• 突發(fā)模式

• 優(yōu)先級模式

數(shù)據(jù)報頭

為了傳輸以太網(wǎng)數(shù)據(jù)（雙向），上位機需要發(fā)送有效的數(shù)據(jù)傳輸報頭，隨后緊跟實際的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸報頭的特征是第31位被置1。以下是與NCN26010器件使用相關(guān)的數(shù)據(jù)報頭字段。

圖 3. 數(shù)據(jù)報頭字段

需要注意的是，在NCN26010的應(yīng)用中，只使用 NORX、DV、SV、SWO、EV、EBO 和強制（奇數(shù)）校驗 P 字段。所有其他位建議始終發(fā)送0。

• 對于寄存器寫入控制事務(wù)（寄存器寫入），包含32位寄存器內(nèi)容和32位占位數(shù)據(jù)（dummy data）

• 對于讀取控制事務(wù)（寄存器讀?。?，包含64位占位數(shù)據(jù)

SPI作為一種雙向全雙工通信方式，每傳輸/接收一位數(shù)據(jù)就需要一個SCK（串行時鐘）跳變。為了在寄存器讀寫事務(wù)中接收適當(dāng)數(shù)量的字節(jié)，MCU上位機需要通過MOSI線路向NCN26010器件發(fā)送占位字節(jié)（dummy bytes）。

連接的MCU必須能夠在不斷開MACPHY的SPI芯片選擇的情況下完成整個事務(wù)。

為寄存器讀寫準(zhǔn)備兩個 12 字節(jié)長的數(shù)組似乎最為簡單。在數(shù)組中填入正確的數(shù)據(jù)（報頭和寫入數(shù)據(jù)），然后通過 SPI 以 12 字節(jié)的批量傳輸方式發(fā)送，同時將結(jié)果接收到 12 字節(jié)的接收緩沖區(qū)中。

寄存器讀取示例：

應(yīng)用程序希望讀取位于 MMS0 地址 0x0001 的 MACPHY 的 SPI 識別寄存器。

首先，我們需要生成一個適當(dāng)?shù)膱箢^：按照此主題確定報頭：

圖4

確定報頭后，在數(shù)組中填入零字節(jié)進行讀取操作。

這將提供一個通過 MOSI 發(fā)送、通過 MISO 接收的字節(jié)數(shù)組，其內(nèi)容如下：

讀取該寄存器的程序例程必須查看數(shù)據(jù)流的最后兩個 32 位字。 倒數(shù)第二個 32 位字（回顯報頭，字節(jié) 4 至 7）應(yīng)等于通過 MOSI 線發(fā)送到 MACPHY 的命令報頭，而最后一個 32 位字則包含寄存器的實際數(shù)據(jù)。請注意，寄存器讀取總是返回32位字的寄存器內(nèi)容，即使基礎(chǔ)寄存器僅包含16位可用內(nèi)容。

當(dāng)由于使用無效的奇偶校驗位計算方式導(dǎo)致報頭格式錯誤，或SPI傳輸錯誤造成報頭出現(xiàn)奇偶校驗錯誤時，回顯的控制報頭及所有后續(xù)的32位字都將變?yōu)?x40000000，這表明存在“報頭錯誤,HEADER BAD”狀況。因此，MACPHY將忽略該命令。連接的上位機可以利用該信息來檢測控制命令（Control Command）錯誤，并觸發(fā)重新傳輸正確的控制命令。

寄存器寫入示例：

假設(shè)您想要向NCN26010內(nèi)部的MAC Control 0寄存器寫入數(shù)據(jù)，以便在集成的MAC與PHY之間啟用TX（發(fā)送）和RX（接收）傳輸，同時讓MACPHY計算以太網(wǎng)幀的幀校驗序列（FCS），以減輕 MCU 的計算負(fù)擔(dān)。

請查閱NCN26010的數(shù)據(jù)手冊以找到MAC CONTROL0寄存器。它位于 MMS 1（內(nèi)存映射選擇組 1）中，地址為 0x0000。

要啟用TX和RX，并且讓MAC計算并自動附加FCS（幀校驗序列）到它將發(fā)送的每個以太網(wǎng)幀上，需要在寄存器中設(shè)置第 8 位（FCSA）、第 1 位（TXEN）和第 0 位（RXEN）。這將產(chǎn)生一個包含 0x00000103 值的待寫入的數(shù)據(jù)字。

與上述寄存器讀取示例類似，我們首先需要確定單個寄存器寫入的正確控制命令報頭。按照上述方案，我們可以得到：

圖6

確定報頭后，我們就可以在數(shù)組中填入要寫入寄存器的數(shù)據(jù)。 這樣我們就得到了一個字節(jié)數(shù)組，通過 MOSI 發(fā)送，通過 MISO 接收，內(nèi)容如下：

圖7

請注意，奇偶校驗的工作方式與寄存器讀取示例相同。如果報頭中的奇偶校驗位出現(xiàn)錯誤，則隨后的 32 位字將被設(shè)置為 0x40000000。在這種情況下，MACPHY 不會改變寄存器的內(nèi)容。連接的 MCU 必須相應(yīng)地處理這種情況，使用完整的報頭重新發(fā)送寄存器寫入事務(wù)。此外，重要的是要先發(fā)送 MSB 數(shù)據(jù)。

下面的代碼片段提供了一個生成命令事務(wù)報頭的函數(shù)實現(xiàn)示例：

圖8

上述示例說明了如何生成有效的控制事務(wù)，以支持單個寄存器的讀寫操作。

有關(guān)如何在一次 SPI 傳輸中讀取連續(xù)寄存器地址的詳細(xì)信息，建議本應(yīng)用筆記的讀者查閱OPEN聯(lián)盟 TC6 文檔。

發(fā)送和接收以太網(wǎng)幀

OA-TC6 協(xié)議的設(shè)計不僅允許通過 SPI 接口實現(xiàn)器件配置，而且還能利用同一接口以半雙工或全雙工方式雙向傳輸以太網(wǎng)幀，具體取決于上位機系統(tǒng)上運行軟件的功能而定。但請注意，混合數(shù)據(jù)段上的實際以太網(wǎng)通信始終是半雙工的。 以太網(wǎng)幀以分塊（Chuck）的形式進行雙向傳輸。

數(shù)據(jù)塊（Data Chunks）的概念

NCN26010 執(zhí)行 OA SPI 協(xié)議，通過“數(shù)據(jù)塊”(data chunks)與連接的上位機設(shè)備或系統(tǒng)傳輸以太網(wǎng)數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)塊是以太網(wǎng)幀的一部分，或者在較短的幀中，它可以是整個以太網(wǎng)幀。在發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)塊包含一個數(shù)據(jù)報頭，其后是預(yù)定義數(shù)量的有效（pay load）數(shù)據(jù)。NCN26010可以配置每個數(shù)據(jù)塊的pay load數(shù)據(jù)為8、16、32或64字節(jié)，默認(rèn)設(shè)置為64字節(jié)。當(dāng)上位機從NCN26010 MACPHY接收數(shù)據(jù)時，首先發(fā)送pay load數(shù)據(jù)，之后跟隨一個32位的數(shù)據(jù)報尾，報尾向上位機指示：

如果整個以太網(wǎng)幀的長度超過了單個數(shù)據(jù)塊所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，則需要將其切割成適合數(shù)據(jù)塊的片段。只要 NCN26010 設(shè)備內(nèi)部的 4 k byte 發(fā)送和接收緩沖區(qū)有足夠的空間，這一概念就支持在 NCN26010 和上位機設(shè)備之間中斷以太網(wǎng)幀交換而不丟失數(shù)據(jù)。

以太網(wǎng)幀數(shù)據(jù)可能包含也可能不包含 4 字節(jié) FCS（幀校驗序列），具體取決于如何配置。當(dāng)配置為計算并自動附加 FCS 時，由上位機設(shè)備向 NCN26010 發(fā)送數(shù)據(jù)時預(yù)計不會附加 FCS。同樣，當(dāng)啟用NCN26010內(nèi)部的FCS檢查時，輸入幀無需提供FCS，因為無效幀（FCS校驗錯誤的幀）將不會存儲在RX緩沖區(qū)（即被丟棄）。

NCN26010 可配置為存儲轉(zhuǎn)發(fā)（Store and Forward）模式或直通（Cut Though）工作模式。

在“存儲轉(zhuǎn)發(fā)”模式下，完整的數(shù)據(jù)幀會在被發(fā)送到單對絞線以太網(wǎng)數(shù)據(jù)段或從以太網(wǎng)媒介接收之前，全部存儲在器件的緩沖區(qū)內(nèi)。

直通模式對上位機上運行的軟件的延遲和吞吐量性能有更嚴(yán)格的要求，因為上位機必須始終跟上以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的輸入和輸出速度。在使用多任務(wù)操作系統(tǒng)時，長時間的中斷服務(wù)例程或不適宜的任務(wù)切換會導(dǎo)致通信速度減慢，從而因TX緩沖區(qū)欠載（underruns）或RX緩沖區(qū)超限（overruns）而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。

除其他配置選項外，數(shù)據(jù)塊大?。╟hunk size）的選擇會對將NCN26010連接到上位機MCU或系統(tǒng)的SPI接口施加最低速度要求。

在使用簡單配置時，只允許新的以太網(wǎng)幀從數(shù)據(jù)塊的開頭開始，所需的SPI速度取決于以太網(wǎng)幀的長度以及數(shù)據(jù)塊的大?。阂韵聢D表說明了這種關(guān)系。

圖9

從這張圖表中，這種方法的局限性變得顯而易見。當(dāng)應(yīng)用主要使用短幀時，根據(jù)NCN26010的配置方式，較小的數(shù)據(jù)塊大小可能會帶來更高的吞吐量。在這種簡單的配置中，極端情況是使用長度為65字節(jié)的幀和64字節(jié)大小的數(shù)據(jù)塊。這將需要21 MHz的SPI速度。

NCN26010設(shè)計支持串行時鐘（SCLK）上的SPI速度高達25 MHz。因此即使在這種情況下，MACPHY 的速度也足以傳輸所需的數(shù)據(jù)；然而，應(yīng)用程序或驅(qū)動程序必須同時處理 RX 和 TX。隨著以太網(wǎng)幀大小的增大，默認(rèn)的 64 字節(jié)數(shù)據(jù)塊大小需要降低 SPI 接口的時鐘頻率，以保證數(shù)據(jù)傳輸。

在多點（multi?drop）傳輸環(huán)境中，我們可以假設(shè)大部分?jǐn)?shù)據(jù)流都在 RX 方向。由于 10Base-T1S 的半雙工特性，即使以半雙工方式處理 SPITX 和 RX 數(shù)據(jù)流，25 MHz SCLK 也能在大多數(shù)情況下提供穩(wěn)定的數(shù)據(jù)流而不會丟失數(shù)據(jù)。

當(dāng) NCN26010 需要在單對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)段上傳輸數(shù)據(jù)時，上位機需要發(fā)送一系列包含完整以太網(wǎng)幀數(shù)據(jù)的有效數(shù)據(jù)塊。

新的以太網(wǎng)幀將從數(shù)據(jù)報頭的 SV 標(biāo)志（起始有效）置 1 開始。在簡單情況下，幀只允許在CS（片選）信號被置位后的數(shù)據(jù)塊起始處開始，起始字偏移量（Start Word Offset）將始終為0。如果以太網(wǎng)幀能夠容納在一個單獨的數(shù)據(jù)塊內(nèi)，那么有效數(shù)據(jù)（payload）最后一個字節(jié)的EV（End Valid，結(jié)束有效）標(biāo)志也需要被設(shè)置。請注意，當(dāng)要傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)幀數(shù)據(jù)短于以太網(wǎng)幀長度（包括源地址/目的地址、長度、字段/其他類型和 FCS）的最小要求 64 字節(jié)時，則NCN26010內(nèi)的MAC會自動添加填充字節(jié)，以將幀擴展到其最小所需長度。當(dāng)NCN26010被配置為不自動添加FCS時，填充字節(jié)以及FCS才需要由上位機提供。

與控制事務(wù)報頭的計算類似，數(shù)據(jù)事務(wù)報頭也可按下面的示例代碼生成：

圖10

發(fā)送以太網(wǎng)幀

在這里，我們僅描述了被稱為 "TX 幀在數(shù)據(jù)塊邊界結(jié)束 "和 "每個 TX 幀都匹配數(shù)據(jù)塊 "的 TX 幀發(fā)送情況。詳見 [2]"圖 8：發(fā)送數(shù)據(jù)塊案例"。

我們需要區(qū)分以三種不同方式處理的幀數(shù)據(jù)情況：

1.幀完全匹配一個數(shù)據(jù)塊

2.以太網(wǎng)幀匹配兩個數(shù)據(jù)塊

3.以太網(wǎng)幀需要兩個以上的數(shù)據(jù)塊

在第一種情況下，用戶需要發(fā)送一個數(shù)據(jù)報頭，緊隨其后的是實際的幀數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)報頭需要設(shè)置以下這些位：

. SV = 1

. DV = 1

. EV = 1

EBO（End Byte Offset，結(jié)束字節(jié)偏移）指向有效數(shù)據(jù)的最后一個字節(jié)。需要注意的是，即使以太網(wǎng)數(shù)據(jù)沒有占滿整個數(shù)據(jù)塊（例如，ARP廣播幀長度為46字節(jié)，所以默認(rèn)的64字節(jié)數(shù)據(jù)塊并不會被完全利用），應(yīng)用程序仍然需要始終發(fā)送全長數(shù)據(jù)塊。

在使用64字節(jié)數(shù)據(jù)塊且需要發(fā)送一個長度為46字節(jié)的ARP廣播幀的情況下，EBO將指向第45個字節(jié)，因為在數(shù)據(jù)塊中的第一個字節(jié)索引為0。

在第二種情況下，需要兩個數(shù)據(jù)塊來容納payload數(shù)據(jù)，那么第一個數(shù)據(jù)報頭需要設(shè)置：

. SV = 1

. DV = 1

. EV = 0

. EBO = 0

. SWO = 0

而幀中的第二個也是最后一個數(shù)據(jù)報頭需要設(shè)置：

. SV = 0

. DV = 1

. EV = 1

. EBO = position of last valid pay load byte （最后一個有效payload字節(jié)的位置 ）

. SWO = 0

如果向 NCN26010 MACPHY 傳輸payload數(shù)據(jù)時需要兩個以上的數(shù)據(jù)塊，則第一個報頭與前一種情況相似：

. SV = 1

. DV = 1

. EV = 0

. EBO = 0

. SWO = 0

在第一個數(shù)據(jù)塊之后和最后一個數(shù)據(jù)塊之前的所有報頭都需要：

. SV = 0

. DV = 1

. EV = 0

. EBO = 0

. SWO = 0

Or 0xA0200000.

最后一個報頭需要設(shè)置：

. SV = 0

. DV = 1

. EV = 1

. EBO = position of last valid pay load byte （最后一個有效payload字節(jié)的位置 ）

. SWO = 0

由于在數(shù)據(jù)傳輸前要先傳輸報頭，因此向 MACPHY 發(fā)送數(shù)據(jù)塊的應(yīng)用程序總是要比數(shù)據(jù)塊的payload數(shù)據(jù)多發(fā)送 4 個字節(jié)。

由此，8 字節(jié)的數(shù)據(jù)塊需要 12 字節(jié)，16 字節(jié)的數(shù)據(jù)塊需要 20 字節(jié)，32 字節(jié)的數(shù)據(jù)塊需要 36 字節(jié)，64 字節(jié)的數(shù)據(jù)塊需要 68 字節(jié)。

請注意，即使數(shù)據(jù)塊未全部使用，這些長度也是固定的。在 EV=1 數(shù)據(jù)塊的 EBO 之后發(fā)送的數(shù)據(jù)為 "不關(guān)心 "數(shù)據(jù)，可以是任何隨機數(shù)據(jù)。為方便使用，建議在數(shù)據(jù)塊中填入全為 0 的字節(jié)。

與發(fā)送控制事務(wù)一樣，數(shù)據(jù)事務(wù)也是雙向同時進行的。 通過 SPI 接口向 NCN26010 發(fā)送數(shù)據(jù)時，上位機將通過 NCN26010 的 MISO（主入從出，Master In Slave Out）引腳接收 MACPHY 返回的相同字節(jié)數(shù)。通常情況下，數(shù)據(jù)從一個足夠大的緩沖區(qū)發(fā)送和接收，該緩沖區(qū)可容納發(fā)送幀數(shù)據(jù)所需的所有數(shù)據(jù)塊。輸入的數(shù)據(jù)將進入第二個（即接收）緩沖區(qū)。

接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)

發(fā)送到 MACPHY 的數(shù)據(jù)在每個數(shù)據(jù)塊之前帶有 32 位報頭信息，MACPHY 發(fā)送出的數(shù)據(jù)塊在實際數(shù)據(jù)之后有一個 32 位報尾信息。

報尾包含了上位機用來引導(dǎo)進一步通信的信息，無論其是發(fā)送還是接收更多數(shù)據(jù)。報尾的各字段在文獻[2]的第7.3.7節(jié)中有詳細(xì)解釋。NCN26010器件不提供OPEN聯(lián)盟定義的可選時間戳功能，因此RTSA（位7）和RTSP（位6）字段將不使用，始終為0。

NCN26010 器件的數(shù)據(jù)報尾結(jié)構(gòu)如下：

圖11

這些字段可概括為以下功能：

以太網(wǎng)數(shù)據(jù)交換最簡單但也最慢的方式是半雙工方式。在發(fā)送幀時，如果在數(shù)據(jù)報頭中設(shè)置了 NORX 標(biāo)志，NCN26010 就會被指示在接收上位機發(fā)送的 TX 幀數(shù)據(jù)時，不向上位機發(fā)送以太網(wǎng)數(shù)據(jù)。

同樣，當(dāng)數(shù)據(jù)報頭的 DV 標(biāo)志設(shè)置為零時，上位機可在不提供 TX 數(shù)據(jù)的情況下接收幀數(shù)據(jù)。

在這種工作模式下，連接的上位機應(yīng)該優(yōu)先讀取幀而非發(fā)送幀，或者以“公平共享”的方式交替進行發(fā)送和接收。建議是盡量快速地清空接收緩沖區(qū)。