ENC28J60 简介

Posted 2021-12-12 Li-Yongjun

单片机以太网方案

单片机想要使用以太网的话，通常有以下几种方案：

1. 如果 MCU 内部集成 MAC 控制器，则只需外接一个 PHY 芯片就可以了
2. 如果 MCU 内部没有 MAC 控制器，需要外接 MAC 芯片和 PHY 芯片，这两颗芯片可以分立也可以集成在一颗芯片中

以上两种方案，MAC + PHY 完成了 TCP/IP 五层模型的最低两层，即物理层和数据链路层。上面几层，如网络层、传输层、应用层则需要在 MCU 中实现。当然，普通程序员要想实现 IP 层、TCP/UDP 层还是有一定难度的。不过不用担心，我们可以使用成熟的开源 TCP/IP 协议栈，如 uIP、LwIP。它们都是轻量级的 TCP/IP 协议栈，适用于资源受限的单片机。

3. 使用硬件 TCP/IP 协议栈，MCU 只需要实现应用层代码就可以了

例如，使用 W5500 芯片，传输层及其以下全部由外部这颗芯片完成，MCU 只需要配置 W5500，从 W5500 收发数据，完成应用层逻辑就可以了。还有一种方案是 MCU 外接一个串口转以太网模块，原理和使用 W5500 方案类似。

ENC28J60

ENC28J60 属于上面介绍的方案 2，ENC28J60 单颗芯片集成了 MAC 和 PHY，提供 SPI 接口用来和 MCU 通信。

寄存器 —— 硬件的灵活性体现

在方案 2 中，网络层、传输层、应用层 是以软件的形式在 CPU 中实现的，而物理层、数据链路层则是以硬件的形式在 ENC28J60 中实现的，虽然 ENC28J60 是一个硬件，我们无法对其进行编程修改功能，但其仍然留有一定的灵活性，那就是可以配置的寄存器。我们可以设置寄存器以达到控制最低两层的目的，也可以读寄存器以达到监控最低两层的目的。
比如我们可以设置 ECON1 寄存器，来控制接收使能、发送请求、DMA、存储区选择等。
还可以设置 PHCON1 寄存器，来控制 PHY 模块复位等功能。

缓冲器 —— 硬件的价值体现

说到底 ENC28J60 的功能是从 IP 层拿数据并发送出去，或者将收到的数据送给 IP 层。这两个方向的操作都需要用到缓冲器，用来暂存数据。

ENC28J60 读写特性

ENC28J60 中有三种类型的存储器：
• 控制寄存器
• 以太网缓冲器
• PHY 寄存器
其中 MCU 可以通过 SPI 接口，使用指令来直接读写 控制寄存器 和 以太网缓冲器。但是不可以通过 SPI 接口直接访问 PHY 寄存器，只可以通过 MAC 中的 MII 访问这些寄存器。
可以理解为 SPI 是和 MAC 相连的，可以直接访问 MAC 的寄存器，但是 PHY 只与 MAC 通过 RMII、MIIM 接口相连，所以想要读取 PHY 寄存器的值，必须要通过 MAC，进一步讲是通过 MAC 的 MIIM 接口，或者说是通过 MAC 的 MII 寄存器。

ENC28J60 中所有的存取器都是以静态 RAM 的方式实现的。
控制寄存器存储空间分为四个存储区，可用 ECON1 寄存器中的存储区选择位 BSEL1:BSEL0 进行选择。 每个存储区都是 32 字节长，可以用 5 位地址值进行寻址。
所有存储区的最后五个单元 （1Bh 到 1Fh）都指向同一组寄存器：EIE、EIR、ESTAT、ECON2 和 ECON1。 它们是控制和监视器件工作的关键寄存器，由于被映射到同一存储空间，因此可以在不切换存储区的情况下很方便地访问它们。
下图是所有的控制寄存器：

能够从任意 Bank 访问 ECON1 是有必要的，因为 ECON1 中存有选择 Bank 的两个 bit，倘若 ECON1 只能在 Bank 0 中访问，那么，一旦将访问权切换到 Bank 2，而 Bank 2 又无法访问 ECON1 来选择 Bank，那不就悲催了嘛，只能停留在 Bank 2 了。。😂

读取 PHY 寄存器实例

下面粗略地写一段代码来读取 PHY 的 PHSTAT1 寄存器，此寄存器的 bit2 表示链路状态

我们就按照步骤一步步写

代码

int main(void)
{

  /* USER CODE BEGIN 1 */
	uint8_t tx_data = 0x00;
	uint8_t rx_data = 0x00;
	uint16_t pyh_data;
  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration----------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_SPI1_Init();
  MX_USART1_UART_Init();

  /* USER CODE BEGIN 2 */
/* 1111111111111111111. */
/* select bank 2 begin */
	tx_data = 0xA0 | 0x1F;	// BFC | ECONT1	// BF
	HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);
	HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &tx_data, 1, 10);
	
	tx_data = 0x03;	// 清除最低两位					// 03
	HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &tx_data, 1, 10);
	HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);		// 拉高 CS 引脚可结束 BFC 命令
	
	tx_data = 0x80 | 0x1F;	// BFS | ECONT1	// 9F
	HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);
	HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &tx_data, 1, 10);
	
	tx_data = 0x02;	// 10h 表示选中 bank2		// 02
	HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &tx_data, 1, 10);
	HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);		// 拉高 CS 引脚可结束 BFS 命令
/* select bank 2 end */



/* MIREGADR(14h) <-- PHSTAT1(01h) begin */
	tx_data = 0x40 | 0x14;	// WCR | MIREGADR(14h) // 地址	// 54
	HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);
	HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &tx_data, 1, 10);
	
	tx_data = 0x01;	// PHSTAT1(01h) // 值										// 01
	HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &tx_data, 1, 10);
	HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);
/* MIREGADR(14h) <-- PHSTAT1(01h) end */


/* 2222222222222222222 */
/* MICMD(12h) <-- MIIRD(01h) begin */			// 92
	tx_data = 0x80 | 0x12;	// BFS | MICMD(12h) // 地址
	HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);
	HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &tx_data, 1, 10);
	
	tx_data = 0x01;	// MIIRD(01h) // 值			// 01
	HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &tx_data, 1, 10);
	HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);
/* MICMD(12h) <-- MIIRD(01h) end */


/* select bank 3 begin */
	tx_data = 0x80 | 0x1F;	// BFS | ECONT1	// 9F
	HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);
	HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &tx_data, 1, 10);
	
	tx_data = 0x03;	// 11h 表示选中 bank2		// 03
	HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &tx_data, 1, 10);
	HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);		// À­¸ß CS Òý½Å¿É½áÊø BFS ÃüÁî
/* select bank 3 end */


/* MISTAT(0Ah) <-- BUSY(01h) begin */
	tx_data = 0x80 | 0x0A;	// BFS | MICMD(0Ah) // 地址	// 8A
	HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);
	HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &tx_data, 1, 10);
	
	tx_data = 0x01;	// BUSY(01h) // 值									// 01
	HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &tx_data, 1, 10);
	HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);
/* MISTAT(0Ah) <-- BUSY(01h) end */

/* 333333333333333333. */
/* 等待 10.24us */
//	HAL_Delay(1);

/*  MISTAT(0Ah) */
//	tx_data = 0x00 | 0x0A;	// RCR | MISTAT(0Ah) // µØÖ·
//	HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);
//	HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &tx_data, 1, 10);
//	
//	HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &rx_data, 1, 10); // ¶ÁÖµ
//	HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);
///* MIREGADR(14h) <-- PHSTAT1(01h) end */
//	printf("rx_data = 0x%x\\r\\n", rx_data);

/* 4 */
/* select bank 2 begin */
	tx_data = 0xA0 | 0x1F;	// BFC | ECONT1
	HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);
	HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &tx_data, 1, 10);
	
	tx_data = 0x03;	// Çå³ý×îµÍÁ½Î»
	HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &tx_data, 1, 10);
	HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);		// À­¸ß CS Òý½Å¿É½áÊø BFC ÃüÁî
	
	tx_data = 0x80 | 0x1F;	// BFS | ECONT1
	HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);
	HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &tx_data, 1, 10);
	
	tx_data = 0x02;	// 10h ±íʾѡÖÐ bank2
	HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &tx_data, 1, 10);
	HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);		// À­¸ß CS Òý½Å¿É½áÊø BFS ÃüÁî
/* select bank 2 end */

/* MICMD(12h) <-- MIIRD(01h) begin */
	tx_data = 0xA0 | 0x12;	// BFC | MICMD(12h) // µØÖ·
	HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);
	HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &tx_data, 1, 10);
	
	tx_data = 0x01;	// MIIRD(01h) // Öµ
	HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &tx_data, 1, 10);
	HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);
/* MICMD(12h) <-- MIIRD(01h) end */

/* 5 */
/* read MIRDL(18h) begin */
	tx_data = 0x00 | 0x18;	// RCR | MIRDL(18h) // µØÖ·
	HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);
	HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &tx_data, 1, 10);
	
	HAL_SPI_Receive(&hspi1, &rx_data, 1, 10); // ¶ÁÖµ
//	printf("rx_data = 0x%x\\r\\n", rx_data);
	
	HAL_SPI_Receive(&hspi1, &rx_data, 1, 10); // ¶ÁÖµ
	HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);
//	printf("rx_data = 0x%x\\r\\n", rx_data);

	pyh_data = rx_data;

/* read MIRDH(19h) begin */
	tx_data = 0x00 | 0x19;	// RCR | MIRDH(19h) // µØÖ·
	HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_RESET);
	HAL_SPI_Transmit(&hspi1, &tx_data, 1, 10);
	HAL_SPI_Receive(&hspi1, &rx_data, 1, 10);
	
	HAL_SPI_Receive(&hspi1, &rx_data, 1, 10); // ¶ÁÖµ
	HAL_GPIO_WritePin(SPI1_CS_GPIO_Port, SPI1_CS_Pin, GPIO_PIN_SET);
/* read MIRDH(19h) end */
//	printf("rx_data = 0x%x\\r\\n", rx_data);

	pyh_data = pyh_data + (rx_data << 8);
	printf("pyh_data = 0x%x\\r\\n", pyh_data);
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
  /* USER CODE END WHILE */

  /* USER CODE BEGIN 3 */
//		printf("helo\\r\\n");
		HAL_GPIO_TogglePin(LED_GPIO_Port, LED_Pin);
		HAL_Delay(1000);



		
//		printf("0x%X: 0x%x\\n", tx_data, rx_data);
//		cr_addr++;
  }
  /* USER CODE END 3 */

}

插拔网线
      
读取到的 PHSTAT1 寄存器值

插上网线，值为 0x1804，即 bit2 = 1；
拔掉网线，值为 0x1800，即 bit2 = 0。

读到的寄存器状态和网线连接状态一致，成功！