STM32的以太网外设+PHY（LAN8720）使用详解（1）：ETH和PHY介绍

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1.野火 stm32f407霸天虎开发板
2.LAN8720数据手册
3.STM32F4xx中文参考手册

1 以太网外设（ETH）

1.1 以太网外设（ETH）简介

STM32F4系列MCU内部集成了一个以太网外设（ETH），可以通过介质独立接口（MII）或简化介质独立接口（RMII）和外部PHY（如LAN8720）相连实现MCU的联网功能。
STM32F4系列的以太网外设（ETH）框图如下：

1.2 MII、RMII、SMI接口介绍

以太网外设框图中包含了MII、RMII、SMI三种接口，它们的详细介绍如下：

1.2.1 介质独立接口：MII

介质独立接口 (MII) 定义了 10 Mbit/s 和 100 Mbit/s 的数据传输速率下 MAC 子层与 PHY 之间的互连。

MII_TX_CLK：连续时钟信号（由PHY提供）。该信号提供进行TX数据传输时的参考时序。标称频率为：速率为10Mbit/s时为2.5MHz；速率为100Mbit/s时为25MHz。
MII_RX_CLK：连续时钟信号（由PHY提供）。该信号提供进行RX数据传输时的参考时序。标称频率为：速率为10Mbit/s时为2.5MHz；速率为100Mbit/s时为25MHz。
MII_TX_EN：发送使能信号。该信号表示MAC当前正针对MII发送半字节。该信号必须与报头的前半字节进行同步(MII_TX_CLK)，并在所有待发送的半字节均发送到MII
时必须保持同步。
MII_TXD[3:0]：数据发送信号。该信号是4个一组的数据信号，由MAC子层同步驱动，在MII_TX_EN信号有效时才为有效信号（有效数据）。MII_TXD[0]为最低有效位，MII_TXD[3]为最高有效位。禁止MII_TX_EN时，发送数据不会对PHY产生任何影响。
MII_CRS：载波侦听信号。当发送或接收介质处于非空闲状态时，由PHY使能该信号。发送和接收介质均处于空闲状态时，由PHY禁止该信号。PHY必须确保MII_CS信号在冲突条件下保持有效状态。该信号无需与TX和RX时钟保持同步。在全双工模式下，该信号没意义。
MII_COL：冲突检测信号。检测到介质上存在冲突后，PHY必须立即使能冲突检测信号，并且只要存在冲突条件，冲突检测信号必须保持有效状态。该信号无需与TX和RX时钟保持同步。在全双工模式下，该信号没意义。
MII_RXD[3:0]：数据接收信号。该信号是4个一组的数据信号，由PHY同步驱动，在MII_RX_DV信号有效时才为有效信号（有效数据）。MII_RXD[0]为最低有效位，MII_RXD[3]为最高有效位。当MII_RX_DV禁止、MII_RX_ER使能时，特定的MII_RXD[3:0]值用于传输来自PHY的特定信息（请参见表164）。
MII_RX_DV：接收数据有效信号。该信号表示PHY当前正针对MII接收已恢复并解码的半字节。该信号必须与恢复帧的头半字节进行同步(MII_RX_CLK)，并且一直保持同
步到恢复帧的最后半字节。该信号必须在最后半字节随后的第一个时钟周期之前禁止。为了正确地接收帧，MII_RX_DV信号必须在时间范围上涵盖要接收的帧，其开始时间不得迟于SFD字段出现的时间。
MII_RX_ER：接收错误信号。该信号必须保持一个或多个周期(MII_RX_CLK)，从而向MAC子层指示在帧的某处检测到错误。

1.2.2 精简介质独立接口：RMII

精简介质独立接口 (RMII) 规范降低了 10/100 Mbit/s 下微控制器以太网外设与外部 PHY 间的引脚数。根据 IEEE 802.3u 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（引脚数减少 62.5%）。

RMII_TX_EN：发送使能信号。
RMII_TXD[1:0]：数据发送信号。该信号是2个一组的数据信号，由MAC子层同步驱动。
RMII_CRS：载波侦听信号。当发送或接收介质处于非空闲状态时，由PHY使能该信号。
RMII_RXD[1:0]：数据接收信号。该信号是2个一组的数据信号，由PHY同步驱动。
RMII_REF_CLK：由外部时钟源提供50MHz参考时钟，提供给 MAC 和外部以太网 PHY时钟必须是同一个，一般都是由PHY的PLL倍频到50MHz作为REF_CLK。

1.2.3 站管理接口：SMI

站管理接口 (SMI) 允许应用程序通过 2 线时钟和数据线访问任意 PHY 寄存器。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。

MDC：周期性时钟，提供以最大频率 2.5 MHz 传输数据时的参考时序。MDC 的最短高电平时间和最短低电平时间必须均为 160 ns。MDC 的最小周期必须为 400 ns。在空闲状态下，SMI 管理接口将 MDC 时钟信号驱动为低电平。
MDIO：数据输入/输出比特流，用于通过 MDC 时钟信号向/从 PHY 设备同步传输状态信息。

2 PHY（LAN8720）

LAN8720A/LAN8720Ai是一款低功耗的10BASE-T/100BASE-TX（10Mbps/100Mbps）以太网物理层收发器。LAN8720仅支持RMII接口，系统框图如下：

LAN8720详细内部框图如下：
LAN8720的部分引脚在上电时作为硬件配置引脚，例如PHYAD0和RXER等，后面硬件设计部分再详细介绍。