以太網(wǎng)MAC層(Media Access Control Layer，媒體接入控制層)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)鏈路層(Data Link Layer)的一個(gè)子層，它定義了設(shè)備如何訪(fǎng)問(wèn)和控制共享的物理介質(zhì)(如以太網(wǎng)電纜)。

以太網(wǎng)MAC層在網(wǎng)絡(luò)通信中具有極其重要的作用和價(jià)值，它實(shí)現(xiàn)了物理介質(zhì)的高效共享，設(shè)備級(jí)的尋址能力，確保了數(shù)據(jù)的可靠傳輸，通過(guò)錯(cuò)誤檢測(cè)與糾正機(jī)制提高了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，同時(shí)支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜驮O(shè)備，是網(wǎng)絡(luò)通信的堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

智多晶EthMAC IP

EthMAC是西安智多晶微電子有限公司在2024年基于IEEE802.3-2008 協(xié)議clause 3章節(jié)開(kāi)發(fā)的通信IP。

IP的用戶(hù)接口為AXI-Stream，APB3和中斷信號(hào)，其中AXI-Stream接口用于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的收發(fā)，APB3和中斷接口用于寄存器配置，狀態(tài)讀取等操作。EthMAC的網(wǎng)絡(luò)側(cè)采用GMII接口，可以直連GMII接口，也可通過(guò)PHY接口適配模塊轉(zhuǎn)換為目標(biāo)接口（例如RGMII），從而適配不同的網(wǎng)絡(luò)phy芯片。

EthMAC IP特性

1 STREAM和CONTROLLER兩種工作模式

2支持正常模式和環(huán)回模式（用于測(cè)試）

3支持Inband FCS模式

4支持Jumbo幀

5支持VLAN幀

6支持接收幀過(guò)濾

7支持流控

8支持精準(zhǔn)流控

9支持地址過(guò)濾調(diào)試模式

10 支持收發(fā)幀類(lèi)別和錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)

幀類(lèi)別和錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)

EthMAC IP中實(shí)現(xiàn)了細(xì)致的幀信息統(tǒng)計(jì)和錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)，完全用硬件實(shí)現(xiàn)監(jiān)控與統(tǒng)計(jì)，供寄存器讀取，可用于網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)評(píng)估與分析。

幀類(lèi)別統(tǒng)計(jì)包括：

所有成功幀的收發(fā)統(tǒng)計(jì)（以長(zhǎng)度分段），廣播幀的收發(fā)統(tǒng)計(jì)，多播幀的收發(fā)統(tǒng)計(jì)，控制幀的收發(fā)統(tǒng)計(jì)，暫停幀的收發(fā)統(tǒng)計(jì)，VLAN幀的收發(fā)統(tǒng)計(jì)。

錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)包括：

接收FCS錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)，Length/Type超范圍錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)，不支持的opcode幀錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)，rxbuf overflow錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)，發(fā)送underrun幀錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)。

流控和精準(zhǔn)流控

EthMAC支持流控功能。開(kāi)啟流控支持后，RX端可識(shí)別流控幀，TX端在RX收到流控幀后，自動(dòng)暫停的發(fā)送，避免對(duì)端設(shè)備因無(wú)法及時(shí)處理消息包導(dǎo)致緩存爆掉的情況。

精準(zhǔn)流控是在流控基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的高級(jí)功能。啟用精準(zhǔn)流控后，會(huì)記錄發(fā)送流控幀設(shè)備的源地址，TX端只對(duì)目標(biāo)地址與記錄的流控源地址匹配的網(wǎng)絡(luò)包暫停發(fā)送，不影響發(fā)向其它目標(biāo)地址的網(wǎng)絡(luò)包。

接收幀目的地址過(guò)濾

和地址過(guò)濾調(diào)試模式

接收幀目的地址過(guò)濾功能相當(dāng)于白名單。在寄存器中配置，可實(shí)現(xiàn)多組MAC源地址以及對(duì)應(yīng)的bit mask。從而實(shí)現(xiàn)規(guī)則復(fù)雜的白名單過(guò)濾功能，可用于設(shè)備節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中對(duì)僅來(lái)自期望節(jié)點(diǎn)設(shè)備消息的響應(yīng)，簡(jiǎn)化節(jié)點(diǎn)設(shè)備的設(shè)計(jì)難度。

地址過(guò)濾調(diào)試模式功能對(duì)MAC調(diào)試場(chǎng)景非常有用，相當(dāng)于黑名單。由于操作系統(tǒng)會(huì)主動(dòng)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出基于PC MAC源地址的小數(shù)據(jù)包，在PC上使用Wireshark等軟件對(duì)IP進(jìn)行調(diào)測(cè)時(shí)，待測(cè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)會(huì)收到來(lái)自操作系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)送的“干擾”網(wǎng)絡(luò)包。啟用調(diào)試模式后，EthMAC會(huì)自動(dòng)濾除源地址值與配置值（PC網(wǎng)卡MAC地址）相同的數(shù)據(jù)包，從而排除來(lái)自操作系統(tǒng)的不可控干擾，只接收來(lái)自Wireshark的網(wǎng)絡(luò)包。啟用調(diào)試模式后，EthMAC會(huì)自動(dòng)濾除源地址值與配置值相同的數(shù)據(jù)包。

EthMAC IP配置與使用

打開(kāi)IP

第一步，使用HqFpga v3版本軟件，創(chuàng)建或打開(kāi)一個(gè)工程。

第二步，在已打開(kāi)的工程中，點(diǎn)擊“IP管理”圖標(biāo)。

第三步，在IP管理器“IP Creator”--通訊與網(wǎng)絡(luò)類(lèi)下找到EthMAC IP，雙擊打開(kāi)EthMAC IP配置界面。

配置IP

EthMAC IP的配置界面非常清晰。分為“功能配置”，“目的地址過(guò)濾配置”，“調(diào)試選項(xiàng)”三大塊。

功能配置部分用于配置VLAN幀，JUMBO幀，流控功能的功能使能。

目的地址過(guò)濾器配置部分用于配置4個(gè)地址過(guò)濾器是否啟用。

調(diào)試選項(xiàng)配置用于開(kāi)關(guān)調(diào)試模式以及輸入調(diào)試模式下的黑名單MAC源地址。

以上功能配置都會(huì)影響IP占用的FPGA邏輯資源，關(guān)閉功能的時(shí)候相關(guān)的邏輯資源可以節(jié)省。這些功能的開(kāi)關(guān)配置并不影響用戶(hù)接口，只影響邏輯功能和資源，建議用戶(hù)配置的時(shí)候按需開(kāi)啟。

EthMAC應(yīng)用子系統(tǒng)

EthMAC系統(tǒng)連接

如上圖，這是一個(gè)非常典型的使用EthMAC 子系統(tǒng)框圖。MCU/CONTROLLER主要用于EthMAC的寄存器配置，可以使用智多晶提供的CM3/STAR/Tiny-SoC IP。以太網(wǎng)用戶(hù)數(shù)據(jù)包即可走用戶(hù)邏輯，也可以走M(jìn)CU/CONTROLLER，取決于業(yè)務(wù)的應(yīng)用需求和實(shí)現(xiàn)方案。

APB3總線(xiàn)掛載

需注意，EthMAC IP的APB3接口地址位寬只有10bit，是去掉了設(shè)備基地址部分的純寄存器偏移地址部分。因此在掛載APB總線(xiàn)的時(shí)候需要增加一個(gè)基地址解碼邏輯，接到APB3接口的s_apb_sel信號(hào)上。

以這種方式，用戶(hù)可以非常靈活的自定義設(shè)備基地址，以及在總線(xiàn)上同時(shí)掛載多個(gè)APB設(shè)備，見(jiàn)下圖。

典型應(yīng)用場(chǎng)景

1）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（網(wǎng)卡，交換機(jī)，路由器）。

2）通過(guò)CPU和軟件協(xié)議棧為SoC實(shí)現(xiàn)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)通訊。

3）通過(guò)用戶(hù)邏輯實(shí)現(xiàn)UDP網(wǎng)絡(luò)通訊（網(wǎng)絡(luò)相機(jī)、工業(yè)相機(jī)、LED顯控，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集卡）。

4）通過(guò)MCU和用戶(hù)邏輯實(shí)現(xiàn)TCP/IP和UDP的混合通訊（網(wǎng)絡(luò)相機(jī)、工業(yè)相機(jī)、LED顯控，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集卡）。適用于網(wǎng)絡(luò)中即有控制主機(jī)（TCP/IP）又有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)流數(shù)據(jù)（UDP）的場(chǎng)景。

5）基于MAC層之上的用戶(hù)自定義協(xié)議設(shè)備通訊（醫(yī)療設(shè)備，汽車(chē)電子）。

設(shè)計(jì)資源

EthMAC IP用戶(hù)文檔已隨IP發(fā)布，可通過(guò)以下2個(gè)方式獲得。

1）在EthMAC IP界面左下角，點(diǎn)擊“用戶(hù)指南”可以直接打開(kāi)EthMAC IP的用戶(hù)指南（UserGuide）pdf文件。

2）通過(guò)UG00031_EthMAC_IP用戶(hù)指南直接在智多晶官網(wǎng)下載EthMAC IP的用戶(hù)指南（UserGuide）pdf文件。

其它相關(guān)設(shè)計(jì)資源后期會(huì)陸續(xù)通過(guò)官網(wǎng)發(fā)布，歡迎關(guān)注。有任何疑問(wèn)請(qǐng)通過(guò)智多晶公眾號(hào)或FAE與我們聯(lián)系。