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[RISC-V MCU 应用开发] CH32V307以太网MAC层数据包收发速度测试

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 楼主| 我芯永恒 发表于 2025-2-27 13:31 | 显示全部楼层 |阅读模式
mac, 以太网, 数据包, CH32V307
测试平台：
CH32V307VCT6+RTL8211FS
PS：沁恒CH32V307VCT6-R2开发板带有千兆PHY（RTL8211FS），本次测试基于该开发板。该开发板原理图以及PCB图可在CH32V 307 EVT中获取到，如下图。
EVT下载链接如下：https://www.wch.cn/downloads/CH32V307EVT_ZIP.html
4114867bfc590eccc6.png

MCU介绍：
CH32V307是一款RISC-V内核的互联型MCU，系统主频最大支持144MHz，FLASH 256KB，RAM 64KB，FLASH、RAM大小可配置修改。支持以太网通信，集成千兆MAC，并内置10M PHY。本次测试主要对MAC层收发速度进行一个测试。

3517567bfc5c014eee.png

PHY介绍：
RTL8211FS是一款具有高集成度的千兆以太网PHY芯片，可用于网卡、路由器、交换机等网络设备。
测试程序：
CH32V307 EVT提供了以太网相关例程，包含了CH32V307 MAC_RAW的例程，如下图。MAC_RAM例程为MAC层接收和发送数据演示例程，本次测试程序基于该例程进行修改，进行接收、发送的速度测试。
3620267bfc53a5e272.png
例程修改：
由于测试是进行MAC层最大收发速度测试，以太网驱动文件选择RGMII.c这个文件，其他文件排除编译，如下图：
7860567bfc63415453.png
例程讲解：
测试例程为MAC层数据包发送和接收演示例程，不涉及以太网协议栈的处理，单纯进行MAC层的收发。关于该例程main函数，如下：
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  1. /*********************************************************************
    

  2.  * @fn      main
    

  3.  *
    

  4.  * [url=home.php?mod=space&uid=247401]@brief[/url]   Main program
    

  5.  *
    

  6.  * [url=home.php?mod=space&uid=266161]@return[/url]  none
    

  7.  */
    

  8. int main(void)
    

  9. {
    

  10.     u8 i;
    

  11.     uint32_t PktCnt = 0;
    


  12. 

  13.     SystemCoreClockUpdate();
    

  14.     Delay_Init();
    

  15.     USART_Printf_Init(115200);                                  //USART initialize
    

  16.     printf("MAC RAW Test\r\n");
    

  17.     printf("SystemClk:%d\r\n", SystemCoreClock);
    

  18.     printf("ChipID:%08x\r\n", DBGMCU_GetCHIPID());
    

  19.     WCHNET_GetMacAddr(MACAddr);                                 //get the chip MAC address
    

  20.     printf("mac addr:");
    

  21.     for(i = 0; i < 6; i++)
    

  22.         printf("%x ", MACAddr[i]);
    

  23.     printf("\n");
    

  24.     TIM2_Init();
    

  25.     ETH_Init(MACAddr);
    

  26.     /* change source MAC address */
    

  27.     memcpy(&ARPPackage[6], MACAddr, 6);
    

  28.     memcpy(&ARPPackage[22], MACAddr, 6);
    


  29. 

  30.     while(1)
    

  31.     {
    

  32.         WCHNET_MainTask();
    

  33.         if(LinkSta)
    

  34.         {
    

  35.             MACRAW_Tx(ARPPackage, sizeof(ARPPackage));
    

  36.             if(++PktCnt % 100 == 0)
    

  37.                 printf("PktCnt:%d\r\n",PktCnt);
    

  38.             Delay_Ms(100);
    

  39.         }
    

  40.     }
    

  41. }
SystemCoreClockUpdate函数、Delay_Init函数、USART_Printf_Init函数主要进行系统时钟、延时函数、串口打印函数的初始化，不做具体介绍。
WCHNET_GetMacAddr函数主要用于获取CH32V307的MAC地址。MAC地址，即发送这个帧的设备希望接收这个帧的设备地址，由IEEE为生产商分配，全球唯一，6字节48 位。 CH32V307的MAC地址出厂时已烧录在芯片内部。地址的发送遵循低有效位在前的原则。
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  1. * @fn      WCHNET_GetMacAddr
    

  2.  *
    

  3.  * [url=home.php?mod=space&uid=247401]@brief[/url]   Get the MAC address
    

  4.  *
    

  5.  * [url=home.php?mod=space&uid=266161]@return[/url]  none.
    

  6.  */
    

  7. void WCHNET_GetMacAddr( uint8_t *p )
    

  8. {
    

  9.     uint8_t i;
    

  10.     uint8_t *macaddr = (uint8_t *)(ROM_CFG_USERADR_ID+5);
    


  11. 

  12.     for(i=0;i<6;i++)
    

  13.     {
    

  14.         *p = *macaddr;
    

  15.         p++;
    

  16.         macaddr--;
    

  17.     }
    

  18. }
WCHNET_GetMacAddr函数具体内容如上，MAC地址存放于0x1FFFF7E8+5起始处，读取对应地址可获取CH32V307内部MAC地址。main函数中获取MAC地址之后将其打印出来。
TIM2_Init函数主要用于检测以太网PHY连接的状态。定时器10ms进一次中断。在定时器中断函数中，主要对定时器周期进行加法计数。
9248067bfd557b8568.png
LocalTime主要用于查询PHY状态，1s查询一次，PHY状态查询函数如下：
复制
  1. /*********************************************************************
    

  2.  * @fn      WCHNET_QueryPhySta
    

  3.  *
    

  4.  * @brief   Query external PHY status
    

  5.  *
    

  6.  * @return  none.
    

  7.  */
    

  8. #if !LINK_STAT_ACQUISITION_METHOD
    

  9. void WCHNET_QueryPhySta(void)
    

  10. {
    

  11.     u16 phy_stat;
    

  12.     if(QUERY_STAT_FLAG){                                         /* Query the PHY link status every 1s */
    

  13.         LastQueryPhyTime = LocalTime / 1000;
    

  14.         ETH_WritePHYRegister( PHY_ADDRESS, 0x1F, 0x0a43 );
    

  15.         /*In some cases the status is not updated in time,
    

  16.          * so read this register twice to get the correct status value.*/
    

  17.         ETH_ReadPHYRegister( PHY_ADDRESS, 0x1A);
    

  18.         phy_stat = ETH_ReadPHYRegister( PHY_ADDRESS, 0x1A) & 0x04;
    

  19.         if(phy_stat != LastPhyStat){
    

  20.             ETH_PHYLink();
    

  21.         }
    

  22.     }
    

  23. }
    

  24. #endif
WCHNET_QueryPhySta函数为外部PHY连接状态查询函数，函数中，首先对QUERY_STAT_FLAG标志进行判断，QUERY_STAT_FLAG的定义如下： 3302167bff56079268.png
根据QUERY_STAT_FLAG的定义，当LocaTime的值为1000时，其值为1。WCHNET_QueryPhySta函数中if条件成立，执行if判断内的语句。在if语句中，LastQueryPhyTime记录查询次数，然后通过对PHY寄存器的操作查询外部PHY的连接状态；ETH_WritePHYRegister( PHY_ADDRESS, 0x1F, 0x0a43 );完成对PHY寄存器的写入，该操作相当于选择PHY寄存器0xa43这个页面，默认是0xa42，如下图
1011467bff57ddd89b.png

选择对应的PHY寄存器页面之后，可对该页面的寄存器进行读取。
ETH_ReadPHYRegister( PHY_ADDRESS, 0x1A);函数对0x1A寄存器进行读取，0x1A寄存器具体如下：
6023267bff59bb8a04.png
phy_stat = ETH_ReadPHYRegister( PHY_ADDRESS, 0x1A) & 0x04;主要对0x1A寄存器位2的值进行判断，位2表示Link连接状态，当Link连接，该位值为1，执行ETH_PHYLink函数。
ETH_PHYLink函数内容如下：
复制
  1. /*********************************************************************
    

  2.  * @fn      ETH_PHYLink
    

  3.  *
    

  4.  * @brief   Configure MAC parameters after the PHY Link is successful.
    

  5.  *
    

  6.  * @param   none.
    

  7.  *
    

  8.  * @return  none.
    

  9.  */
    

  10. void ETH_PHYLink( void )
    

  11. {
    

  12.     u32 phy_stat;
    


  13. 

  14.     ETH_WritePHYRegister( gPHYAddress, 0x1F, 0x0a43 );
    

  15.     /*In some cases the status is not updated in time,
    

  16.      * so read this register twice to get the correct status value.*/
    

  17.     ETH_ReadPHYRegister( gPHYAddress, 0x1A);
    

  18.     phy_stat = ETH_ReadPHYRegister( gPHYAddress, 0x1A);
    

  19. #if !LINK_STAT_ACQUISITION_METHOD
    

  20.     LastPhyStat = phy_stat & 0x04;
    

  21. #endif
    

  22.     if( phy_stat & 0x04 )
    

  23.     {
    

  24.         printf("Link Suc\r\n");
    

  25.         if( phy_stat & 0x08 )
    

  26.         {
    

  27.             ETH->MACCR |= ETH_Mode_FullDuplex;
    

  28.         }
    

  29.         else
    

  30.         {
    

  31.             ETH->MACCR &= ~ETH_Mode_FullDuplex;
    

  32.         }
    

  33.         if( (phy_stat & 0x30) == 0x00 )
    

  34.         {
    

  35.             ETH->MACCR &= ~(ETH_Speed_100M|ETH_Speed_1000M);
    

  36.         }
    

  37.         else if( (phy_stat & 0x30) == 0x10 )
    

  38.         {
    

  39.             ETH->MACCR &= ~(ETH_Speed_100M|ETH_Speed_1000M);
    

  40.             ETH->MACCR |= ETH_Speed_100M;
    

  41.         }
    

  42.         else if( (phy_stat & 0x30) == 0x20 )
    

  43.         {
    

  44.             ETH->MACCR &= ~(ETH_Speed_100M|ETH_Speed_1000M);
    

  45.             ETH->MACCR |= ETH_Speed_1000M;
    

  46.         }
    

  47.         ETH_Start( );
    

  48.         LinkSta = 1;
    

  49.     }
    

  50.     else {
    

  51.         LinkSta = 0;
    

  52.     }
    

  53.     phy_stat = ETH_ReadPHYRegister( gPHYAddress, 0x1D);   /* Clear the Interrupt status */
    

  54. }

以上判断设置完成后，调用ETH_Start函数开启MAC和DMA的接收传输,ETH_Start函数具体内容如下：
复制
  1. /*********************************************************************
    

  2.  * @fn      ETH_Start
    

  3.  *
    

  4.  * @brief   Enables ENET MAC and DMA reception/transmission.
    

  5.  *
    

  6.  * @return  none
    

  7.  */
    

  8. void ETH_Start(void)
    

  9. {
    

  10.     ETH_MACTransmissionCmd(ENABLE);
    

  11.     ETH_FlushTransmitFIFO();
    

  12.     ETH_MACReceptionCmd(ENABLE);
    

  13.     ETH_DMATransmissionCmd(ENABLE);
    

  14.     ETH_DMAReceptionCmd(ENABLE);
    

  15. }
ETH_MACTransmissionCmd(ENABLE);函数使能开启MAC发送器；
ETH_FlushTransmitFIFO();使能复位DMA发送FIFO；
ETH_MACReceptionCmd(ENABLE);函数使能开启MAC接收器；
ETH_DMATransmissionCmd(ENABLE);使能开启发送控制位，把发送进程置位运行状态；
ETH_DMAReceptionCmd(ENABLE);使能开始接收控制位，开启接收流程，DMA从当前位置取接收描述符或者从标识符表头位置取接收描述符。
ETH_Start函数执行完成后，将LinkSta标志置1，phy_stat = ETH_ReadPHYRegister( gPHYAddress, 0x1D);函数将清除相应状态标志位。
回归到main函数，TIM2初始化完成后，进行以太网初始化，ETH_Init(MACAddr);函数具体内容如下：
复制
  1. /*********************************************************************
    

  2.  * @fn      ETH_Init
    

  3.  *
    

  4.  * @brief   Ethernet initialization.
    

  5.  *
    

  6.  * @return  none
    

  7.  */
    

  8. void ETH_Init( uint8_t *macAddr )
    

  9. {
    

  10.     ChipId = DBGMCU_GetCHIPID();
    

  11.     ETH_Configuration( macAddr );
    

  12.     ETH_DMATxDescChainInit(DMATxDscrTab, MACTxBuf, ETH_TXBUFNB);
    

  13.     ETH_DMARxDescChainInit(DMARxDscrTab, MACRxBuf, ETH_RXBUFNB);
    

  14.     pDMARxSet = DMARxDscrTab;
    

  15.     pDMATxSet = DMATxDscrTab;
    

  16.     NVIC_EnableIRQ(ETH_IRQn);
    

  17.     NVIC_SetPriority(ETH_IRQn, 0);
    

  18. }
ChipId = DBGMCU_GetCHIPID();该语句主要用于获取新片ID；
ETH_Configuration( macAddr );函数主要对以太网进行配置，该函数内容如下：
复制
  1. /*********************************************************************
    

  2.  * @fn      ETH_Configuration
    

  3.  *
    

  4.  * @brief   Ethernet configure.
    

  5.  *
    

  6.  * @return  none
    

  7.  */
    

  8. void ETH_Configuration( uint8_t *macAddr )
    

  9. {
    

  10.     ETH_InitTypeDef ETH_InitStructure;
    

  11.     uint16_t timeout = 10000;
    


  12. 

  13.     /* Enable Ethernet MAC clock */
    

  14.     RCC_AHBPeriphClockCmd(RCC_AHBPeriph_ETH_MAC | \
    

  15.                           RCC_AHBPeriph_ETH_MAC_Tx | \
    

  16.                           RCC_AHBPeriph_ETH_MAC_Rx, ENABLE);
    


  17. 

  18.     gPHYAddress = PHY_ADDRESS;
    


  19. 

  20.     /* Enable 1G MAC*/
    

  21.     EXTEN->EXTEN_CTR |= EXTEN_ETH_RGMII_SEL;
    

  22.     RCC_ETH1GCLKConfig(RCC_ETH1GCLKSource_PB1_IN);
    

  23.     RCC_ETH1G_125Mcmd(ENABLE);
    

  24.     /* Enable RGMII GPIO */
    

  25.     ETH_RGMIIPinInit();
    


  26. 

  27.     /* Reset ETHERNET on AHB Bus */
    

  28.     ETH_DeInit();
    


  29. 

  30.     /* Software reset */
    

  31.     ETH_SoftwareReset();
    


  32. 

  33.     /* Wait for software reset */
    

  34.     do{
    

  35.         Delay_Us(10);
    

  36.         if( !--timeout )  break;
    

  37.     }while(ETH->DMABMR & ETH_DMABMR_SR);
    


  38. 

  39.     /* ETHERNET Configuration */
    

  40.     /* Call ETH_StructInit if you don't like to configure all ETH_InitStructure parameter */
    

  41.     ETH_StructInit(Ð_InitStructure);
    

  42.     /* Fill ETH_InitStructure parameters */
    

  43.     /*------------------------   MAC   -----------------------------------*/
    

  44.     ETH_InitStructure.ETH_Mode = ETH_Mode_FullDuplex;                                      //全双工模式
    

  45.     ETH_InitStructure.ETH_Speed = ETH_Speed_1000M;                                         //1000M模式
    

  46.     ETH_InitStructure.ETH_AutoNegotiation = ETH_AutoNegotiation_Enable;                    //使能开启自动协商
    

  47.     ETH_InitStructure.ETH_LoopbackMode = ETH_LoopbackMode_Disable;                         //关闭自动循环模式
    

  48.     ETH_InitStructure.ETH_RetryTransmission = ETH_RetryTransmission_Disable;
    

  49.     ETH_InitStructure.ETH_AutomaticPadCRCStrip = ETH_AutomaticPadCRCStrip_Disable;         //填充&CRC 自动剥离使能位，配置MAC不改变帧的内容
    

  50.     /* Filter function configuration */
    

  51.     ETH_InitStructure.ETH_ReceiveAll = ETH_ReceiveAll_Disable;                             //MAC只把通过了过滤器的帧转发到接收队列中
    

  52.     ETH_InitStructure.ETH_PromiscuousMode = ETH_PromiscuousMode_Disable;                   //关闭混杂模式
    

  53.     ETH_InitStructure.ETH_BroadcastFramesReception = ETH_BroadcastFramesReception_Enable;  //接收所有广播帧
    

  54.     ETH_InitStructure.ETH_MulticastFramesFilter = ETH_MulticastFramesFilter_Perfect;       //多播过滤，完美地址过滤
    

  55.     ETH_InitStructure.ETH_UnicastFramesFilter = ETH_UnicastFramesFilter_Perfect;           //单播过滤，完美地址过滤
    

  56.     /*------------------------   DMA   -----------------------------------*/
    

  57.     /* When we use the Checksum offload feature, we need to enable the Store and Forward mode:
    

  58.     the store and forward guarantee that a whole frame is stored in the FIFO, so the MAC can insert/verify the checksum,
    

  59.     if the checksum is OK the DMA can handle the frame otherwise the frame is dropped */
    

  60.     ETH_InitStructure.ETH_DropTCPIPChecksumErrorFrame = ETH_DropTCPIPChecksumErrorFrame_Enable;
    

  61.     ETH_InitStructure.ETH_ReceiveStoreForward = ETH_ReceiveStoreForward_Enable;
    

  62.     ETH_InitStructure.ETH_TransmitStoreForward = ETH_TransmitStoreForward_Enable;
    

  63.     ETH_InitStructure.ETH_ForwardErrorFrames = ETH_ForwardErrorFrames_Enable;                        //转发错误帧控制位，接收FIFO会丢弃有错误的帧
    

  64.     ETH_InitStructure.ETH_ForwardUndersizedGoodFrames = ETH_ForwardUndersizedGoodFrames_Enable;      //转发过短帧控制位，接收FIFO转发长度过短的帧
    

  65.     ETH_InitStructure.ETH_SecondFrameOperate = ETH_SecondFrameOperate_Disable;
    

  66.     /* Configure Ethernet */
    

  67.     ETH_RegInit( Ð_InitStructure, gPHYAddress );
    


  68. 

  69.     /* Configure MAC address */
    

  70.     ETH->MACA0HR = (uint32_t)((macAddr[5]<<8) | macAddr[4]);
    

  71.     ETH->MACA0LR = (uint32_t)(macAddr[0] | (macAddr[1]<<8) | (macAddr[2]<<16) | (macAddr[3]<<24));
    


  72. 

  73.     /* Mask the interrupt that Tx good frame count counter reaches half the maximum value */
    

  74.     ETH->MMCTIMR = ETH_MMCTIMR_TGFM;
    

  75.     /* Mask the interrupt that Rx good unicast frames counter reaches half the maximum value */
    

  76.     /* Mask the interrupt that Rx crc error counter reaches half the maximum value */
    

  77.     ETH->MMCRIMR = ETH_MMCRIMR_RGUFM | ETH_MMCRIMR_RFCEM;
    


  78. 

  79.     ETH_DMAITConfig(ETH_DMA_IT_NIS |\
    

  80.                 ETH_DMA_IT_R |\
    

  81.                 ETH_DMA_IT_T |\
    

  82.                 ETH_DMA_IT_AIS |\
    

  83.                 ETH_DMA_IT_RBU,\
    

  84.                 ENABLE);
    


  85. 

  86.     /* Configure the polarity and delay of TXC */
    

  87.     RGMII_TXC_Delay(0, 4);
    

  88. #if LINK_STAT_ACQUISITION_METHOD
    

  89.     /* Configure the PHY interrupt function, the supported chip is: RTL8211FS */
    

  90.     PHY_InterruptInit( );
    

  91.     /* Configure EXTI Line7. */
    

  92.     EXTI_Line_Init( );
    

  93. #endif
    

  94. }
（未完待续）


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低语之树 发表于 2025-7-15 15:49 | 显示全部楼层
确实没搞完呢，看看你是怎么做丢包测试的
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AquaWhisper 发表于 2025-7-19 15:36 | 显示全部楼层
速度测试？这不是ping一下就知道了吗，一般都是测试丢不丢包
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