以太網(wǎng)MAC層(Media Access Control Layer，媒體接入控制層)是計算機網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)鏈路層(Data Link Layer)的一個子層，它定義了設(shè)備如何訪問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值，它實現(xiàn)了物理介質(zhì)的高效共享，設(shè)備級的尋址能力，確保了數(shù)據(jù)的可靠傳輸，通過錯誤檢測與糾正機制提高了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，同時支持多種網(wǎng)絡(luò)拓撲和設(shè)備，是網(wǎng)絡(luò)通信的堅實的基礎(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)開發(fā)的通信IP。

IP的用戶接口為AXI-Stream，APB3和中斷信號，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支持接收幀過濾

7支持流控

8支持精準(zhǔn)流控

9支持地址過濾調(diào)試模式

10 支持收發(fā)幀類別和錯誤統(tǒng)計

幀類別和錯誤統(tǒng)計

EthMAC IP中實現(xiàn)了細致的幀信息統(tǒng)計和錯誤統(tǒng)計，完全用硬件實現(xiàn)監(jiān)控與統(tǒng)計，供寄存器讀取，可用于網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)評估與分析。

幀類別統(tǒng)計包括：

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

錯誤統(tǒng)計包括：

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

流控和精準(zhǔn)流控

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

精準(zhǔn)流控是在流控基礎(chǔ)上實現(xiàn)的高級功能。啟用精準(zhǔn)流控后，會記錄發(fā)送流控幀設(shè)備的源地址，TX端只對目標(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。

接收幀目的地址過濾

和地址過濾調(diào)試模式

接收幀目的地址過濾功能相當(dāng)于白名單。在寄存器中配置，可實現(xiàn)多組MAC源地址以及對應(yīng)的bit mask。從而實現(xiàn)規(guī)則復(fù)雜的白名單過濾功能，可用于設(shè)備節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中對僅來自期望節(jié)點設(shè)備消息的響應(yīng)，簡化節(jié)點設(shè)備的設(shè)計難度。

地址過濾調(diào)試模式功能對MAC調(diào)試場景非常有用，相當(dāng)于黑名單。由于操作系統(tǒng)會主動向網(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IP進行調(diào)測時，待測網(wǎng)絡(luò)節(jié)點會收到來自操作系統(tǒng)自動發(fā)送的“干擾”網(wǎng)絡(luò)包。啟用調(diào)試模式后，EthMAC會自動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，從而排除來自操作系統(tǒng)的不可控干擾，只接收來自Wireshark的網(wǎng)絡(luò)包。啟用調(diào)試模式后，EthMAC會自動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IP

第一步，使用HqFpga v3版本軟件，創(chuàng)建或打開一個工程。

第二步，在已打開的工程中，點擊“IP管理”圖標(biāo)。

第三步，在IP管理器“IP Creator”--通訊與網(wǎng)絡(luò)類下找到EthMAC IP，雙擊打開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”，“目的地址過濾配置”，“調(diào)試選項”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。

目的地址過濾器配置部分用于配置4個地址過濾器是否啟用。

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

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

EthMAC應(yīng)用子系統(tǒng)

EthMAC系統(tǒng)連接

如上圖，這是一個非常典型的使用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)用戶數(shù)據(jù)包即可走用戶邏輯，也可以走MCU/CONTROLLER，取決于業(yè)務(wù)的應(yīng)用需求和實現(xiàn)方案。

APB3總線掛載

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總線的時候需要增加一個基地址解碼邏輯，接到APB3接口的s_apb_sel信號上。

以這種方式，用戶可以非常靈活的自定義設(shè)備基地址，以及在總線上同時掛載多個APB設(shè)備，見下圖。

典型應(yīng)用場景

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

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

3）通過用戶邏輯實現(xiàn)UDP網(wǎng)絡(luò)通訊（網(wǎng)絡(luò)相機、工業(yè)相機、LED顯控，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集卡）。

4）通過MCU和用戶邏輯實現(xiàn)TCP/IP和UDP的混合通訊（網(wǎng)絡(luò)相機、工業(yè)相機、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（TCP/IP）又有點對點流數(shù)據(jù)（UDP）的場景。

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

設(shè)計資源

EthMAC IP用戶文檔已隨IP發(fā)布，可通過以下2個方式獲得。

1）在EthMAC IP界面左下角，點擊“用戶指南”可以直接打開EthMAC IP的用戶指南（UserGuide）pdf文件。

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

其它相關(guān)設(shè)計資源后期會陸續(xù)通過官網(wǎng)發(fā)布，歡迎關(guān)注。有任何疑問請通過智多晶公眾號或FAE與我們聯(lián)系。