Ethernet 示例说明

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简介

本示例展示了如何在 Titan Board Mini 上使用 以太网接口，结合 RT-Thread Ethernet 驱动框架 实现网络通信功能。

主要功能包括：

初始化 RA8 系列以太网硬件
配置 IP 地址、子网掩码和网关
发送和接收以太网帧
集成 RT-Thread netdev 框架，实现统一网络设备管理
支持 DMA 和中断，实现高速数据传输

以太网（Ethernet）简介

1. 概述

以太网（Ethernet） 是最广泛使用的局域网（LAN）技术，由 Xerox PARC 在 1970 年代提出，后由 IEEE 802.3 标准化。以太网具有以下特点：

数据传输方式：基于 帧（Frame） 的分组交换，物理上可通过双绞线、光纤或无线介质传输。
拓扑结构：传统以太网为总线或星型拓扑，现代以太网主要采用星型和树型。
协议层次：属于 OSI 模型的数据链路层（第 2 层）及物理层（第 1 层）技术。

2. 以太网帧结构

以太网使用 帧（Frame） 作为数据传输单位。以太网帧由以下字段组成：

字段	长度	描述
前导码（Preamble）	7 字节	用于帧同步
帧开始定界符（SFD）	1 字节	帧起始标志，值为 10101011
目的 MAC 地址	6 字节	接收方硬件地址
源 MAC 地址	6 字节	发送方硬件地址
类型/长度	2 字节	上层协议类型或帧长度
数据载荷	46~1500 字节	上层数据（如 IP 包）
CRC 校验	4 字节	循环冗余校验，保证帧完整性

最小帧长度：64 字节 最大帧长度：1518 字节（不含 VLAN 标记时）

RA8 系列以太网特性

RA8 系列 MCU（如 RA8P1）集成高性能 以太网 MAC，支持 RGMII、RMII 和 MII 接口，具备稳定可靠的高速网络通信能力。MAC 可配合外部 PHY 使用，并兼容 LwIP TCP/IP 协议栈。

1. 网络接口特性

接口类型
- RMII（Reduced Media Independent Interface）：节省引脚，支持 10/100 Mbps
- MII（Media Independent Interface）：标准接口，支持 10/100 Mbps
- RGMII（Reduced Gigabit MII）：支持 10/100/1000 Mbps，高速接口，适用于千兆以太网
PHY 连接
- 外部 PHY 通过 MDC/MDIO 接口连接
- 支持自动协商速率和双工模式
- 可读取和写入 PHY 寄存器，用于配置和状态监控

2. MAC 特性

双工与速率支持
- 全/半双工
- 支持 10/100/1000 Mbps（RGMII）
- 支持自动协商或强制配置
帧处理
- VLAN 标签支持（IEEE 802.1Q，可选）
- 支持多播和广播帧过滤
- 硬件 CRC 生成和校验
MAC 地址管理
- 支持单个或多个 MAC 地址
- 可通过 FSP 或软件动态配置

3. DMA 与缓冲特性

独立 TX/RX DMA 引擎
- 支持同时发送和接收数据
- 减少 CPU 占用，提高吞吐量
描述符队列
- TX/RX 缓冲区数量可配置
- 支持链式 DMA，提高大数据传输效率
多缓冲区管理
- 支持环形缓冲区，实现连续传输
- 减少丢包
硬件加速
- 帧过滤、长度检测和 CRC 校验

4. 中断机制

中断类型
- 接收完成（RX）
- 发送完成（TX）
- 错误中断（CRC 错误、缓冲溢出）
中断配置
- 优先级可通过 FSP 配置
- 支持 RT-Thread ISR 集成
优化
- RX/TX 中断可与 DMA 联动
- 可选择性启用中断，提高性能

5. PHY 管理

MDIO 接口
- 可读写 PHY 寄存器，实现配置、复位和状态监控
自动协商
- 支持速率（10/100/1000 Mbps）和双工模式自动协商
链路监控
- 检测链路状态（Up/Down）
- CRC 错误和冲突检测

6. 协议与栈支持

TCP/IP 协议栈集成
- 兼容 LwIP
- 支持 TCP/UDP/ICMP、DHCP 客户端/服务器、ARP
应用层支持
- 支持 Telnet、HTTP、MQTT 等应用
- 多线程安全，支持并发访问

7. 性能与可靠性

吞吐量优化
- DMA + 中断减少 CPU 占用
- TX/RX 缓冲区大小可调
可靠性特性
- 硬件 CRC 校验
- VLAN 和多播过滤减少干扰
- 链路检测与自动重连

FSP 配置

注意: 本工程所使用的 FSP 版本为 6.4.0，在使用 FSP 配置功能时请使用 FSP 6.4.0。

新建 r_rmac stack：

配置 r_mac stack：

配置 r_layer3_switch：

配置 r_rmac_phy：

配置 g_rmac_phy_lsi0：

ETH0 引脚配置：

注意：ETH 相关的所有引脚需要将驱动能力改为 H。

RT-Thread Settings 配置

在 RT-Thread Settings 中使能 Ethernet。

软件说明

LwIP 性能调优建议

RT-Thread 上游 rt-thread/components/net/lwip/Kconfig 中的 LwIP 默认参数偏保守（PBUF 数量 16、TCP 发送缓冲 8196 等），无法充分发挥 RA8P1 千兆以太网 + DMA 的吞吐能力。建议在启用 RT_USING_LWIP（例如勾选 BSP_USING_ETH）后，按下列推荐值手动调优：

参数	默认值	说明
`RT_LWIP_PBUF_NUM`	256	PBUF 缓冲池数量（上游默认 16）
`RT_LWIP_RAW_PCB_NUM`	4	RAW socket 数量
`RT_LWIP_UDP_PCB_NUM`	24	UDP PCB 数量（上游默认 4）
`RT_LWIP_TCP_PCB_NUM`	24	TCP PCB 数量（上游默认 4）
`RT_LWIP_TCP_SEG_NUM`	512	TCP 段数量（上游默认 40）
`RT_LWIP_TCP_SND_BUF`	65535	TCP 发送缓冲（上游默认 8196）
`RT_LWIP_TCP_WND`	65535	TCP 窗口大小（上游默认 8196）
`RT_LWIP_TCPTHREAD_PRIORITY`	6	lwIP 主线程优先级（上游默认 10，数值越小优先级越高）
`RT_LWIP_TCPTHREAD_MBOX_SIZE`	144	lwIP 主线程邮箱大小（上游默认 8）
`RT_LWIP_TCPTHREAD_STACKSIZE`	2048	lwIP 主线程栈（上游默认 1024）
`LWIP_NO_TX_THREAD`	y	不使用独立 TX 线程（发送路径直接调用，减少上下文切换）
`RT_LWIP_ETHTHREAD_PRIORITY`	5	以太网线程优先级（上游默认 12）
`RT_LWIP_ETHTHREAD_STACKSIZE`	2048	以太网线程栈（上游默认 1024）
`RT_LWIP_ETHTHREAD_MBOX_SIZE`	144	以太网线程邮箱大小（上游默认 8）

如需应用上述推荐值，可在 RT-Thread Studio 的 RT-Thread Settings → RT-Thread Components → Network → lwIP 中修改对应项，或直接编辑工程的 .config。

⚠️ 内存占用提示：上述参数对 RAM 占用影响较大。RT_LWIP_PBUF_NUM=256 + TCP_SND_BUF/WND=65535 在默认 RT_LWIP_PBUF_POOL_BUFSIZE 下会预留较多堆内存，请确认链接脚本中 heap 大小足够（建议 ≥ 256 KB）。