Komunikacja sieciowa z wykorzystaniem mikrokontrolerów Freescale Kinetis

Jednym z bloków funkcjonalnych wbudowanych w strukturę układów Freescale Kinetis jest moduł komunikacji sieciowej nazwany przez producenta jako ENET lub inaczej MAC-NET. Dzięki niemu, po dodaniu zewnętrznego ukladu PHY można stworzyć kompletne rozwiązanie dla komunikacji w standardzie Ethernet. Na rysunku 1 pokazano sposób budowy węzła sieciowego LAN (Local Area Network) wykorzystującego mikrokontroler Kinetis z modułem MAC-NET.

Rys. 1. Budowa podstawowego węzła sieciowego LAN z mikrokontrolerem Kinetis

Budowa modułu MAC

Moduł MAC-NET składa się z trzech głównych komponentów:

• Kontrolera MAC (Media Access Controller), który kontroluje bufory, rejestry, sterownik IEEE15888, interfejs MII (Media Independent Interface) i RMII (Reduced Media Independent Interface),
• Interfejsu MII/RMII służącego do komunikacji między kontrolerem MAC i zewnętrznym układem PHY,
• Sterownika IEEE1588 zarządzający znacznikami czasowymi

Wymienione komponenty tworzą razem moduł MAC-NET. Do poprawnej pracy moduł ten wymaga współpracy z innymi wewnętrznymi zasobami mikrokontrolera Kinetis.  Ich wzajemne połączenie przedstawiono na rysunku 2.

Rys. 2. Połączenie modułu MAC-NET z innymi zasobami wewnątrz mikrokontrolera Kinetis

Cechy modułu MAC-NET

Do głównych cech modułu MAC-NET można zaliczyć:

• Kompatybilność z kontrolerem FEC obecnym w mikrokontrolerach Freescale Coldfire
• Duże możliwości warstwy sprzętowej, w tym:
  • Zaimplementowane protokoły IPv4 oraz IPv6,
  • Generowanie i sprawdzanie sumy kontrolnej protokołów IP, TCP, UDP i ICMP,
  • Konfiguracja automatycznego odrzucania błędnych ramek,
  • Dzielenie informacji ramek na 32-bitowe słowa w celu łatwego przetwarzania,
  • Możliwość skorzystania z czasowej synchronizacji transmisji zgodnej ze standardem IEEE1588.

Działanie modułu MAC-NET

W pracy modułu MAC-NET wyróżnić można cztery aspekty działania:

• Inicjalizację – kroki niezbędne do wykonania w celu uruchomienia modułu MAC-NET,
• Zarządzanie interfejsem PHY – konfiguracja przygotowująca do pracy PHY,
• Sterowanie interfejsem MII,
• Sterowanie interfejsem RMII.

Inicjalizacja

Na inicjalizację modułu MAC-NET składają się następujące kroki:

1. Włączenie sygnału zegarowego dla MAC-NET
2. Skonfigurowanie buforów
3. Zresetowanie kontrolera MAC
4. Skonfigurowanie wyprowadzeń do pracy w trybie MII lub RMII
5. Aktywowanie i wyzerowanie przerwań xmit, rx i przerwań od błędów. Ustawienie poziomów i priorytetów dla przerwań
6. Oczytanie prędkości transmisji z układu PHY i ustawienie takich samych wartości dla modułu MAC-NET
7. Skonfigurowanie adresu MAC
8. Ustawienie maksymalnego rozmiaru pakietów
9. Uruchomienie modułu MAC-NET
10. Ustawienie modułu MAC-NET do gotowości odbioru danych