基于STM32F407MAC与DP83848实现以太网通讯四（STM32F407MAC数据收发与DMA描述符）

上一章实现的MAC数据包的基础收发功能，但是只是简单的操作了ETH外设的收发包函数并没有深入了解其中的原理逻辑，本章结合STM32F40x文档与STM32F4x7_ETH_Driver驱动库了解MAC的收发包流程。

一、描述符列表

 在创建描述符列表之前先了解描述符列表的定义，描述符就软件来说就是一个结构体，而描述符列表分为两种结构。

①环形结构（环形队列）

②链接结构（环形链表）

这两种数据结构可以参考网上其他的说明，了解数据结构的话对这两种结构应该很熟悉了。

驱动库中定义的描述符结构体如下：

/** 
  * @brief  ETH DMA Descriptors data structure definition
  */ 
typedef struct  {
  __IO uint32_t   Status;                /*!< Status */
  uint32_t   ControlBufferSize;     /*!< Control and Buffer1, Buffer2 lengths */
  uint32_t   Buffer1Addr;           /*!< Buffer1 address pointer */
  uint32_t   Buffer2NextDescAddr;   /*!< Buffer2 or next descriptor address pointer */
/* Enhanced ETHERNET DMA PTP Descriptors */
#ifdef USE_ENHANCED_DMA_DESCRIPTORS
  uint32_t   ExtendedStatus;        /* Extended status for PTP receive descriptor */
  uint32_t   Reserved1;             /* Reserved */
  uint32_t   TimeStampLow;          /* Time Stamp Low value for transmit and receive */
  uint32_t   TimeStampHigh;         /* Time Stamp High value for transmit and receive */
#endif /* USE_ENHANCED_DMA_DESCRIPTORS */
} ETH_DMADESCTypeDef;

 

结合代码与手册图，TDES0 为DMA描述符状态位，TDES1为控制位和对RDES2、RDES3的字节计数。使用环形结构时TDES3 作为缓冲区2的地址，使用链接结构时TDES3作为下一个描述符的地址。

Tx描述符与Rx描述符在TDES0 不同，RDES1、RDES2、RDES3都是相同的。

MAC的发送与接收主要就是对DMA描述符的读写操作。

USE_ENHANCED_DMA_DESCRIPTORS 为定义使用增强描述符，具体参考STM32F4xx手册。

接下来就是具体的MAC发送、接收以及描述符相关操作的代码分析了。

二、链接结构描述符创建

ETH驱动库创建的描述符列表是环形链接结构的。

  /* Initialize Tx Descriptors list: Chain Mode */
  ETH_DMATxDescChainInit(DMATxDscrTab, &Tx_Buff[0][0], ETH_TXBUFNB);
  /* Initialize Rx Descriptors list: Chain Mode  */
  ETH_DMARxDescChainInit(DMARxDscrTab, &Rx_Buff[0][0], ETH_RXBUFNB);

ethernetif.c中，low_level_init()函数在配置完MAC地址之后，创建了Tx和Rx的描述符链表。使用到的参数如下：

/* Ethernet Rx & Tx DMA Descriptors */
extern ETH_DMADESCTypeDef  DMARxDscrTab[ETH_RXBUFNB], DMATxDscrTab[ETH_TXBUFNB];
/* Ethernet Driver Receive buffers  */
extern uint8_t Rx_Buff[ETH_RXBUFNB][ETH_RX_BUF_SIZE]; 
/* Ethernet Driver Transmit buffers */
extern uint8_t Tx_Buff[ETH_TXBUFNB][ETH_TX_BUF_SIZE]; 

//stm32f4x7_eth.c
#define ETH_RXBUFNB        4                    /* 4 Rx buffers of size ETH_RX_BUF_SIZE */
#define ETH_TXBUFNB        4                    /* 4 Tx buffers of size ETH_TX_BUF_SIZE */

首先是创建Tx和Rx描述符的第一参数：DMARxDscrTab[ETH_RXBUFNB]和DMATxDscrTab[ETH_TXBUFNB]为两个结构体数组，数组的成员为描述符列表的成员，也就是说创建了有4个节点Rx描述符链表和4个节点Dx描述符链表。

//stm32f4x7_eth.c
#ifdef  CUSTOM_DRIVER_BUFFERS_CONFIG
/* Redefinition of the Ethernet driver buffers size and count */
 #define ETH_RX_BUF_SIZE    ETH_MAX_PACKET_SIZE  /* buffer size for receive */
 #define ETH_TX_BUF_SIZE    ETH_MAX_PACKET_SIZE  /* buffer size for transmit */
 #define ETH_RXBUFNB        4                    /* 4 Rx buffers of size ETH_RX_BUF_SIZE */
 #define ETH_TXBUFNB        4                    /* 4 Tx buffers of size ETH_TX_BUF_SIZE */
#endif

/** @defgroup ENET_Buffers_setting 
  * @{
  */ 
#define ETH_MAX_PACKET_SIZE    1524    /*!< ETH_HEADER + ETH_EXTRA + VLAN_TAG + MAX_ETH_PAYLOAD + ETH_CRC */
#define ETH_HEADER               14    /*!< 6 byte Dest addr, 6 byte Src addr, 2 byte length/type */
#define ETH_CRC                   4    /*!< Ethernet CRC */
#define ETH_EXTRA                 2    /*!< Extra bytes in some cases */   
#define VLAN_TAG                  4    /*!< optional 802.1q VLAN Tag */
#define MIN_ETH_PAYLOAD          46    /*!< Minimum Ethernet payload size */
#define MAX_ETH_PAYLOAD        1500    /*!< Maximum Ethernet payload size */
#define JUMBO_FRAME_PAYLOAD    9000    /*!< Jumbo frame payload size */     

以上是定义的Rx缓冲区1以及Tx缓冲区1的大小（1524byte），4 Tx buffers 也就是对应了Rx和Tx描述符的环形链表结构中的4个节点。

第二个参数是链表第一个节点的数据（缓存）地址。

//stm32f4x7_eth.c
__align(4) 
uint8_t Rx_Buff[ETH_RXBUFNB][ETH_RX_BUF_SIZE]; /* Ethernet Receive Buffer */
__align(4) 
uint8_t Tx_Buff[ETH_TXBUFNB][ETH_TX_BUF_SIZE]; /* Ethernet Transmit Buffer */

为Rx和Tx缓冲区分别开辟了一段内存，创建了Rx_Buff和Tx_Buff两个4行1524列的二维数组，也就是第[0:3]行对应描述符[0:3]缓冲区1的地址。1524为MAC数据包的最大帧大小。

第三个参数是链表的节点计数，与Rx_Buff和Tx_Buff的行参数一致。

创建描述符链表的函数如下：

//stm32f4x7_eth.c
/**
  * @brief  Initializes the DMA Tx descriptors in chain mode.
  * @param  DMATxDescTab: Pointer on the first Tx desc list 
  * @param  TxBuff: Pointer on the first TxBuffer list
  * @param  TxBuffCount: Number of the used Tx desc in the list
  * @retval None
  */
void ETH_DMATxDescChainInit(ETH_DMADESCTypeDef *DMATxDescTab, uint8_t* TxBuff, uint32_t TxBuffCount)
{
  uint32_t i = 0;
  ETH_DMADESCTypeDef *DMATxDesc;
  
  /* Set the DMATxDescToSet pointer with the first one of the DMATxDescTab list */
  DMATxDescToSet = DMATxDescTab;
  /* Fill each DMATxDesc descriptor with the right values */   
  for(i=0; i < TxBuffCount; i++)
  {
    /* Get the pointer on the ith member of the Tx Desc list */
    DMATxDesc = DMATxDescTab + i;
    /* Set Second Address Chained bit */
    DMATxDesc->Status = ETH_DMATxDesc_TCH;  

    /* Set Buffer1 address pointer */
    DMATxDesc->Buffer1Addr = (uint32_t)(&TxBuff[i*ETH_TX_BUF_SIZE]);
    
    /* Initialize the next descriptor with the Next Descriptor Polling Enable */
    if(i < (TxBuffCount-1))
    {
      /* Set next descriptor address register with next descriptor base address */
      DMATxDesc->Buffer2NextDescAddr = (uint32_t)(DMATxDescTab+i+1);
    }
    else
    {
      /* For last descriptor, set next descriptor address register equal to the first descriptor base address */ 
      DMATxDesc->Buffer2NextDescAddr = (uint32_t) DMATxDescTab;  
    }
  }

  /* Set Transmit Desciptor List Address Register */
  ETH->DMATDLAR = (uint32_t) DMATxDescTab;
}

简单分析下代码

  /* Set the DMATxDescToSet pointer with the first one of the DMATxDescTab list */
  DMATxDescToSet = DMATxDescTab;

首先将DMATxDescToSet（DMA当前发送描述符）设置为DMATxDescTab的以一个元素，也就是等于描述符0（创建的描述符结构体数组的第一个元素）。

接下来的for循环就是创建环形链接描述符的具体实现了

    /* Set Second Address Chained bit */
    DMATxDesc->Status = ETH_DMATxDesc_TCH;  

这一行初始化描述符的状态（TDES0），将TCH（位20）置1，其他值0，表示TDES3的数据为下一个描述符的地址。

    /* Set Buffer1 address pointer */
    DMATxDesc->Buffer1Addr = (uint32_t)(&TxBuff[i*ETH_TX_BUF_SIZE]);

这一行为每一个链表中的描述符的缓冲区1设置了内存地址。

接下来的if语句用于判断当前节点是否为最后一个节点，中间节点时将当前描述符的TDES3（数据缓冲区2）指向下一个描述符的地址，也就是DMATxDescTab数组元素的下一个，当前节点为最后一个描述符时，将描述符的TDES2指向第一个节点（DMATxDescTab的地址）。

  /* Set Transmit Desciptor List Address Register */
  ETH->DMATDLAR = (uint32_t) DMATxDescTab;

在发送描述符配置完成后，就将配置完成的描述符链表设置到发送描述符地址寄存器中，完成发送描述符初始化。