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学习教程以STM32F4XX硬件平台进行学习，这一章主要是讲硬件相关部分。
一、以太网简介
以太网是一种计算机局域网技术。是目前最广泛的局域网技术，他的传输介质可以是光纤或双绞线，简单来说，以太网就是一种在局域网中，把附近的所有设备都连接起来，使得他们之间可以进行通讯的技术。
以太网的基本特征是多个站点都连接在一个总线上，所有的工作站都在不断地向总线上发出监听信号，但是以太网在同一时刻只能由一个工作站在总线上进行传输，而其他的工作站必须等待其传输完成后才可以进行自己的传输。
以太网分为以下几种类型：
1）标准以太网（10Mbps）
2）快速以太网（100Mbps）
3)千兆以太网
4）万兆以太网
借助STM32以太网MAC内核，可以通过以太网按照IEEE802.3-2002标准进行收发数据。
二、STM32MAC简介
1）MAC内核特性
※ 支持外部PHY接口实现10/100Mbit/s数据传输速率
※ 通过符合IEEE802.3的MII/RMII接口与外部快速以太网PHY进行通信
※ 支持全双工和半双工操作
※ 可编程帧长度,支持最大16KB的巨型帧
※ 可编程帧间隔
※ 两组FIFO
※? 支持通过SMI接口配置和管理PHY设备
以太网的框图如下：
? ?MAC通过RMII/MII接口对外部PHY芯片进行数据的传输，通过SMI接口进行PHY芯片的配置和管理。
SMI接口：成为管理接口，程序中可以通过这个接口来访问PHY寄存器，SMI接口有两条线，数据线MDIO和时钟线MDC,该接口支持访问多达32个PHY.应用程序可以从32个PHY中选择一个PHY，然后从任意PHY包含的32个寄存器中选择一个寄存器，发送控制数据或接收状态信息，任意给定时间内只能对一个PHY中的一个寄存器进行寻址。
1)MDC：周期性时钟，提供以最大频率2.5Mhz传输数据时的参考时序，在空闲状态下，SMI管理接口将MDC时钟信号驱动为低电平。
2）MDIO:数据输入/输出比特流，用于通过MDC时钟信号从PHY设备同步传输状态信息。
?MII接口：介质独立接口（MII）定义了10Mbit/s和100Mbit/s的数据传输速率下AMC子层与PHY之间的互联。
? ? ?TX_CLK和RX_CLK为发送和接受连续时钟，当速率为10Mbit/s时为2.5Mhz,速率为100Mbit/s时为25Mhz.
? ? ?要生成TX_CLK和RX_CLK时钟，必须向外部PHY提供25Mhz时钟，通常我们使用25Mhz的晶振，也可以用TSM32f407的MCO引脚输出25Mhz的时钟。
RMII:精简介质独立接口，降低了10M/100Mbit/s下微控制器以太网外设与外部PHY间的引脚数，根据IEEE802.3标准，MII包括16个数据和控制信号的引脚，RMII规范将引脚数减少为7个。
不过RMII接口的参考时钟必须是50Mhz!!!!
实现以以太网通讯是基于MAC内核+外部PHY芯片来实现的，PHY芯片选择的是LAN8720芯片，下面来介绍i一下PHY芯片LAN8720.
三、 LAN8720简介
? ? ? ?LAN8720是低功耗的10/100M以太网PHY层芯片，I/O引脚电压符合IEEE802.3-2005标准.LAN8720支持通过RMII接口与以太网MAC层通信，内置10-BASE-T/100BASE-TX全双工传输模块，支持10Mbps和100Mbps.LAN8720可以通过自协商的方式与目的主机最佳的连接方式（速度和全双工模式）。支持HP-Auto-MDIX自动翻转功能，无需更换网线即可将连接更改为直连或交叉连接。
※? 支持RMII接口以减少引脚数
※?支持全双工和半双工模式
※?可以使用25M晶振以降低成本
※?支持SMI串行管理接口
※?支持MAC接口
1）LAN8720地址设置
? ? ?前面说过SMI最多可以控制32个PHY芯片。LAN8720可以通过设置RXER/PHYAD0引脚来设置其PHY地址，默认情况下是0，地址设置如下表所示：
?2）nINT/REFCLKO配置
? ? ? nINTSEL引脚（2号引脚）用于设置nINT/REFCLKO引脚（14号引脚）的功能。nINTSEL配置如下表所示。我们STM32F407使用的是REF_CLKOUT模式。
?REF_CLK In模式：当工作在REF_CLK In模式时，50Mhz的外部时钟信号应接到LAN8720的XTAL1/CKIN引脚（5号引脚）和STM32F407的RMII_REF_CLK(PA1)引脚上，如下图所示：
?REF_CLK Out模式：为降低成本，LNA8720可以从外部的25Mhz的晶振中产生REF_CLK时钟。到要使用此功能时应工作在REF_CLK Out模式。
?3）LAN8720寄存器
? ? PHY是由IEEE802.3定义的，一般通过SMI接口对PHY进行管理和控制，也就是读写PHY内部寄存器。PHY寄存器的地址空间为5位，可以定义0~31共32个寄存器，但随着PHY芯片功能的增加，很多PHY芯片采用分页技术来扩展地址空间，定义更多的寄存器。IEEE802.3定义了0-15这16个寄存器的功能，16-31寄存器由芯片制造商自由定义。
?LAN8720有许多寄存器，在这里我们只介绍几个用到的寄存器（括号内为寄存器地址，此处使用十进制表示）：BCR(0),BSR(1),PHY特殊功能寄存器（31）这三个寄存器。
BCR寄存器各个位如下所示
翻译如下：
?BSR寄存器各个位如下图所示
?翻译如下：
?PHY特殊功能寄存器（31）
翻译如下
? ? 在特殊功能寄存器中我们关心的是bit2-4这三位，因为这三位表示的连接的状态和速度?。
四、以太网DMA描述符
? ? ?F407有一个以太网专用的DMA，DMA可以在CPU完全不干预的情况下，通过描述符有效的将数据从源传送到目标，接收缓冲区和发送缓冲区的数据都可以通过以太网DMA来传送。
? ? 共有两个描述符：一个用于接收，一个用于发送，描述符是一种链表，最后一个描述符会指回第一个描述符以构成环形结构。描述符列表位于主机的物理存储空间，两个链表的基地址分别写入ETH_DMARDLAR寄存器和ETH_DMATDLAR寄存器中。每个描述符最多可指向两个缓冲区，描述符一共有两种结构：环形结构和链接结构。
在ST提供的以太网驱动库stm32f4x7_eth.c中使用的是链式结构，链式结构如下
?描述符注意事项：
1、一个以太网数据包可以跨越一个或多个DMA描述符
2、一个DMA描述符只能用于一个以太网数据包
3、DMA描述列表中的最后一个描述符指向第一个，形成链式结构
? ? 描述符实际上就是一个结构体，在ST的以太网驱动库stm32f4x7_eth中有个结构体ETH_DMADESCTypeDef,这个结构体就是DMA描述符。描述符分为增强描述符和常规描述符，区别在于常规描述符只使用了结构体中前四个成员变量，在编程中通常使用常规描述符，所以只以常规描述符进行讲解。
下图是描述符的结构体组成：
?常规描述符和增强描述符又有发送描述符和接收描述符两种，下图是常规的Tx DMA描述符：
常规Rx DMA描述符结构如下所示：
? ? ?常规发送描述符和接收描述符都是由四个32位字组成，TDES0、TDES1、TDES2、TDES3.分别对应结构体的前四个成员。
具体寄存器中各个位详细说明参照stm32芯片数据手册中以太网相关寄存器说明。
下一章开始讲解以太网相关协议。