以太网口的协议与电路波形
一直有一个疑问，MCU通过SPI协议与一个以太网芯片通信，这个芯片直接将其转化为了以太网所需的电平和协议标准，这其中发生了什么，开发者有需要关注哪些方面呢？
先看以太网模块的设计：
可以看到也是MCU和以太网芯片连，以太网直接和RJ45连。
可以看到，RJ45上面的电平标准也是3.3V。
再看一下两个以太网模块之间的通信实验：
以太网模块一个很大的优势是支持一主多从，同时挂载多个节点设备：
ipconfig:
MCU 通过 SPI 与以太网芯片通信，而以太网芯片再将数据转换成以太网标准信号，这个过程中涉及多个关键环节，开发者需要关注以下几个方面：
CPU内置MAC层的情况：
1. SPI 传输与寄存器操作
MCU 通过 SPI（或其他接口，如 RMII、MII）与以太网芯片通信，通常涉及：
- 发送数据帧：MCU 将数据按照以太网芯片的寄存器格式写入。
- 接收数据帧：以太网芯片收到的数据存入内部 FIFO，MCU 读取时会按照 FIFO 规则读取。
- 配置寄存器：设置 MAC 地址、PHY 配置、发送速率、链路状态等。
开发者需要关注
- SPI 时钟速率是否匹配，以免导致数据传输失败。
- 读写寄存器的时序和流程，遵循芯片手册的 SPI 访问规则。
- 发送和接收数据是否正确对齐，特别是 FIFO 读写控制。
2. 以太网芯片的 MAC 层
以太网芯片内部通常实现了 MAC（媒体访问控制）层，它负责：
- 帧格式化：封装以太网帧（前导码、目的 MAC、源 MAC、数据、FCS）。
- 地址过滤：只接收符合 MAC 地址或广播地址的帧。
- 流控：处理冲突（半双工时）或暂停帧（全双工时）。
开发者需要关注
- 是否需要手动配置 MAC 地址（有些芯片可能没有默认 MAC）。
- 是否支持广播/多播数据包的过滤，避免 MCU 处理无关数据。
- 半双工模式下的冲突检测机制，是否需要特别处理。
3. 以太网芯片的 PHY 层
PHY（物理层）负责：
- 数据编码/解码（如 MLT-3, Manchester 编码）。
- 链路建立（自动协商 10/100/1000 Mbps，全/半双工）。
- 信号调理（均衡、时钟恢复）。
开发者需要关注
- PHY 速率和模式：是否使用 自动协商 还是固定速率。
- PHY 状态监测：可以通过读取状态寄存器判断是否连接到网络。
- 变压器匹配：有些 PHY 需要外部隔离变压器，选型要正确。
4. 以太网数据的协议栈
MCU 只发送和接收裸数据，但数据通常需要更高层协议支持：
- 裸以太网帧：直接在 MAC 层发送，以太网芯片不会解析数据。
- ARP / ICMP / UDP / TCP：如果 MCU 处理网络协议，需要自己解析数据。
- IP 协议栈：有些芯片（如 W5500）自带 TCP/IP 协议栈，MCU 只需要处理应用层数据。
开发者需要关注
- MCU 是否需要自己实现 TCP/IP 协议（如果芯片不自带）。
- 如果使用芯片自带协议栈，如何正确访问 Socket（如 W5500 通过 SPI 配置 socket）。
- MTU 限制（通常 1500 字节），需要处理分片。
MCU 通过 SPI 控制以太网芯片，而芯片完成以太网协议转换：
- SPI 读写流程（时序、FIFO）。
- MAC 层配置（地址、流控）。
- PHY 连接状态（速率、双工模式）。
- 协议栈处理（是否需要 MCU 解析 IP/TCP）。
- 中断优化（避免丢包，减少 CPU 负担）。
- 硬件设计（电源供电，变压器匹配）。