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以太网
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:link_to_translation:`en:[英文]`
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.. -------------------------------- Overview -----------------------------------
概述
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ESP-IDF 提供一系列功能强大且兼具一致性的 API, 为内部以太网 MAC (EMAC) 控制器和外部 SPI-Ethernet 模块提供支持。
本编程指南分为以下几个部分:
1. :ref: `basic-ethernet-concepts`
2. :ref: `driver-configuration-and-installation`
3. :ref: `connect-driver-to-stack`
4. :ref: `misc-operation-of-driver`
.. --------------------------- Basic Ethernet Concepts ------------------------------
.. _basic-ethernet-concepts:
以太网基本概念
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以太网是一种异步的带冲突检测的载波侦听多路访问 (CSMA/CD) 协议/接口。通常来说,以太网不太适用于低功率应用。然而,得益于其广泛的部署、高效的网络连接、高数据率以及范围不限的可扩展性,几乎所有的有线通信都可以通过以太网进行。
符合 IEEE 802.3 标准的正常以太网帧的长度在 64 至 1518 字节之间,由五个或六个不同的字段组成:目的地 MAC 地址 (DA)、源 MAC 地址 (SA)、类型/长度字段、数据有效载荷字段、可选的填充字段和帧校验序列字段 (CRC)。此外,在以太网上传输时,以太网数据包的开头需附加 7 字节的前导码和 1 字节的帧起始符 (SOF)。
因此,双绞线上的通信如图所示:
.. rackdiag :: ../../../_static/diagrams/ethernet/data_frame_format.diag
:caption: 以太网数据帧格式
:align: center
前导码和帧起始符
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前导码包含 7 字节的 `` 55H ` ` ,作用是使接收器在实际帧到达之前锁定数据流。
帧前界定符 (SFD) 为二进制序列 `` 10101011 `` (物理介质层可见)。有时它也被视作前导码的一部分。
在传输和接收数据时,协议将自动从数据包中生成/移除前导码和帧起始符。
目的地址 (DA)
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
目的地址字段包含一个 6 字节长的设备 MAC 地址,数据包将发送到该地址。如果 MAC 地址第一个字节中的最低有效位是 1, 则该地址为组播地址。例如, 01-00-00-F0-00 和 33-45-67-89-AB-CD 是组播地址,而 00-00-00-F0-00 和 32-45-67-89-AB-CD 不是。
带有组播地址的数据包将到达选定的一组以太网节点,并发挥重要作用。如果目的地址字段是保留的多播地址,即 FF-FF-FF-FF-FF-FF, 则该数据包是一个广播数据包, 指向共享网络中的每个对象。如果 MAC 地址的第一个字节中的最低有效位为 0, 则该地址为单播地址, 仅供寻址节点使用。
通常, EMAC 控制器会集成接收过滤器,用于丢弃或接收带有组播、广播和/或单播目的地址的数据包。传输数据包时,由主机控制器将所需的目标地址写入传输缓冲区。
源地址 (SA)
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源地址字段包含一个 6 字节长的节点 MAC 地址,以太网数据包通过该节点创建。以太网的用户需为所使用的任意控制器生成唯一的 MAC 地址。MAC 地址由两部分组成:前三个字节称为组织唯一标识符 (OUI),由 IEEE 分配;后三个字节是地址字节,由购买 OUI 的公司配置。有关 ESP-IDF 中使用的 MAC 地址的详细信息,请参见 :ref: `MAC 地址分配 <MAC-Address-Allocation>` 。
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传输数据包时,由主机控制器将分配的源 MAC 地址写入传输缓冲区。
类型/长度
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类型/长度字段长度为 2 字节。如果其值 <= 1500( 十进制) , 则该字段为长度字段, 指定在数据字段后的非填充数据量; 如果其值 >= 1536, 则该字段值表示后续数据包所属的协议。以下为该字段的常见值:
* IPv4 = 0800H
* IPv6 = 86DDH
* ARP = 0806H
使用专有网络的用户可以将此字段配置为长度字段。然而,对于使用互联网协议 (IP) 或地址解析协议 (ARP) 等协议的应用程序,在传输数据包时,应将此字段配置为协议规范定义的适当类型。
数据有效载荷
^^^^^^^^^^^^^
数据有效载荷字段是一个可变长度的字段,长度从 0 到 1500 字节不等。更大的数据包会因违反以太网标准而被大多数以太网节点丢弃。
数据有效载荷字段包含客户端数据,如 IP 数据报。
填充及帧校验序列 (FCS)
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
填充字段是一个可变长度的字段。数据有效载荷较小时,将添加填充字段以满足 IEEE 802.3 规范的要求。
以太网数据包的 DA、SA、类型、数据有效载荷和填充字段共计必须不小于 60 字节。加上所需的 4 字节 FCS 字段,数据包的长度必须不小于 64 字节。如果数据有效载荷字段小于 46 字节,则需要加上一个填充字段。
帧校验序列字段 (FCS) 长度为 4 字节,其中包含一个行业标准的 32 位 CRC, 该 CRC 是根据 DA、SA、类型、数据有效载荷和填充字段的数据计算的。鉴于计算 CRC 的复杂性,硬件通常会自动生成一个有效的 CRC 进行传输。否则,需由主机控制器生成 CRC 并将其写入传输缓冲区。
通常情况下,主机控制器无需关注填充字段和 CRC 字段,因为这两部分可以在传输或接收时由硬件 EMAC 自动生成或验证。然而,当数据包到达时,填充字段和 CRC 字段将被写入接收缓冲区。因此,如果需要的话,主机控制器也可以对它们进行评估。
.. note ::
除了上述的基本数据帧,在 10/100 Mbps 以太网中还有两种常见的帧类型:控制帧和 VLAN 标记帧。ESP-IDF 不支持这两种帧类型。
.. ------------------------------ Driver Operation --------------------------------
.. _driver-configuration-and-installation:
配置 MAC 和 PHY
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以太网驱动器由两部分组成: MAC 和 PHY。
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.. only :: SOC_EMAC_SUPPORTED
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MAC 和 PHY 之间的通信可以通过多种方式进行,如: **MII** (媒体独立接口)、 **RMII** (简化媒体独立接口)等。
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.. figure :: ../../../_static/rmii-interface.png
:scale: 80 %
:alt: 以太网 RMII 接口
:figclass: align-center
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以太网 RMII 接口
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MII 和 RMII 的一个明显区别在于其所需的信号数。MII 通常需要多达 18 个信号, RMII 接口则仅需要 9 个信号。
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在 RMII 模式下,接收器和发射器信号的参考时钟为 `` REF_CLK ` ` 。 **在访问 PHY 和 MAC 时, REF_CLK 必须保持稳定**。一般来说,根据您设计中 PHY 设备的特征,可通过以下三种方式生成 ` ` REF_CLK ` ` :
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* 一些 PHY 芯片可以从其外部连接的 25 MHz 晶体振荡器中获取 `` REF_CLK `` (如图中的选项 *a* 所示)。对于此类芯片,请在 :ref: `CONFIG_ETH_RMII_CLK_MODE` 中选择 `` CONFIG_ETH_RMII_CLK_INPUT ` ` 。
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* 一些 PHY 芯片使用可以作为 MAC 端 `` REF_CLK `` 的外接 50 MHz 晶体振荡器或其他时钟源(如图中的选项 *b* 所示)。对于此类芯片,请同样在 :ref: `CONFIG_ETH_RMII_CLK_MODE` 中选择 `` CONFIG_ETH_RMII_CLK_INPUT ` ` 。
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* 一些 EMAC 控制器可以使用其内部的高精度 PLL 生成 `` REF_CLK `` (如图中的选项 *c* 所示)。此种情况下,请在 :ref: `CONFIG_ETH_RMII_CLK_MODE` 中选择 `` CONFIG_ETH_RMII_CLK_OUTPUT ` ` 。
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.. note ::
如上所述,`` REF_CLK `` 默认通过项目配置进行配置。然而,通过设置 :cpp:member: `eth_esp32_emac_config_t::interface` 和 :cpp:member: `eth_esp32_emac_config_t::clock_config` ,也可以实现在用户应用代码中覆盖该时钟。更多细节,请参见 :cpp:enum: `emac_rmii_clock_mode_t` 和 :cpp:enum: `emac_rmii_clock_gpio_t` 。
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.. warning ::
如果配置 RMII 时钟模式为 `` CONFIG_ETH_RMII_CLK_OUTPUT ` ` ,那么就可以使用 ` ` GPIO0 `` 输出 `` REF_CLK `` 信号。更多细节,请参见 :ref: `CONFIG_ETH_RMII_CLK_OUTPUT_GPIO0` 。
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值得一提的是,如果您在设计中并未使用 PSRAM, 则 GPIO16 和 GPIO17 也可以用来输出参考时钟。更多细节,请参见 :ref: `CONFIG_ETH_RMII_CLK_OUT_GPIO` 。
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如果配置 RMII 时钟模式为 `` CONFIG_ETH_RMII_CLK_INPUT ` ` ,那么有且只有 ` ` GPIO0 `` 可以用来输入 `` REF_CLK `` 信号。请注意, `` GPIO0 `` 同时也是 ESP32 上一个重要的 strapping GPIO 管脚。如果 GPIO0 在上电时采样为低电平, ESP32 将进入下载模式,需进行手动复位重启系统。解决这个问题的方法是,在硬件中默认禁用 `` REF_CLK ` ` ,从而避免 strapping 管脚在启动阶段受到其他信号的干扰。随后,再在以太网驱动安装阶段重新启用 ` ` REF_CLK ` ` 。
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可以通过以下方法禁用 `` REF_CLK `` 信号:
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* 禁用或关闭晶体振荡器的电源(对应图中的选项 *b* )。
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* 强制复位 PHY 设备(对应图中的选项 *a* )。 **此种方法并不适用于所有 PHY 设备** ,即便处于复位状态,某些 PHY 设备仍会向 GPIO0 输出信号。
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**无论选择哪种 RMII 时钟模式,都请确保硬件设计中 REF_CLK 的信号完整性!** 信号线越短越好,并请保持信号线与 RF 设备和电感器元件的距离。
.. note ::
ESP-IDF 只支持 RMII 接口(即在 Kconfig 选项 :ref: `CONFIG_ETH_PHY_INTERFACE` 中始终选择 `` CONFIG_ETH_PHY_INTERFACE_RMII ` ` )。
在数据平面使用的信号通过 MUX 连接至特定的 GPIO, 这些信号无法配置至其他 GPIO。在控制平面使用的信号则可以通过 Matrix 矩阵路由到任何空闲 GPIO。相关的硬件设计示例, 请参考 :doc: `ESP32-Ethernet-Kit <../../hw-reference/esp32/get-started-ethernet-kit>` 。
根据您的以太网板设计,需要分别为 MAC 和 PHY 配置必要的参数,通过两者完成驱动程序的安装。
MAC 的相关配置可以在 :cpp:class: `eth_mac_config_t` 中找到,具体包括:
.. list ::
* :cpp:member: `eth_mac_config_t::sw_reset_timeout_ms` : 软件复位超时值, 单位为毫秒。通常, MAC 复位应在 100 ms 内完成。
* :cpp:member: `eth_mac_config_t::rx_task_stack_size` 和 :cpp:member: `eth_mac_config_t::rx_task_prio` : MAC 驱动会创建一个专门的任务来处理传入的数据包,这两个参数用于设置该任务的堆栈大小和优先级。
* :cpp:member: `eth_mac_config_t::flags` :指定 MAC 驱动应支持的额外功能,尤其适用于某些特殊情况。这个字段的值支持与以 `` ETH_MAC_FLAG_ `` 为前缀的宏进行 OR 运算。例如,如果 MAC 驱动应在禁用缓存后开始工作,那么则需要用 :c:macro: `ETH_MAC_FLAG_WORK_WITH_CACHE_DISABLE` 配置这个字段。
:SOC_EMAC_SUPPORTED: * :cpp:member:`eth_esp32_emac_config_t::smi_mdc_gpio_num` 和 :cpp:member:`eth_esp32_emac_config_t::smi_mdio_gpio_num`:连接 SMI 信号的 GPIO 编号。
:SOC_EMAC_SUPPORTED: * :cpp:member:`eth_esp32_emac_config_t::interface`:配置到 PHY (MII/RMII) 的 MAC 数据接口。
:SOC_EMAC_SUPPORTED: * :cpp:member:`eth_esp32_emac_config_t::clock_config`:配置 EMAC 接口时钟( RMII 模式下的 ``REF_CLK`` 模式以及 GPIO 编号)。
MAC 的相关配置可以在 :cpp:class: `eth_phy_config_t` 中找到,具体包括:
.. list ::
* :cpp:member: `eth_phy_config_t::phy_addr` :同一条 SMI 总线上可以存在多个 PHY 设备,所以有必要为各个 PHY 设备分配唯一地址。通常,这个地址是在硬件设计期间,通过拉高/拉低一些 PHY strapping 管脚来配置的。根据不同的以太网开发板,可配置值为 0 到 15。需注意, 如果 SMI 总线上仅有一个 PHY 设备,将该值配置为 -1, 即可使驱动程序自动检测 PHY 地址。
* :cpp:member: `eth_phy_config_t::reset_timeout_ms` : 复位超时值, 单位为毫秒。通常, PHY 复位应在 100 ms 内完成。
* :cpp:member: `eth_phy_config_t::autonego_timeout_ms` :自动协商超时值,单位为毫秒。以太网驱动程序会自动与对等的以太网节点进行协商,以确定双工和速度模式。此值通常取决于您电路板上 PHY 设备的性能。
* :cpp:member: `eth_phy_config_t::reset_gpio_num` :如果您的开发板同时将 PHY 复位管脚连接至了任意 GPIO 管脚,请使用该字段进行配置。否则,配置为 -1。
ESP-IDF 在宏 :c:macro: `ETH_MAC_DEFAULT_CONFIG` 和 :c:macro: `ETH_PHY_DEFAULT_CONFIG` 中为 MAC 和 PHY 提供了默认配置。
创建 MAC 和 PHY 实例
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以太网驱动是以面向对象的方式实现的。对 MAC 和 PHY 的任何操作都应基于实例。
.. only :: SOC_EMAC_SUPPORTED
内部 EMAC + 外部 PHY
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.. highlight :: c
::
eth_mac_config_t mac_config = ETH_MAC_DEFAULT_CONFIG(); // 应用默认的通用 MAC 配置
eth_esp32_emac_config_t esp32_emac_config = ETH_ESP32_EMAC_DEFAULT_CONFIG(); // 应用默认的供应商特定 MAC 配置
esp32_emac_config.smi_mdc_gpio_num = CONFIG_EXAMPLE_ETH_MDC_GPIO; // 更改用于 MDC 信号的 GPIO
esp32_emac_config.smi_mdio_gpio_num = CONFIG_EXAMPLE_ETH_MDIO_GPIO; // 更改用于 MDIO 信号的 GPIO
esp_eth_mac_t *mac = esp_eth_mac_new_esp32(&esp32_emac_config, &mac_config); // 创建 MAC 实例
eth_phy_config_t phy_config = ETH_PHY_DEFAULT_CONFIG(); // 应用默认的 PHY 配置
phy_config.phy_addr = CONFIG_EXAMPLE_ETH_PHY_ADDR; // 根据开发板设计更改 PHY 地址
phy_config.reset_gpio_num = CONFIG_EXAMPLE_ETH_PHY_RST_GPIO; // 更改用于 PHY 复位的 GPIO
esp_eth_phy_t *phy = esp_eth_phy_new_ip101(&phy_config); // 创建 PHY 实例
// ESP-IDF 为数种以太网 PHY 芯片驱动提供官方支持
// esp_eth_phy_t *phy = esp_eth_phy_new_rtl8201(&phy_config);
// esp_eth_phy_t *phy = esp_eth_phy_new_lan8720(&phy_config);
// esp_eth_phy_t *phy = esp_eth_phy_new_dp83848(&phy_config);
可选的运行时 MAC 时钟配置
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可以通过用户应用程序代码,选择性配置 EMAC 中的 `` REF_CLK ` ` 。
.. highlight :: c
::
eth_esp32_emac_config_t esp32_emac_config = ETH_ESP32_EMAC_DEFAULT_CONFIG(); // 应用默认的供应商特定 MAC 配置
// ...
esp32_emac_config.interface = EMAC_DATA_INTERFACE_RMII; // 更改 EMAC 数据接口
esp32_emac_config.clock_config.rmii.clock_mode = EMAC_CLK_OUT; // 配置 EMAC REF_CLK 模式
esp32_emac_config.clock_config.rmii.clock_gpio = EMAC_CLK_OUT_GPIO; // 配置用于输入/输出 EMAC REF_CLK 的 GPIO 编号
esp_eth_mac_t *mac = esp_eth_mac_new_esp32(&esp32_emac_config, &mac_config); // 创建 MAC 实例
SPI-Ethernet 模块
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.. highlight :: c
::
eth_mac_config_t mac_config = ETH_MAC_DEFAULT_CONFIG(); // 应用默认的通用 MAC 配置
eth_phy_config_t phy_config = ETH_PHY_DEFAULT_CONFIG(); // 应用默认的 PHY 配置
phy_config.phy_addr = CONFIG_EXAMPLE_ETH_PHY_ADDR; // 根据开发板设计更改 PHY 地址
phy_config.reset_gpio_num = CONFIG_EXAMPLE_ETH_PHY_RST_GPIO; // 更改用于 PHY 复位的 GPIO
// 安装 GPIO 中断服务(因为 SPI-Ethernet 模块为中断驱动)
gpio_install_isr_service(0);
// 配置 SPI 总线
spi_device_handle_t spi_handle = NULL;
spi_bus_config_t buscfg = {
.miso_io_num = CONFIG_EXAMPLE_ETH_SPI_MISO_GPIO,
.mosi_io_num = CONFIG_EXAMPLE_ETH_SPI_MOSI_GPIO,
.sclk_io_num = CONFIG_EXAMPLE_ETH_SPI_SCLK_GPIO,
.quadwp_io_num = -1,
.quadhd_io_num = -1,
};
ESP_ERROR_CHECK(spi_bus_initialize(CONFIG_EXAMPLE_ETH_SPI_HOST, &buscfg, 1));
// 配置 SPI 从机设备
spi_device_interface_config_t spi_devcfg = {
.mode = 0,
.clock_speed_hz = CONFIG_EXAMPLE_ETH_SPI_CLOCK_MHZ * 1000 * 1000,
.spics_io_num = CONFIG_EXAMPLE_ETH_SPI_CS_GPIO,
.queue_size = 20
};
/* dm9051 ethernet driver is based on spi driver * /
eth_dm9051_config_t dm9051_config = ETH_DM9051_DEFAULT_CONFIG(CONFIG_EXAMPLE_ETH_SPI_HOST, &spi_devcfg);
dm9051_config.int_gpio_num = CONFIG_EXAMPLE_ETH_SPI_INT_GPIO;
esp_eth_mac_t *mac = esp_eth_mac_new_dm9051(&dm9051_config, &mac_config);
esp_eth_phy_t *phy = esp_eth_phy_new_dm9051(&phy_config);
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.. note ::
* 当为 SPI-Ethernet 模块(例如 DM9051) 创建 MAC 和 PHY 实例时,由于 PHY 是集成在模块中的,因此调用的实例创建函数的后缀须保持一致(例如 `esp_eth_mac_new_dm9051` 和 `esp_eth_phy_new_dm9051` 搭配使用)。
* 针对不同的以太网模块,或是为了满足特定 PCB 上的 SPI 时序, SPI 从机设备配置(即 `spi_device_interface_config_t` )可能略有不同。具体配置请查看模块规格以及 ESP-IDF 中的示例。
安装驱动程序
--------------
安装以太网驱动程序需要结合 MAC 和 PHY 实例,并在 :cpp:class: `esp_eth_config_t` 中配置一些额外的高级选项(即不仅限于 MAC 或 PHY 的选项):
* :cpp:member: `esp_eth_config_t::mac` :由 MAC 生成器创建的实例(例如 :cpp:func: `esp_eth_mac_new_esp32` )。
* :cpp:member: `esp_eth_config_t::phy` :由 PHY 生成器创建的实例(例如 :cpp:func: `esp_eth_phy_new_ip101` )。
* :cpp:member: `esp_eth_config_t::check_link_period_ms` :以太网驱动程序会启用操作系统定时器来定期检查链接状态。该字段用于设置间隔时间,单位为毫秒。
* :cpp:member: `esp_eth_config_t::stack_input` :在大多数的以太网物联网应用中,驱动器接收的以太网帧会被传递到上层(如 TCP/IP 栈)。经配置,该字段为负责处理传入帧的函数。您可以在安装驱动程序后,通过函数 :cpp:func: `esp_eth_update_input_path` 更新该字段。该字段支持在运行过程中进行更新。
* :cpp:member: `esp_eth_config_t::on_lowlevel_init_done` 和 :cpp:member: `esp_eth_config_t::on_lowlevel_deinit_done` : 这两个字段用于指定钩子函数,当去初始化或初始化低级别硬件时,会调用钩子函数。
ESP-IDF 在宏 :c:macro: `ETH_DEFAULT_CONFIG` 中为安装驱动程序提供了一个默认配置。
.. highlight :: c
::
esp_eth_config_t config = ETH_DEFAULT_CONFIG(mac, phy); // 应用默认驱动程序配置
esp_eth_handle_t eth_handle = NULL; // 驱动程序安装完毕后,将得到驱动程序的句柄
esp_eth_driver_install(&config, ð_handle); // 安装驱动程序
以太网驱动程序包含事件驱动模型,该模型会向用户空间发送有用及重要的事件。安装以太网驱动程序之前,需要首先初始化事件循环。有关事件驱动编程的更多信息,请参考 :doc: `ESP Event <../system/esp_event>` .
.. highlight :: c
::
/** 以太网事件的事件处理程序 * /
static void eth_event_handler(void *arg, esp_event_base_t event_base,
int32_t event_id, void *event_data)
{
uint8_t mac_addr[6] = {0};
/* 可从事件数据中获得以太网驱动句柄 * /
esp_eth_handle_t eth_handle = *(esp_eth_handle_t * )event_data;
switch (event_id) {
case ETHERNET_EVENT_CONNECTED:
esp_eth_ioctl(eth_handle, ETH_CMD_G_MAC_ADDR, mac_addr);
ESP_LOGI(TAG, "Ethernet Link Up");
ESP_LOGI(TAG, "Ethernet HW Addr %02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x",
mac_addr[0], mac_addr[1], mac_addr[2], mac_addr[3], mac_addr[4], mac_addr[5]);
break;
case ETHERNET_EVENT_DISCONNECTED:
ESP_LOGI(TAG, "Ethernet Link Down");
break;
case ETHERNET_EVENT_START:
ESP_LOGI(TAG, "Ethernet Started");
break;
case ETHERNET_EVENT_STOP:
ESP_LOGI(TAG, "Ethernet Stopped");
break;
default:
break;
}
}
esp_event_loop_create_default(); // 创建一个在后台运行的默认事件循环
esp_event_handler_register(ETH_EVENT, ESP_EVENT_ANY_ID, ð_event_handler, NULL); // 注册以太网事件处理程序(用于在发生 link up/down 等事件时,处理特定的用户相关内容)
启动以太网驱动程序
---------------------
安装驱动程序后,可以立即启动以太网。
.. highlight :: c
::
esp_eth_start(eth_handle); // 启动以太网驱动程序状态机
.. _connect-driver-to-stack:
连接驱动程序至 TCP/IP 协议栈
------------------------------
现在,以太网驱动程序已经完成安装。但对应 OSI( 开放式系统互连模型) 来看, 目前阶段仍然属于第二层( 即数据链路层) 。这意味着可以检测到 link up/down 事件,获得用户空间的 MAC 地址,但无法获得 IP 地址,当然也无法发送 HTTP 请求。ESP-IDF 中使用的 TCP/IP 协议栈是 LwIP, 关于 LwIP 的更多信息,请参考 :doc: `LwIP <../../api-guides/lwip>` 。
要将以太网驱动程序连接至 TCP/IP 协议栈,需要以下三步:
1. 为以太网驱动程序创建网络接口
2. 将网络接口连接到以太网驱动程序
3. 注册 IP 事件处理程序
有关网络接口的更多信息,请参考 :doc: `Network Interface <esp_netif>` 。
.. highlight :: c
::
/** IP_EVENT_ETH_GOT_IP 的事件处理程序 * /
static void got_ip_event_handler(void *arg, esp_event_base_t event_base,
int32_t event_id, void *event_data)
{
ip_event_got_ip_t *event = (ip_event_got_ip_t * ) event_data;
const esp_netif_ip_info_t *ip_info = &event->ip_info;
ESP_LOGI(TAG, "Ethernet Got IP Address");
ESP_LOGI(TAG, "~~~~~~~~~~~");
ESP_LOGI(TAG, "ETHIP:" IPSTR, IP2STR(&ip_info->ip));
ESP_LOGI(TAG, "ETHMASK:" IPSTR, IP2STR(&ip_info->netmask));
ESP_LOGI(TAG, "ETHGW:" IPSTR, IP2STR(&ip_info->gw));
ESP_LOGI(TAG, "~~~~~~~~~~~");
}
esp_netif_init()); // 初始化 TCP/IP 网络接口(在应用程序中应仅调用一次)
esp_netif_config_t cfg = ESP_NETIF_DEFAULT_ETH(); // 应用以太网的默认网络接口配置
esp_netif_t *eth_netif = esp_netif_new(&cfg); // 为以太网驱动程序创建网络接口
esp_netif_attach(eth_netif, esp_eth_new_netif_glue(eth_handle)); // 将以太网驱动程序连接至 TCP/IP 协议栈
esp_event_handler_register(IP_EVENT, IP_EVENT_ETH_GOT_IP, &got_ip_event_handler, NULL); // 注册用户定义的 IP 事件处理程序
esp_eth_start(eth_handle); // 启动以太网驱动程序状态机
.. warning ::
推荐在完成整个以太网驱动和网络接口的初始化后,再注册用户定义的以太网/IP 事件处理程序,也就是把注册事件处理程序作为启动以太网驱动程序的最后一步。这样可以确保以太网驱动程序或网络接口将首先执行以太网/IP 事件,从而保证在执行用户定义的处理程序时,系统处于预期状态。
.. _misc-operation-of-driver:
以太网驱动程序的杂项控制
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以下功能只支持在安装以太网驱动程序后调用。
* 关闭以太网驱动程序::cpp:func: `esp_eth_stop`
* 更新以太网数据输入路径::cpp:func: `esp_eth_update_input_path`
* 获取/设置以太网驱动程序杂项内容::cpp:func: `esp_eth_ioctl`
.. highlight :: c
::
/* 获取 MAC 地址 * /
uint8_t mac_addr[6];
memset(mac_addr, 0, sizeof(mac_addr));
esp_eth_ioctl(eth_handle, ETH_CMD_G_MAC_ADDR, mac_addr);
ESP_LOGI(TAG, "Ethernet MAC Address: %02x:%02x:%02x:%02x:%02x:%02x",
mac_addr[0], mac_addr[1], mac_addr[2], mac_addr[3], mac_addr[4], mac_addr[5]);
/* 获取 PHY 地址 * /
int phy_addr = -1;
esp_eth_ioctl(eth_handle, ETH_CMD_G_PHY_ADDR, &phy_addr);
ESP_LOGI(TAG, "Ethernet PHY Address: %d", phy_addr);
.. _flow-control:
数据流量控制
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受 RAM 大小限制, 在网络拥堵时, MCU 上的以太网通常仅能处理有限数量的帧。发送站的数据传输速度可能快于对等端的接收能力。以太网数据流量控制机制允许接收节点向发送方发出信号,要求暂停传输,直到接收方跟上。这项功能是通过暂停帧实现的,该帧定义在 IEEE 802.3x 中。
暂停帧是一种特殊的以太网帧,用于携带暂停命令,其 EtherType 字段为 0x8808, 控制操作码为 0x0001。只有配置为全双工操作的节点组可以发送暂停帧。当节点组希望暂停链路的另一端时, 它会发送一个暂停帧到 48 位的保留组播地址 01-80-C2-00-00-01。暂停帧中也包括请求暂停的时间段, 以两字节的整数形式发送, 值的范围从 0 到 65535。
安装以太网驱动程序后,数据流量控制功能默认禁用,可以通过以下方式启用此功能:
.. highlight :: c
::
bool flow_ctrl_enable = true;
esp_eth_ioctl(eth_handle, ETH_CMD_S_FLOW_CTRL, &flow_ctrl_enable);
需注意,暂停帧是在自动协商期间由 PHY 向对等端公布的。只有当链路的两边都支持暂停帧时,以太网驱动程序才会发送暂停帧。
.. -------------------------------- Examples -----------------------------------
应用示例
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* 以太网基本示例::example: `ethernet/basic`
* 以太网 iperf 示例::example: `ethernet/iperf`
* 以太网到 Wi-Fi AP “路由器”::example: `ethernet/eth2ap`
* 大多数协议示例也适用于以太网::example: `protocols`
.. ------------------------------ Advanced Topics -------------------------------
.. _advanced-topics:
进阶操作
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自定义 PHY 驱动程序
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目前市面上已有多家 PHY 制造商提供了大量的芯片组合。ESP-IDF 现已支持数种 PHY 芯片,但是由于价格、功能、库存等原因,有时用户还是无法找到一款能满足其实际需求的芯片。
好在 IEEE 802.3 在其 22.2.4 管理功能部分对 EMAC 和 PHY 之间的管理接口进行了标准化。该部分定义了所谓的 ”MII 管理接口”规范,用于控制 PHY 和收集 PHY 的状态,还定义了一组管理寄存器来控制芯片行为、链接属性、自动协商配置等。在 ESP-IDF 中,这项基本的管理功能是由 :component_file:`esp_eth/src/esp_eth_phy_802_3.c` 实现的,这也大大降低了创建新的自定义 PHY 芯片驱动的难度。
.. note ::
由于一些 PHY 芯片可能不符合 IEEE 802.3 第 22.2.4 节的规定,所以请首先查看 PHY 数据手册。不过,就算芯片不符合规定,您依旧可以创建自定义 PHY 驱动程序,只是由于需要自行定义所有的 PHY 管理功能,这个过程将变得较为复杂。
ESP-IDF 以太网驱动程序所需的大部分 PHY 管理功能都已涵盖在 :component_file:`esp_eth/src/esp_eth_phy_802_3.c` 中。不过对于以下几项,可能仍需针对不同芯片开发具体的管理功能:
* 链接状态。此项总是由使用的具体芯片决定
* 芯片初始化。即使不存在严格的限制,也应进行自定义,以确保使用的是符合预期的芯片
* 芯片的具体功能配置
**创建自定义 PHY 驱动程序的步骤:**
1. 请根据 PHY 数据手册,定义针对供应商的特定注册表布局。示例请参见 :component_file:`esp_eth/src/esp_eth_phy_ip101.c` 。
2. 准备衍生的 PHY 管理对象信息结构,该结构:
* 必须至少包含 IEEE 802.3 :cpp:class: `phy_802_3_t` 父对象
* 可选包含支持非 IEEE 802.3 或自定义功能所需的额外变量。示例请参见 :component_file:`esp_eth/src/esp_eth_phy_ksz80xx.c` 。
3. 定义针对芯片的特定管理回调功能。
4. 初始化 IEEE 802.3 父对象并重新分配针对芯片的特定管理回调功能。
实现新的自定义 PHY 驱动程序后,你可以通过 `IDF组件管理中心 <https://components.espressif.com/> `_ 将驱动分享给其他用户。
.. ---------------------------- API Reference ----------------------------------
API 参考
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.. include-build-file :: inc/esp_eth.inc
.. include-build-file :: inc/esp_eth_driver.inc
.. include-build-file :: inc/esp_eth_com.inc
.. include-build-file :: inc/esp_eth_mac.inc
.. include-build-file :: inc/esp_eth_phy.inc
.. include-build-file :: inc/esp_eth_phy_802_3.inc
.. include-build-file :: inc/esp_eth_netif_glue.inc