STM32MCU支持的MAC地址Hash过滤

只看该作者 · 2021-8-25 09:44

前言

网络中传递着各种各样的数据包，当设备连接到网络后，为了减少对接收到的数据进行处理的负荷，就需要对设备接收到的数据包进行过滤。STM32MCU的以太网外设提供多种数据包过滤的模式。可以根据以太网帧的目标MAC 地址，源 MAC地址进行过滤，STM32H7系列还提供对 VLANtag和 IP地址，UDP/TCP端口的过滤。

拿 MAC地址过滤来说，SM32MCU支持：单播目标地址过滤，多播目标地址过滤，单播源地址过滤和广播地址过滤。单播目标地址过滤和多播目标地址过滤又分为：Perfect地址过滤和 Hash地址过滤。

perfect地址过滤就是把接收到的以太网帧中的目标地址与 MAC地址寄存器中保存的地址进行比较，如果匹配，数据包就被接受，否则就被丢掉。还可以通过设置“反向过滤”，来翻转过滤的结果，接收到的以太网帧中的目标地址与MAC地址寄存器中保存的地址如果不匹配，数据包就被接收，否则就被丢掉。

Hash地址过滤不是直接比较 MAC地址，而是计算目标 MAC地址的 CRC32值，取其高 6位作为索引去查询 Hash表寄存器中对应的值，来判断是否接收该数据帧。Hash地址过滤的方法稍微复杂，本文接下来将基于STM32H743Nucleo板，通过具体的例程介绍如何实现 Hash地址过滤。

MAC 地址Hash 过滤

过滤原理

在 Hash地址过滤模式下，以太网 MAC通过一张 64位的 Hash表来进行过滤。这张表存储在两个 32位的寄存器中。STM32H743的寄存器 ETH_MACHT0R 保存着 Hash表的前 32位，ETH_MACHT1R中保存着 Hash表的后 32位值。

MAC接收到以太网帧后，会自动计算目标 MAC地址的 CRC值，然后用该 CRC值的高 6位，作为索引号去前面提到的 Hash表寄存器中查找对应位，如果该位的值是 1，则收到的以太网帧通过。否则就丢掉。例如，计算出的 CRC高6位是 0，则对应 ETH_MACHT0R的 bit0，如果该位是 1，则通过。

在初始化的时候，应该根据想要接收的目标 MAC地址，先设置好 ETH_MACHT0R和 ETH_MACHT1R寄存器的值。Hash地址过滤将 48位的 MAC地址，对应到 6位的 Hash值，肯定会出现多个MAC地址对应到一个 6位 Hash值的情况，所以这种过滤方式也被称作 imperfect过滤模式。

Hash值的计算方法

Hash地址过滤模式，最关键的是如何计算6位的Hash值。在RM0433中介绍了 Hash的产生方法，具体如下：

1. 计算目标 MAC地址的 CRC32值。计算 CRC32的方法参见 IEEE802.3的第 3.2.8章中FCS的说明。根据IEEE802.3中 CRC值的计算要求，和以太网帧中 MAC地址传输的顺序，MAC地址的 CRC值计算方法如下：

第一个 32位数据进行补码运算

输入的数据都进行按位反转顺序

进行 CRC32计算，多项式为 0x4C11DB7

对最终输出数据进行补码运算

2. 对第一步的计算值进行按位反转顺序

3. 取第二步计算值的高 6位

然后就可以根据计算出来的 Hash值，去设置 ETH_MACHT0R和 ETH_MACHT1R寄存器了。

MAC地址过滤的寄存器配置

目标 MAC地址过滤的寄存器配置见下表：

例程说明

下面我们将用一个例子来说明如何配置Hash地址过滤。

在该例程中，我们希望 STM32H743Nucleo板只接收广播，发往自己的单播 MAC地址的消息，以及两个特定多播MAC地址的消息。

单播 MAC地址为：00E100:00，

多播 MAC地址为：010d01:03和 01: 00: 5e: a8: 00: 0a。

例程中，我们需要做以下设置：

1.设置数据包过滤寄存器 ETH_MACPFR中相关位设置，使能单播perfect过滤，多播 Hash过滤，不屏蔽广播消息。

2.将单播地址设置到 ETH_MACA0HR和 ETH_MACA0LR中，并使能该地址。那么所有发往00E100:00的单播数据包都能被收到，其他的单播数据包将被丢掉。

3.设置 Hash过滤表寄存器。在初始化以太网外设时，利用 STM32H743的 CRC外设自动计算 MAC地址的 CRC32值，再得到对应的 Hash值，根据该值去初始化ETH_MACHT0R和 ETH_MACHT1R寄存器。H743Nucleo将可以接收发往 010d01:03和 01:00: 5e: a8: 00: 0a MAC地址的多播消息，其他的多播消息都被丢掉。

CRC外设初始化代码：

计算并使能 HashMAC地址过滤的代码：

运行结果

将附件的例程烧录到H743Nucleo板，通过 XCAP连续发送下面的 6条消息。

包括：

两条单播消息，目标MAC地址分别是：00E100:00和 020000:00。

三条多播消息,目标 MAC地址分别是：010d01:03，01: 00: 5e: a8: 00:0a和 010d01:ff。

一条广播消息。

从程序的打印信息里可以看到，H743Nucleo板接收到了其中的 4条消息，MAC地址没有设置的一条单播消息

（020000:00）和一条多播消息（010d01:ff）都被过滤掉了。