LV005-DM9000驱动实现

前置阅读：上一篇 LV001-以太网与DM9000硬件接口 讲了引脚、片选与地址线怎么接；本篇讲拿到这块硬件之后，驱动里每一段代码在干什么。

一、 驱动概览与对外接口

1. 文件与职责

驱动只有两个文件，职责分得很清楚：

文件	内容
Drivers/BSP/Ethernet/dm9000.h	寄存器索引与位定义、DM9000_TypeDef 结构体、配置结构体 dm9000_config、对外函数声明
Drivers/BSP/Ethernet/dm9000.c	复位、寄存器读写、PHY 访问、初始化、收发、中断回调、诊断计数

它不依赖 lwIP 的核心头文件以外的东西：除了发送函数接收 struct pbuf *，其余全部是裸寄存器操作。这样分层的好处是"协议栈换版本、驱动不用动"。

2. 对外函数一览

函数	作用
DM9000_Init()	初始化芯片，返回 0 成功、1 读 ID 失败
DM9000_Reset()	硬复位（GPIO 拉低 RST）+ 复位寄存器，并等待 NCR_RST 自动清零
DM9000_ReadReg() / DM9000_WriteReg()	读写芯片寄存器（索引 + 数据口两次访问）
DM9000_PHY_ReadReg() / DM9000_PHY_WriteReg()	通过 EPAR / EPCR 间接读写内部 PHY 寄存器
DM9000_Get_DeviceID()	拼出 32 位芯片 ID
DM9000_Set_PHYMode()	设置 PHY 工作模式（10M/100M、半双工/全双工/自协商）
DM9000_Get_SpeedAndDuplex()	读回当前链路速度与双工状态
DM9000_Set_MACAddress() / DM9000_Set_Multicast()	写 MAC 到 PAR、写组播哈希到 MAR
DM9000_SendPacket()	发送一个 pbuf 链
DM9000_Receive_Packet()	从 RX SRAM 取一个包，返回 pbuf，无包或丢包时返回 NULL
DM9000_TakeRxFlag()	读取并清除"有待收包"的软件标志（临界区内完成）
DM9000_DbgPoll()	诊断计数周期打印（默认关闭）
HAL_GPIO_EXTI_Callback()	EXTI 回调，清中断源并置接收标志

二、 寄存器访问模型

1. 索引加数据口

上一篇算出的两个地址在驱动里就是结构体的两个成员：

// Drivers/BSP/Ethernet/dm9000.c
uint16_t DM9000_ReadReg(uint16_t reg)
{
    uint32_t pm = DM9000_BusEnter();
    DM9000->REG = reg;      /* 第一步: 写索引 */
    uint16_t value = DM9000->DATA;   /* 第二步: 读数据 */
    DM9000_BusExit(pm);
    return value;
}

2. 为什么这两步必须原子完成

"写索引 + 读写数据"是一个整体，中间绝不能被别的访问插进来。 原因是寄存器窗口只有一个：一旦被插入一次别的寄存器访问，索引就被改掉了，接下来的数据读到的就是另一个寄存器的值——而且是静默错误，读出来是个合法但不对的数。

这个风险在本工程里是真实存在的：收发数据包时会长时间连续读写数据口（流式读 FIFO），而 EXTI 中断回调里又要读 ISR、写 ISR。两个上下文都在用同一个寄存器窗口，必然打架。

所以驱动里有一对互斥函数 DM9000_BusEnter() / DM9000_BusExit()：用 __get_PRIMASK() 保存、__disable_irq() 关中断、退出时原样恢复，可嵌套。中断模式下它们真的关中断，轮询模式下则编译成空操作。

三、 初始化流程

1. 复位与 ID 校验

初始化的第一件事是确认芯片真的在：

// Drivers/BSP/Ethernet/dm9000.c
uid = *(volatile uint32_t *)0x1FFFF7E8U;         /* 芯片 96 位 UID 的前 32 位 */
...                                              /* 组 MAC: 02:00:00 + UID 低三字节 */
DM9000_Reset();                                  /* 硬复位 + 软复位 */
delay_ms(100);
temp = DM9000_Get_DeviceID();
printf("DM9000: ID = 0x%08X\r\n", temp);
if (temp != DM9000_ID) { return 1; }             /* 期望 0x90000A46 */

顺带完成的两件事：

（1）MAC 地址在这里生成：高三字节固定为 02:00:00（本地管理地址块），低三字节取自芯片 UID，所以每一块板子都不重复。理由见 LV030-ARP与MAC地址 第一节。

（2）中断掩码在这里定：imr_all = IMR_PAR | IMR_PRI（指针自动回卷 + 接收中断）；轮询模式下只留 IMR_PAR。

复位是硬件与软件各来一次：先把 RST 引脚拉低再拉高（硬复位，DM9000_Reset() 内部用 GPIO 完成），再写 NCR 的 NCR_RST 位做软复位，并轮询等待该位自动清零。

2. 参数与接收控制

ID 校验通过之后，按固定顺序配置：

顺序	动作	目的
1	DM9000_Set_PHYMode(AUTO)	使能 PHY 自协商
2	NCR = 0x00、TCR = 0x00	清控制寄存器
3	BPTR、FCTR、FCR、SMCR 赋值	后端压力、流控与特殊模式
4	NSR = NSR_WAKEST | NSR_TX2END | NSR_TX1END	清状态位（写 1 清）
5	ISR = 0x0F	清掉上电残留的中断标志
6	TCR2 = 0x80	LED 模式
7	DM9000_Set_MACAddress() / DM9000_Set_Multicast()	写入 PAR / MAR
8	RCR = RCR_DIS_LONG | RCR_DIS_CRC | RCR_RXEN	打开接收，长包与 CRC 错的包直接丢
9	IMR = IMR_PAR → 读链路状态 → IMR = dm9000cfg.imr_all	先屏蔽中断查链路，最后才开中断

第 9 步的顺序值得留意："查链路状态"期间先不开中断，避免刚上电、链路还没协商好时被杂散中断打扰。

3. 初始化成功的判据

串口上出现这一行才算网卡就绪：

DM9000: ID = 0x90000A46

读到 0x00000000 或 0xFFFFFFFF 多半是总线问题（FSMC 没初始化、片选或数据宽度不对），而不是芯片坏了——排查思路见 LV001 第五节。

四、 发送路径

1. 写入发送 SRAM

发送要解决的核心问题是：pbuf 可能是链式的，而 TX FIFO 只接受连续的 16 位字流。

驱动的做法是把整条 pbuf 链逐字节"拼"成 16 位字再写进去：

// Drivers/BSP/Ethernet/dm9000.c
DM9000_WriteReg(DM9000_IMR, IMR_PAR);       /* 发送期间关网卡中断 */
pm = DM9000_BusEnter();                     /* 整包写入期间索引必须保持 MWCMD */
DM9000->REG = DM9000_MWCMD;                 /* 之后对 DATA 口的写即进入 TX SRAM */
...                                         /* 逐字节拼 16 位写入, 奇数长度补最后一个字节 */
DM9000_BusExit(pm);

两个细节：

（1）临界区包住整段写入。因为整段写入依赖"索引一直停在 MWCMD"，中途一旦被中断抢走并改写索引，后面写进去的数据就跑到别的寄存器去了。这是这套访问模型下最容易踩的坑。

（2）偶数对齐处理。DM9000 的内部总线是 16 位的，长度是奇数时最后要补一个字节，否则芯片会认为这一包没收完。

2. 触发与等待发送完成

写完之后依次是：写长度低字节 TXPLL、高字节 TXPLH、置 TCR 的 0x01 触发发送，然后带超时地等 ISR 的 ISR_PTS 位：

timeout = 0x00FFFFFFU;
while (((DM9000_ReadReg(DM9000_ISR) & ISR_PTS) == 0U) && (--timeout != 0U)) { }
DM9000_WriteReg(DM9000_ISR, ISR_PTS);       /* 写 1 清发送完成标志 */
DM9000_WriteReg(DM9000_IMR, dm9000cfg.imr_all);  /* 恢复中断 */

注意这里是轮询 ISR 而不是 NSR，且必须带超时：网线拔掉、PHY 挂了、对端一直不回，都可能让发送完成位永远不来；没有超时保护就是死等，整块板子卡死在这里。

五、 接收路径与中断

1. 预读握手与首字节校验

DM9000 的接收 FIFO 采用"预读"机制：读 MRCMDX（0xF0）不弹包，只是把下一个包的首字节预取出来。驱动必须先做一次假读、再读数据口拿这个字节：

首字节	含义	处理
0	RX FIFO 里没有包	返回 NULL
1	有包，指针正常	继续弹包
其它	指针错乱	打印 rx error, stop device，关接收（RCR = 0x00），返回 NULL

第三个分支是这套机制的自检：一旦 FIFO 指针与芯片预期不一致，继续读下去只会读到垃圾，所以宁可先停下接收。能恢复的场合（比如长度越界）驱动会写 NCR 的 NCR_RST 做一次软复位后继续。

2. 弹出数据包与状态检查

确认有包之后，写 MRCMD（0xF2），随后连续读数据口，前 4 个字节是包头：

读 MRCMD 后面的前 4 字节: [0x01][状态][长度低][长度高]

驱动据此申请 pbuf_alloc(PBUF_RAW, rx_length, PBUF_POOL)，把剩余字节按 16 位读进 pbuf。包头与长度的合法性检查是：

检查	判定条件	失败处理
状态位	(rx_status & 0xBF00) != 0	打印 bad status / fifo error / crc error，丢包
长度下限	rx_length < 0x40（小于 64 字节）	丢弃（以太网最小帧长）
长度上限	rx_length > DM9000_PKT_MAX（1536）	丢弃并软复位恢复指针

丢包时必须把 FIFO 里这一包的数据读完再丢，否则剩下的字节会污染下一个包——这也是"pbuf 申请失败仍要继续读完"的原因。

3. 中断回调必须写 1 清标志

DM9000 的 INT 引脚是电平保持型：有包时拉低，只有把 ISR 里对应的位写 1 清除之后才会回到高电平。触发方式又是下降沿，所以回调里不能只置标志就返回：

// Drivers/BSP/Ethernet/dm9000.c
do
{
    isr = DM9000_ReadReg(DM9000_ISR);
    if ((isr & ISR_PRS) != 0U) { s_rx_flag = 1; }
    DM9000_WriteReg(DM9000_ISR, isr);   /* 关键: 写 1 清中断源 */
} while (HAL_GPIO_ReadPin(DM9000_INT_GPIO_Port, DM9000_INT_Pin) == GPIO_PIN_RESET);

漏掉这一步的典型症状是：第一次收包正常，之后所有包全丢——因为下降沿只出现过一次，之后 INT 一直保持在低电平。

回调里只做三件事：读 ISR、置软件标志、清中断源。真正的取包留到主循环，因为中断里做 FIFO 流式读会长时间占用总线，还会与协议栈的其他访问互相打断。

4. 收包模式与中断线

项	取值
模式宏	DM9000_RX_INT_MODE（dm9000.h，当前为 1 = 中断模式）
中断线	EXTI9_5_IRQn（PG6）
触发边沿	下降沿，内部上拉
中断优先级	3, 3
主循环取包入口	DM9000_TakeRxFlag() → ethernetif_input()

轮询模式下 DM9000_RX_INT_MODE = 0，驱动不打开接收中断，主循环无条件查 FIFO 状态，BusEnter / BusExit 也退化成空操作。

六、 临界区与诊断计数

1. 临界区保护哪些段落

段落	为什么要保护
DM9000_ReadReg / DM9000_WriteReg	"写索引"与"读写数据"两步之间不能被插入别的访问
发送整包写入	整段写入依赖索引停在 MWCMD
接收弹包	同上，且要与中断回调互斥
DM9000_TakeRxFlag()	读标志与清标志要原子，否则可能漏掉一次置位

实现方式统一是"保存 PRIMASK → 关中断 → 处理 → 恢复 PRIMASK"，而不是简单开关中断——这样嵌套调用时不会破坏外层的中断状态。

2. 诊断计数怎么用

驱动里留了一组默认关闭的计数器（dm9000.c 顶部的 DM9000_NETDBG_EN）：

计数	含义
s_dbg_exti	EXTI 触发次数
s_dbg_rx_ok	成功取到的包数
s_dbg_rx_drop	因状态错误或内存不足丢弃的包数
s_dbg_tx	发送次数

打开后 DM9000_DbgPoll() 会每 2 秒打一行 exti=… rx_ok=… rx_drop=… tx=… nsr=0x…。排错时的读法是：

• exti 远大于 rx_ok：中断来了但主循环没及时取包，说明主循环被什么堵住了；
• rx_drop 持续增长：多半是 pbuf_alloc 失败（PBUF_POOL_SIZE = 8 用光），要去查上层有没有卡住收发；
• nsr 的低位反映链路状态，可以用来确认 PHY 有没有协商成功。

调通之后这个宏默认关掉，避免刷屏占用串口带宽——这也是为什么看到 DM9000_NETDBG_EN 0 时不要以为诊断能力被删掉了。

七、 小结与参考资料

1. 本篇小结

• 驱动的核心是"索引 + 数据口"两次访问模型，两步之间必须原子，靠 DM9000_BusEnter/BusExit（PRIMASK 保存恢复）保证，轮询模式下退化为空操作。
• DM9000_Init() 的顺序是：生成 MAC → 硬复位 + 软复位 → 读 ID 校验（0x90000A46）→ 配 PHY 与各类控制寄存器 → 写 PAR/MAR → 开接收 → 最后才打开中断。
• 发送靠把 pbuf 链逐字节拼成 16 位字写入 TX SRAM，然后写长度、置 TCR 触发，带超时等 ISR_PTS。
• 接收先对 MRCMDX 做预读握手，首字节非 0/1 说明指针错乱要停接收；弹包后校验状态位与长度，失败也必须把 FIFO 读完。
• 中断是电平保持型，回调必须写 1 清 ISR，否则只有第一次能收到包。
• 诊断计数用来区分"中断没来""主循环没取""内存不够丢包"三类问题。

2. 参考资料

• 驱动源码：dm9000.c、dm9000.h
• EXTI 中断服务函数：stm32f1xx_it.c
• 中断引脚配置：gpio.c
• 手册：STM32F1 LWIP开发手册(DM9000版)_V1.1.pdf 第一章 1.3 节

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