单片机LWIP配置指南

 配置工具：STM32CubeMX 6.2.1 （一些高版本缺少PHY部分配置）

1 LWIP简介

LWIP：是小型的开源TCP/IP协议栈。

LWIP可以做什么：云平台接入、无线网关、网络摄像头、远程模块。

在单片机中，LWIP协议实现了应用层、传输层、网络层的代码，数据链路层由MAC内核实现，物理层由PHY芯片实现。所以LWIP+MAC+PHY实现了TCP/IP模型。

2 MAC简介

STM32自带10/100Mbit/s的以太网MAC内核，他提供地址及媒体访问的控制方式。

MAC内核的特性：

（1）传输速率：支持外部PHY接口实现10/100Mbit/s数据传输速率。

（2）协议标准：符合IEEE802.3/3u的MII和RMII接口与快速以太网PHY特性。

（3）工作模式：全双工、半双工。

（4）站管理接口：支持通过MDIO接口配置和管理PHY设备。

3 ST的ETH框架

在单片机发送数据经过步骤如下：

（1）网络层数据以DMA方式发送到TX FIFO中；

（2）数据经过MAC内核处理；

（3）MAC内核处理后的数据以RMII/MII方式发送到外部PHY芯片；

（4）在PHY中数据转成光/电信号发往网络当中。

接收可以倒推。

TX FIFO和RX FIFO是2KB的原因：因为以太网传输中要求字节不能超过1500字节≈1.4KB，所以设置了2KB。

PHY交互接口

（1）数据通道：RMII/MII；

（2）管理通道：SMI（MDC、MDIO）

SMI站管理接口

允许应用程序通过时钟线和数据线访问任意PHY寄存器，最多支持32个PHY访问。

MDC：周期时钟引脚（最大频率为：2.5MHz）

MDIC：数据输入/输出比特流。

图中RXER/PHYAD0决定了PHY芯片的地址，接上拉其起止就为1，接下拉其地址就为0。

4 介质接口MII、RMII

用于MAC内核与外部PHY互联，支持10/100Mbit/s数据传输模式。

相同特性

（1）支持外部PHY实现10/100Mbit/s数据传输速率。

（2）符合IEEE802.3协议标准。

（3）…..

不同特性：

 MII中TX_CLK\RX_CLK的时钟由外部PHY提供。

（1）如果MAC的传输速率是10MBit/s，则这两根线的时钟就是2.5MHz；

（2）如果MAC的传输速率是100MBit/s，则这两根线的时钟就是25MHz。

RMII的时钟线REF_CLK是50MHz。

注意：RX_ER和RX_DV是用来检测以太网帧是否有效，而SRC和COL以及CRS_DV在全双工模式先是无效的。

图中PHY的时钟由HSE提供25MHz或者外部晶振提供25MHz，二者选其一，但是TX_CLK\RX_CLK具体是多少赫兹，要看MAC的传输速率，以此来做降频。

RMII的REF_CLK时钟有两个：MCO提供25MHz，经过PLL倍频为50MHz，或者由外部晶振提供。这个始终必须同时提供给MAC和PHY。

5 PHY芯片介绍

硬件角度解释，一般的PHY芯片为模数混合电路，负责接收电、光信号的模拟信号，经过解调和AD转换后，经过MII/RMII接口将这些信号交给MAC内核处理。

LAN8720A的PHY地址

RMII模式设置

（1）REF_CLK In模式：外部提供50MHz时钟连接到PHY芯片5号引脚以及RMII_REF_CLK.

（2）REF_CLK Out模式：外部提供25MHz时钟给PHY芯片，REF_CLK引脚输出50MHz.

RMII模式的选择呢由PHY2号引脚决定，为0：REF_CLK Out模式；为1：REF_CLK In模式。

PHY特殊功能寄存器

BCR的bit13：速度选择，10/100Mbps

             bit8：设备全双工、半双工

6 STM32CubeMX配置

MX_LWIP_Process()

MX_LWIP_Process()的主要作用是在STM32的系统循环中定期调用LwIP的tcpip_input()函数，以处理网络事件。在LwIP协议栈中，网络数据的接收和发送、连接的建立和断开等操作都是异步的，需要通过定期调用tcpip_input()来处理这些事件。

要注意的是，MX_LWIP_Process()的调用频率应该足够高，以保证网络通信的实时性。如果调用频率过低，可能会导致网络延迟增加，甚至出现丢包等问题。在实际应用中，可以根据具体的网络需求和系统资源情况，调整MX_LWIP_Process()的调用频率。

作者：xbclp