以太网 MAC Loopback 的实现 – STM32为例
前言
在 STM32 以太网调试中，经常会遇到”设备接收不到数据”或者”设备发出的数据对端设备收不到”之类的问题。遇到这类问题，首先要做的是定位问题发生的部位，这样可以指明下一步调试的方向，缩小分析的范围。
以下图为例：设备 A 和设备 B 通过以太网通信，现发现设备 B 无法接收设备 A 发送的消息，问题可能出现在以下几个地方：
- 应用层或协议栈出错 — 数据根本没有到达 STM32 以太网外设。调试时在以太网输出函数
low_level_output中打个断点即可检查。 - STM32 以太网 MAC 出现问题 — 没有把数据发送出去。可以通过 STM32 以太网的 MAC loopback 功能来检查 MAC 的收发是否正常。
- MAC 和外部 PHY 之间的通信出现问题 — 可以通过 PHY 提供的 loopback 功能来检查。
- 设备 A 端收发正常，问题在线路或设备 B — 可以在网口接线上做网线交叉（将 RJ-45 接口中 TX+ 与 RX+ 连接，TX- 与 RX- 连接）来检查。
本文将主要介绍 STM32 MAC loopback 方法。
MAC Loopback 模式
使能方法
MAC loopback 模式的使能很简单：将 ETH_MACCR 寄存器的 LM 位置位 即可。
MAC loopback 模式使能后，MAC 发送的数据帧通过 MII 接口发送给外部 PHY 的同时，也发送到 MAC 接收端。
注意：STM32 MAC loopback 模式只支持在 MII 接口下工作。
正确接收 Loopback 数据的注意事项
使能 loopback 后，要正确接收到 loopback 数据，还需要注意以下几点：
1. PHY 初始化不可省略
MAC loopback 模式下，MII 接口的接收时钟（RX_CLK）和发送时钟（TX_CLK）还需要外部 PHY 来提供，所以 PHY 的初始化不能省。
2. MAC 地址过滤
以太网帧中的目标 MAC 地址应该和源 MAC 地址一致，或者设定为广播地址（FF:FF:FF:FF:FF:FF），否则 MAC 默认会过滤接收到的数据。也可以将 ETH_MACFFR 寄存器的 RA 位置位（Receive All），以接收所有的以太网帧。
3. Cache 和 RAM 区域注意事项
对于 F7、H7 这类带有 Cache 的 MCU 型号，需要注意接收/发送描述符和接收/发送 Buffer 的地址以及 Cache 属性：
- 这部分存放在 SRAM 的数据，CPU 和以太网 DMA 都会去读写
- 如果使能 Cache（回写），可能会出现数据不一致的情况
- 也不能将数据定义在 STM32F769 的 DTCM RAM 区域
例程说明
本文基于 STM32F769I-EVAL 开发板提供了一个以太网外设测试工程。工程中没有用到 TCP/IP 协议栈，只通过 STM32F7 的 HAL 驱动层实现了以太网 MAC 层的数据收发，同时也实现了 MAC loopback 的功能。
这个测试工程的目的是：检测 STM32 以太网外设的配置是否正确、工作是否正常。
两种工作模式
例程提供两种工作模式：
| 模式 | 说明 |
|---|---|
| 正常模式 | 可以正常与另一个设备（PC 或其他开发板）通信，发送和接收以太网帧。用户可以发送自定义的以太网帧数据，程序会自动构建以太网帧并发送。因为没有实现 TCP/IP 协议，如果想发送 IP 包或 TCP/UDP 包，需要自己按照包格式构建好数据。 |
| MAC Loopback 模式 | STM32F769I-EVAL 板子发送的数据被直接送回到 MII 接口的接收端。如果此时网口还连接到另一个设备，该设备也可以接收到数据。 |
例程配置
打开例程后，需要做以下配置：
1. 设置目标 MAC 地址（dst_addr）
- 如果发送广播：
dst_addr设置为FF:FF:FF:FF:FF:FF - 如果在 MAC loopback 模式下：
dst_addr设置成和src_addr一样
2. 定义帧数据类型（frame_type）
可以发送自定义的帧数据类型，或者使用通用的预先定义好的帧数据类型。例如：
- 发送 IPv4 数据：
frame_type = 0x0800 - 自定义类型：使用未被分配的数值。在本 demo 中，使用的是
0x0601
3. 初始化要发送的数据 Buffer
要发送的数据保存在 teststring 数组中。注意：这个数组里只保存应用层要发送的数据，即以太网帧格式的数据段，不包括目标/源 MAC 地址、以太网帧数据类型和 CRC 校验码。
4. 宏配置
在 main.h 中：
- 使能 MAC loopback：定义
MAC_LOOPBACK_ENABLE宏 - 不使能 MAC loopback：注释掉
MAC_LOOPBACK_ENABLE宏
修改好以上参数后，重新编译烧录后运行。
运行效果
每次按下 USER 按键，触发一次数据发送。接收到的数据保存在 rxbuffer，同时板子上的 LD1 灯会改变一次状态。
小结
MAC loopback 是定位以太网问题的重要工具。在排除”应用层/协议栈 → MAC 发送 → MAC 与 PHY 通信 → 线路/对端设备”这条链路时，MAC loopback 可以快速验证 MAC 本身的收发功能是否正常。结合 PHY loopback 和网线交叉测试，可以逐段定位问题所在，大幅提高调试效率。
完整版例程请查看 ST 社区原帖附件：https://shequ.stmicroelectronics.cn/thread-636029-1-1.html