以太网MAC和PHY的使用

MCU在与以太网设备进行通信的时候，需要用到MAC和PHY。在硬件电路设计上，一般有以下几种组合方式：

1、MCU内置以太网MAC+PHY，运行协议栈，MCU直接联网，该方式应用最简单；
2、MCU内置以太网MAC，需外接一个PHY芯片进行以太网通信，该方式应用最普遍；
3、通用MCU资源比较大，无MAC及PHY类网络资源，需外接一个以太网控制器进行以太网通信，MCU端运行以太网协议栈，该方式资源占用大，适用于大容量通用MCU；
4、通用MCU资源比较小，无MAC及PHY类网络资源，需外加以太网协议栈芯片（协议栈芯片W5500,CH395），无需MCU端运行以太网协议栈，该方式资源占用小，适用于小容量通用MCU。

以下是4种组合的实现方式：

1、MCU（内置以太网MAC+PHY）

该类实现方式所用MCU一般为高性能的互联型MCU，该类MCU内置以太网MAC和PHY，如CH32V307、CH32F207等，可运行协议栈，MCU直接联网。该类实现方式接口电路简单，无需外接，可减小电路板的面积，避免一些干扰，具体结构框图如下：

MCU+网口

2、MCU（内置以太网MAC）+外接PHY

该类实现方式所用MCU一般为高性能或互联型MCU，该类MCU一般会内置MAC控制

器，如STM32F205/207系列，此时仅需外接以太网PHY（如RTL8201、LAN8720、CH182）即可实现MCU的以太网通信，具体实现结构框图如下：

MCU+以太网PHY+网口

3、MCU（无内置以太网MAC+PHY）+以太网控制器

该类实现方式所用MCU一般为通用型MCU，且MCU资源较大（如FLASH、RAM够大），该类MCU无内置MAC和PHY，如STM32F103大容量系列等，需要外接以太网MAC控制器和PHY进行以太网通信，MCU端需要运行以太网协议栈。此时一般配合外接一个以太网控制器即可实现以太网通信。以太网控制器集MAC和PHY于一体，如DM9000、CH390等。目前该类实现方式是使用最多的一种连接方式，适用性广，仅需通过SPI接口或者并口等就可连接控制以太网控制器进行以太网通信，使用简单且便于产品的升级，具体结构框图如下：

MCU+以太网控制器+网口

4、MCU（无内置以太网MAC+PHY）+以太网协议栈芯片

该类实现方式所用MCU一般为通用型MCU，且MCU资源较小（如FLASH、RAM不够用），无法在MCU端运行以太网协议栈，如STM32F103小容量系列等，需要外接以太网协议栈芯片实现以太网通信。以太网协议栈芯片可以理解是集成硬件协议栈的以太网控制器，无需在MCU端运行以太网协议栈，经常用于小资源的MCU。常见的以太网协议栈芯片如W5500、CH395等。目前该类实现方式常用于MCU资源小但又有以太网通信需求的应用场合上，具体结构框图如下：