NCN26010 10Base-T1S器件的基本使用和配置，保姆級(jí)攻略來(lái)了

• 突發(fā)模式

• 優(yōu)先級(jí)模式

數(shù)據(jù)報(bào)頭

為了傳輸以太網(wǎng)數(shù)據(jù)（雙向），上位機(jī)需要發(fā)送有效的數(shù)據(jù)傳輸報(bào)頭，隨后緊跟實(shí)際的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸報(bào)頭的特征是第31位被置1。以下是與NCN26010器件使用相關(guān)的數(shù)據(jù)報(bào)頭字段。

圖 3. 數(shù)據(jù)報(bào)頭字段

需要注意的是，在NCN26010的應(yīng)用中，只使用 NORX、DV、SV、SWO、EV、EBO 和強(qiáng)制（奇數(shù)）校驗(yàn) P 字段。所有其他位建議始終發(fā)送0。

• 對(duì)于寄存器寫(xiě)入控制事務(wù)（寄存器寫(xiě)入），包含32位寄存器內(nèi)容和32位占位數(shù)據(jù)（dummy data）

• 對(duì)于讀取控制事務(wù)（寄存器讀?。?，包含64位占位數(shù)據(jù)

SPI作為一種雙向全雙工通信方式，每傳輸/接收一位數(shù)據(jù)就需要一個(gè)SCK（串行時(shí)鐘）跳變。為了在寄存器讀寫(xiě)事務(wù)中接收適當(dāng)數(shù)量的字節(jié)，MCU上位機(jī)需要通過(guò)MOSI線(xiàn)路向NCN26010器件發(fā)送占位字節(jié)（dummy bytes）。

連接的MCU必須能夠在不斷開(kāi)MACPHY的SPI芯片選擇的情況下完成整個(gè)事務(wù)。

為寄存器讀寫(xiě)準(zhǔn)備兩個(gè) 12 字節(jié)長(zhǎng)的數(shù)組似乎最為簡(jiǎn)單。在數(shù)組中填入正確的數(shù)據(jù)（報(bào)頭和寫(xiě)入數(shù)據(jù)），然后通過(guò) SPI 以 12 字節(jié)的批量傳輸方式發(fā)送，同時(shí)將結(jié)果接收到 12 字節(jié)的接收緩沖區(qū)中。

寄存器讀取示例：

應(yīng)用程序希望讀取位于 MMS0 地址 0x0001 的 MACPHY 的 SPI 識(shí)別寄存器。

首先，我們需要生成一個(gè)適當(dāng)?shù)膱?bào)頭：按照此主題確定報(bào)頭：

圖4

確定報(bào)頭后，在數(shù)組中填入零字節(jié)進(jìn)行讀取操作。

這將提供一個(gè)通過(guò) MOSI 發(fā)送、通過(guò) MISO 接收的字節(jié)數(shù)組，其內(nèi)容如下：

讀取該寄存器的程序例程必須查看數(shù)據(jù)流的最后兩個(gè) 32 位字。 倒數(shù)第二個(gè) 32 位字（回顯報(bào)頭，字節(jié) 4 至 7）應(yīng)等于通過(guò) MOSI 線(xiàn)發(fā)送到 MACPHY 的命令報(bào)頭，而最后一個(gè) 32 位字則包含寄存器的實(shí)際數(shù)據(jù)。請(qǐng)注意，寄存器讀取總是返回32位字的寄存器內(nèi)容，即使基礎(chǔ)寄存器僅包含16位可用內(nèi)容。

當(dāng)由于使用無(wú)效的奇偶校驗(yàn)位計(jì)算方式導(dǎo)致報(bào)頭格式錯(cuò)誤，或SPI傳輸錯(cuò)誤造成報(bào)頭出現(xiàn)奇偶校驗(yàn)錯(cuò)誤時(shí)，回顯的控制報(bào)頭及所有后續(xù)的32位字都將變?yōu)?x40000000，這表明存在“報(bào)頭錯(cuò)誤,HEADER BAD”狀況。因此，MACPHY將忽略該命令。連接的上位機(jī)可以利用該信息來(lái)檢測(cè)控制命令（Control Command）錯(cuò)誤，并觸發(fā)重新傳輸正確的控制命令。

寄存器寫(xiě)入示例：

假設(shè)您想要向NCN26010內(nèi)部的MAC Control 0寄存器寫(xiě)入數(shù)據(jù)，以便在集成的MAC與PHY之間啟用TX（發(fā)送）和RX（接收）傳輸，同時(shí)讓MACPHY計(jì)算以太網(wǎng)幀的幀校驗(yàn)序列（FCS），以減輕 MCU 的計(jì)算負(fù)擔(dān)。

請(qǐng)查閱NCN26010的數(shù)據(jù)手冊(cè)以找到MAC CONTROL0寄存器。它位于 MMS 1（內(nèi)存映射選擇組 1）中，地址為 0x0000。

要啟用TX和RX，并且讓MAC計(jì)算并自動(dòng)附加FCS（幀校驗(yàn)序列）到它將發(fā)送的每個(gè)以太網(wǎng)幀上，需要在寄存器中設(shè)置第 8 位（FCSA）、第 1 位（TXEN）和第 0 位（RXEN）。這將產(chǎn)生一個(gè)包含 0x00000103 值的待寫(xiě)入的數(shù)據(jù)字。

與上述寄存器讀取示例類(lèi)似，我們首先需要確定單個(gè)寄存器寫(xiě)入的正確控制命令報(bào)頭。按照上述方案，我們可以得到：

圖6

確定報(bào)頭后，我們就可以在數(shù)組中填入要寫(xiě)入寄存器的數(shù)據(jù)。 這樣我們就得到了一個(gè)字節(jié)數(shù)組，通過(guò) MOSI 發(fā)送，通過(guò) MISO 接收，內(nèi)容如下：

圖7

請(qǐng)注意，奇偶校驗(yàn)的工作方式與寄存器讀取示例相同。如果報(bào)頭中的奇偶校驗(yàn)位出現(xiàn)錯(cuò)誤，則隨后的 32 位字將被設(shè)置為 0x40000000。在這種情況下，MACPHY 不會(huì)改變寄存器的內(nèi)容。連接的 MCU 必須相應(yīng)地處理這種情況，使用完整的報(bào)頭重新發(fā)送寄存器寫(xiě)入事務(wù)。此外，重要的是要先發(fā)送 MSB 數(shù)據(jù)。

下面的代碼片段提供了一個(gè)生成命令事務(wù)報(bào)頭的函數(shù)實(shí)現(xiàn)示例：

圖8

上述示例說(shuō)明了如何生成有效的控制事務(wù)，以支持單個(gè)寄存器的讀寫(xiě)操作。

有關(guān)如何在一次 SPI 傳輸中讀取連續(xù)寄存器地址的詳細(xì)信息，建議本應(yīng)用筆記的讀者查閱OPEN聯(lián)盟 TC6 文檔。

發(fā)送和接收以太網(wǎng)幀

OA-TC6 協(xié)議的設(shè)計(jì)不僅允許通過(guò) SPI 接口實(shí)現(xiàn)器件配置，而且還能利用同一接口以半雙工或全雙工方式雙向傳輸以太網(wǎng)幀，具體取決于上位機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行軟件的功能而定。但請(qǐng)注意，混合數(shù)據(jù)段上的實(shí)際以太網(wǎng)通信始終是半雙工的。 以太網(wǎng)幀以分塊（Chuck）的形式進(jìn)行雙向傳輸。

數(shù)據(jù)塊（Data Chunks）的概念

NCN26010 執(zhí)行 OA SPI 協(xié)議，通過(guò)“數(shù)據(jù)塊”(data chunks)與連接的上位機(jī)設(shè)備或系統(tǒng)傳輸以太網(wǎng)數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)塊是以太網(wǎng)幀的一部分，或者在較短的幀中，它可以是整個(gè)以太網(wǎng)幀。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)塊包含一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)頭，其后是預(yù)定義數(shù)量的有效（pay load）數(shù)據(jù)。NCN26010可以配置每個(gè)數(shù)據(jù)塊的pay load數(shù)據(jù)為8、16、32或64字節(jié)，默認(rèn)設(shè)置為64字節(jié)。當(dāng)上位機(jī)從NCN26010 MACPHY接收數(shù)據(jù)時(shí)，首先發(fā)送pay load數(shù)據(jù)，之后跟隨一個(gè)32位的數(shù)據(jù)報(bào)尾，報(bào)尾向上位機(jī)指示：

如果整個(gè)以太網(wǎng)幀的長(zhǎng)度超過(guò)了單個(gè)數(shù)據(jù)塊所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，則需要將其切割成適合數(shù)據(jù)塊的片段。只要 NCN26010 設(shè)備內(nèi)部的 4 k byte 發(fā)送和接收緩沖區(qū)有足夠的空間，這一概念就支持在 NCN26010 和上位機(jī)設(shè)備之間中斷以太網(wǎng)幀交換而不丟失數(shù)據(jù)。

以太網(wǎng)幀數(shù)據(jù)可能包含也可能不包含 4 字節(jié) FCS（幀校驗(yàn)序列），具體取決于如何配置。當(dāng)配置為計(jì)算并自動(dòng)附加 FCS 時(shí)，由上位機(jī)設(shè)備向 NCN26010 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)預(yù)計(jì)不會(huì)附加 FCS。同樣，當(dāng)啟用NCN26010內(nèi)部的FCS檢查時(shí)，輸入幀無(wú)需提供FCS，因?yàn)闊o(wú)效幀（FCS校驗(yàn)錯(cuò)誤的幀）將不會(huì)存儲(chǔ)在RX緩沖區(qū)（即被丟棄）。

NCN26010 可配置為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)（Store and Forward）模式或直通（Cut Though）工作模式。

在“存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)”模式下，完整的數(shù)據(jù)幀會(huì)在被發(fā)送到單對(duì)絞線(xiàn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)段或從以太網(wǎng)媒介接收之前，全部存儲(chǔ)在器件的緩沖區(qū)內(nèi)。

直通模式對(duì)上位機(jī)上運(yùn)行的軟件的延遲和吞吐量性能有更嚴(yán)格的要求，因?yàn)樯衔粰C(jī)必須始終跟上以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的輸入和輸出速度。在使用多任務(wù)操作系統(tǒng)時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間的中斷服務(wù)例程或不適宜的任務(wù)切換會(huì)導(dǎo)致通信速度減慢，從而因TX緩沖區(qū)欠載（underruns）或RX緩沖區(qū)超限（overruns）而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。

除其他配置選項(xiàng)外，數(shù)據(jù)塊大?。╟hunk size）的選擇會(huì)對(duì)將NCN26010連接到上位機(jī)MCU或系統(tǒng)的SPI接口施加最低速度要求。

在使用簡(jiǎn)單配置時(shí)，只允許新的以太網(wǎng)幀從數(shù)據(jù)塊的開(kāi)頭開(kāi)始，所需的SPI速度取決于以太網(wǎng)幀的長(zhǎng)度以及數(shù)據(jù)塊的大?。阂韵聢D表說(shuō)明了這種關(guān)系。

圖9

從這張圖表中，這種方法的局限性變得顯而易見(jiàn)。當(dāng)應(yīng)用主要使用短幀時(shí)，根據(jù)NCN26010的配置方式，較小的數(shù)據(jù)塊大小可能會(huì)帶來(lái)更高的吞吐量。在這種簡(jiǎn)單的配置中，極端情況是使用長(zhǎng)度為65字節(jié)的幀和64字節(jié)大小的數(shù)據(jù)塊。這將需要21 MHz的SPI速度。

NCN26010設(shè)計(jì)支持串行時(shí)鐘（SCLK）上的SPI速度高達(dá)25 MHz。因此即使在這種情況下，MACPHY 的速度也足以傳輸所需的數(shù)據(jù)；然而，應(yīng)用程序或驅(qū)動(dòng)程序必須同時(shí)處理 RX 和 TX。隨著以太網(wǎng)幀大小的增大，默認(rèn)的 64 字節(jié)數(shù)據(jù)塊大小需要降低 SPI 接口的時(shí)鐘頻率，以保證數(shù)據(jù)傳輸。

在多點(diǎn)（multi?drop）傳輸環(huán)境中，我們可以假設(shè)大部分?jǐn)?shù)據(jù)流都在 RX 方向。由于 10Base-T1S 的半雙工特性，即使以半雙工方式處理 SPITX 和 RX 數(shù)據(jù)流，25 MHz SCLK 也能在大多數(shù)情況下提供穩(wěn)定的數(shù)據(jù)流而不會(huì)丟失數(shù)據(jù)。

當(dāng) NCN26010 需要在單對(duì)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)段上傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，上位機(jī)需要發(fā)送一系列包含完整以太網(wǎng)幀數(shù)據(jù)的有效數(shù)據(jù)塊。

新的以太網(wǎng)幀將從數(shù)據(jù)報(bào)頭的 SV 標(biāo)志（起始有效）置 1 開(kāi)始。在簡(jiǎn)單情況下，幀只允許在CS（片選）信號(hào)被置位后的數(shù)據(jù)塊起始處開(kāi)始，起始字偏移量（Start Word Offset）將始終為0。如果以太網(wǎng)幀能夠容納在一個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)塊內(nèi)，那么有效數(shù)據(jù)（payload）最后一個(gè)字節(jié)的EV（End Valid，結(jié)束有效）標(biāo)志也需要被設(shè)置。請(qǐng)注意，當(dāng)要傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)幀數(shù)據(jù)短于以太網(wǎng)幀長(zhǎng)度（包括源地址/目的地址、長(zhǎng)度、字段/其他類(lèi)型和 FCS）的最小要求 64 字節(jié)時(shí)，則NCN26010內(nèi)的MAC會(huì)自動(dòng)添加填充字節(jié)，以將幀擴(kuò)展到其最小所需長(zhǎng)度。當(dāng)NCN26010被配置為不自動(dòng)添加FCS時(shí)，填充字節(jié)以及FCS才需要由上位機(jī)提供。

與控制事務(wù)報(bào)頭的計(jì)算類(lèi)似，數(shù)據(jù)事務(wù)報(bào)頭也可按下面的示例代碼生成：

圖10

發(fā)送以太網(wǎng)幀

在這里，我們僅描述了被稱(chēng)為 "TX 幀在數(shù)據(jù)塊邊界結(jié)束 "和 "每個(gè) TX 幀都匹配數(shù)據(jù)塊 "的 TX 幀發(fā)送情況。詳見(jiàn) [2]"圖 8：發(fā)送數(shù)據(jù)塊案例"。

我們需要區(qū)分以三種不同方式處理的幀數(shù)據(jù)情況：

1.幀完全匹配一個(gè)數(shù)據(jù)塊

2.以太網(wǎng)幀匹配兩個(gè)數(shù)據(jù)塊

3.以太網(wǎng)幀需要兩個(gè)以上的數(shù)據(jù)塊

在第一種情況下，用戶(hù)需要發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)頭，緊隨其后的是實(shí)際的幀數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)報(bào)頭需要設(shè)置以下這些位：

. SV = 1

. DV = 1

. EV = 1

EBO（End Byte Offset，結(jié)束字節(jié)偏移）指向有效數(shù)據(jù)的最后一個(gè)字節(jié)。需要注意的是，即使以太網(wǎng)數(shù)據(jù)沒(méi)有占滿(mǎn)整個(gè)數(shù)據(jù)塊（例如，ARP廣播幀長(zhǎng)度為46字節(jié)，所以默認(rèn)的64字節(jié)數(shù)據(jù)塊并不會(huì)被完全利用），應(yīng)用程序仍然需要始終發(fā)送全長(zhǎng)數(shù)據(jù)塊。

在使用64字節(jié)數(shù)據(jù)塊且需要發(fā)送一個(gè)長(zhǎng)度為46字節(jié)的ARP廣播幀的情況下，EBO將指向第45個(gè)字節(jié)，因?yàn)樵跀?shù)據(jù)塊中的第一個(gè)字節(jié)索引為0。

在第二種情況下，需要兩個(gè)數(shù)據(jù)塊來(lái)容納payload數(shù)據(jù)，那么第一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)頭需要設(shè)置：

. SV = 1

. DV = 1

. EV = 0

. EBO = 0

. SWO = 0

而幀中的第二個(gè)也是最后一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)頭需要設(shè)置：

. SV = 0

. DV = 1

. EV = 1

. EBO = position of last valid pay load byte （最后一個(gè)有效payload字節(jié)的位置 ）

. SWO = 0

如果向 NCN26010 MACPHY 傳輸payload數(shù)據(jù)時(shí)需要兩個(gè)以上的數(shù)據(jù)塊，則第一個(gè)報(bào)頭與前一種情況相似：

. SV = 1

. DV = 1

. EV = 0

. EBO = 0

. SWO = 0

在第一個(gè)數(shù)據(jù)塊之后和最后一個(gè)數(shù)據(jù)塊之前的所有報(bào)頭都需要：

. SV = 0

. DV = 1

. EV = 0

. EBO = 0

. SWO = 0

Or 0xA0200000.

最后一個(gè)報(bào)頭需要設(shè)置：

. SV = 0

. DV = 1

. EV = 1

. EBO = position of last valid pay load byte （最后一個(gè)有效payload字節(jié)的位置 ）

. SWO = 0

由于在數(shù)據(jù)傳輸前要先傳輸報(bào)頭，因此向 MACPHY 發(fā)送數(shù)據(jù)塊的應(yīng)用程序總是要比數(shù)據(jù)塊的payload數(shù)據(jù)多發(fā)送 4 個(gè)字節(jié)。

由此，8 字節(jié)的數(shù)據(jù)塊需要 12 字節(jié)，16 字節(jié)的數(shù)據(jù)塊需要 20 字節(jié)，32 字節(jié)的數(shù)據(jù)塊需要 36 字節(jié)，64 字節(jié)的數(shù)據(jù)塊需要 68 字節(jié)。

請(qǐng)注意，即使數(shù)據(jù)塊未全部使用，這些長(zhǎng)度也是固定的。在 EV=1 數(shù)據(jù)塊的 EBO 之后發(fā)送的數(shù)據(jù)為 "不關(guān)心 "數(shù)據(jù)，可以是任何隨機(jī)數(shù)據(jù)。為方便使用，建議在數(shù)據(jù)塊中填入全為 0 的字節(jié)。

與發(fā)送控制事務(wù)一樣，數(shù)據(jù)事務(wù)也是雙向同時(shí)進(jìn)行的。 通過(guò) SPI 接口向 NCN26010 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，上位機(jī)將通過(guò) NCN26010 的 MISO（主入從出，Master In Slave Out）引腳接收 MACPHY 返回的相同字節(jié)數(shù)。通常情況下，數(shù)據(jù)從一個(gè)足夠大的緩沖區(qū)發(fā)送和接收，該緩沖區(qū)可容納發(fā)送幀數(shù)據(jù)所需的所有數(shù)據(jù)塊。輸入的數(shù)據(jù)將進(jìn)入第二個(gè)（即接收）緩沖區(qū)。

接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)

發(fā)送到 MACPHY 的數(shù)據(jù)在每個(gè)數(shù)據(jù)塊之前帶有 32 位報(bào)頭信息，MACPHY 發(fā)送出的數(shù)據(jù)塊在實(shí)際數(shù)據(jù)之后有一個(gè) 32 位報(bào)尾信息。

報(bào)尾包含了上位機(jī)用來(lái)引導(dǎo)進(jìn)一步通信的信息，無(wú)論其是發(fā)送還是接收更多數(shù)據(jù)。報(bào)尾的各字段在文獻(xiàn)[2]的第7.3.7節(jié)中有詳細(xì)解釋。NCN26010器件不提供OPEN聯(lián)盟定義的可選時(shí)間戳功能，因此RTSA（位7）和RTSP（位6）字段將不使用，始終為0。

NCN26010 器件的數(shù)據(jù)報(bào)尾結(jié)構(gòu)如下：

圖11

這些字段可概括為以下功能：

以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換最簡(jiǎn)單但也最慢的方式是半雙工方式。在發(fā)送幀時(shí)，如果在數(shù)據(jù)報(bào)頭中設(shè)置了 NORX 標(biāo)志，NCN26010 就會(huì)被指示在接收上位機(jī)發(fā)送的 TX 幀數(shù)據(jù)時(shí)，不向上位機(jī)發(fā)送以太網(wǎng)數(shù)據(jù)。

同樣，當(dāng)數(shù)據(jù)報(bào)頭的 DV 標(biāo)志設(shè)置為零時(shí)，上位機(jī)可在不提供 TX 數(shù)據(jù)的情況下接收幀數(shù)據(jù)。

在這種工作模式下，連接的上位機(jī)應(yīng)該優(yōu)先讀取幀而非發(fā)送幀，或者以“公平共享”的方式交替進(jìn)行發(fā)送和接收。建議是盡量快速地清空接收緩沖區(qū)。