使用ASF初始化GMAC

由于PHY是通过MAC访问的，所有在设置PHY前要完成GMAC的设置。

GMAC约有94个寄存器，其中约有40个为统计寄存器，约15个寄存器与1588和PTP相关，约15个寄存器与特殊地址和ID有关。另外，在有些状态寄存器中，需要向特定位写入1才会清除该位的状态。

使用的ASF模块为Ethernet GMAC，然后conf_eth.h中可以设置MAC地址，IP地址，子网掩码，网关以及缓冲区大小等参数。

然后调用gmac_dev_init( ) 函数即可对GMAC进行初始化：

pmc_enable_periph_clk(ID_GMAC);

// MAC地址

uint8_t mac_address[] =

{ ETHERNET_CONF_ETHADDR0, ETHERNET_CONF_ETHADDR1,

ETHERNET_CONF_ETHADDR2,ETHERNET_CONF_ETHADDR3,

ETHERNET_CONF_ETHADDR4, ETHERNET_CONF_ETHADDR5

};

// GMAC选项

gmac_options_t gmac_option;

gmac_option.uc_copy_all_frame = 0; //　不拷贝所有帧

gmac_option.uc_no_boardcast = 0; //　不忽略广播

memcpy(gmac_option.uc_mac_addr,

mac_address, sizeof(mac_address)); //拷贝MAC地址

// GMAC驱动设置

gmac_device_t gmac_dev;

gs_gmac_dev.p_hw = GMAC; // 指定GMAC寄存器基址

// 初始化GMAC

gmac_dev_init(GMAC, &gmac_dev, &gmac_option);

gmac_dev_init(Gmac* p_gmac, gmac_device_t* p_gmac_dev, gmac_options_t* p_opt) 函数完成了以下的工作：

禁用发送接收，禁用GMAC所有中断;清除统计寄存器，以及发送接受状态寄存器。

设置GMAC_NCFGR寄存器。根据p_opt，判断是否拷贝所有帧，以及是否忽略广播。同时，追加GMAC_NCFGR_PEN 和 GMAC_NCFGR_IRXFCS位。(我觉得这里应该是个BUG，从其注释判断需要追加的应该是GMAC_NCFGR_RFCS位)

设置好DMA缓冲，然后调用gmac_init_mem( ) 对缓冲区描述符等进行初始化。这个函数里也会使能发送和接收，同时也会启用一系列的中断。设置完成后，DMA缓冲的信息将储存在p_gmac_dev中。

将MAC地址写入特别地址寄存器1。

　　四、 PHY的地址

在MDIO通信过程中，每个PHY都会有一个4位的地址。而开发板携带的KSZ8051MNL芯片，可以在上电或复位时，根据引脚设置地址的低3位：

在开发板中，上电时PHYAD[2:0]的值为