理解以太网PHY与MAC：从LWIP学习笔记

"这篇文档是关于LWIP学习的第一部分，主要探讨了网络通信中的物理层(PHY)和数据链路层(MAC)的工作原理及其在STM32环境中的应用。作者提到了以太网标准IEEE 802.3，并概述了不同硬件配置方式，如CPU集成MAC与PHY、独立芯片等。文中还提到了软件操作网口的一般步骤，包括内存分配、MAC和PHY初始化以及启动收发，并简要介绍了MIIM接口的工作机制。" 在嵌入式系统中，特别是使用STM32微控制器时，理解网络通信的基础知识至关重要。LWIP（Lightweight IP）是一个小巧的TCP/IP协议栈，常用于资源有限的嵌入式设备。本文档的焦点在于LWIP工作环境中涉及到的网络层次，尤其是PHY和MAC层。 PHY层，即物理层，负责实际的物理信号传输。在以太网中，PHY包含多个子层，如MII/GMII、PCS、PMA、PMD和MDI，它们共同作用于将MAC层的并行数据转换为串行信号，进行编码并传输。在接收时，PHY会解码这些模拟信号，恢复原始数据并传递给MAC层。PHY不关注数据的内容，只处理信号的物理特性。 MAC层，即媒体访问控制层，是数据链路层的一部分。它负责数据帧的构造、错误检测、地址寻址和访问控制。在STM32中，MAC通常集成在微控制器内部，处理来自PHY的数据，添加必要的控制信息，并与上层协议（如LLC）交互。在发送时，MAC会判断网络状况决定何时发送数据，并在接收时检查数据的完整性。 在硬件实现上，PHY和MAC可能集成在同一芯片上，或者分别独立。STM32可以集成MAC，但PHY可能需要单独的芯片通过MII接口连接。MIIM（Media Independent Interface）是CPU与PHY之间通信的接口，仅由CPU发起读写操作，PHY无法主动向MAC发送信息。 在软件层面，使用LWIP进行网络通信需要进行以下步骤： 1. 分配内存：为TCP/IP协议栈的数据收发预留内存空间，用于存放网络包。 2. 初始化MAC：设置MAC寄存器，配置MAC地址和其他必要参数。 3. 初始化PHY：通过MIIM接口与PHY交互，设置PHY的寄存器，例如获取链路状态、速度和双工模式等。 4. 启动收发：开启网络接口，使能收发功能，让LWIP开始处理网络数据。 理解这些基本概念和操作流程，对于开发基于STM32和LWIP的网络应用至关重要，能够帮助开发者更有效地设计和调试网络通信功能。