LAN9370 车载以太网交换机

LAN9370

板子简介

如上图:

贴的是 LAN9370-I/KCX, 集成100BASE-T1 PHY的5端口AVB/TSN千兆位以太网交换芯片, VQFN-64 封装
右侧绿色端子:
- 4x 100BASE-T1
- 1路外部供电 8V~36V (板子可以用排针的单3V3 或这个外置电源供电)
左侧 2x14P 2.54mm排针:
- RGMII/RMII
  - RGMII, 如果使用, 建议画板子直接对插上, 不建议任何形式的杜邦线或飞线
  - RMII, 建议 10cm 以内杜邦线
    - RMII 命名和丝印的对应关系: CRS_DV -> RCTL, TX_EN -> TCTL, REFCLKI -> RCLK, REFCLKO -> TCLK
    - 如果 RMII 外部接PHY, 如 LAN8720, 是直连, 即 TX-TX, RX-RX
    - 如果 RMII 外部接MAC, 如 MCU, 是交叉连接, TX-RX, CRS_DV-TX_EN, 两个 REFCLKI 可以接到同一时钟源如 MCU 的 MCO 50MHz 输出
- SPI, 用于 LAN9370 的管理和配置, 测试 12.5MHz 能用, 建议一开始先 1MHz 及以下试
- SMI, 也就是 MDC MDIO, 可用于连接和配置外部 PHY
- 3V3单电源供电
原理图和测试工程开源到了 https://github.com/weifengdq/embedded, 欢迎 star

LAN9370 特性如下表:

实际第一次打板的时候, RCTL RCLK 丝印搞反了, 板子上会有一个贴纸来纠正:

STM32H503 SPI-LAN9370 模拟SMI-LAN8720

实际接线

MCU 和 LAN9370 LAN8720的接线:

功能	引脚	AF	连接目标	说明
HSE 晶振	-	-	8MHz 外部晶振	PLL → SYSCLK 250MHz
SWD 调试	-	-	STLINK-V3MINIE	下载和调试
LPUART1	PA9	AF3	TX → 串口工具(COM80)	2Mbps, Shell 交互
	PA10	AF3	RX ← 串口工具
SPI1	PA1	-	CS → LAN9370 SPI_CS	软件控制 CS（GPIO 输出）
	PA2	AF4	SCK → LAN9370	SPI Mode 3 (CPOL=1, CPHA=1), 3.906 MHz
	PA3	AF4	MISO ← LAN9370
	PA4	AF4	MOSI → LAN9370
Direct MDIO	PB6	GPIO	MDC → LAN8720	MCU 直接输出 Clause 22 时钟
	PB5	GPIO	MDIO ↔ LAN8720	开漏 + 上拉，双向数据线
复位	PB7	-	nRST -> LAN9370	低电平有效，>=10ms 脉冲

LAN8720A RMII 直连 LAN9370 Port5, 接线:

LAN9370 Port5 信号	LAN8720A 引脚	方向	说明
TXD[1:0]	TXD[1:0]	-> PHY	RMII 发送数据
RXD[1:0]	RXD[1:0]	<- PHY	RMII 接收数据
TXEN (TCTL)	TXEN	-> PHY	发送使能
CRS_DV (RCTL)	CRS_DV	<- PHY	载波检测/数据有效（关键信号）
REFCLKI (RCLK)	X1/CLKIN	<- OSC	50MHz 参考时钟（关键信号）

SPI-LAN9370

MCU ↔ LAN9370 通过 SPI1 (SPI Mode 3, CPOL=1, CPHA=1, 3.906 MHz) 连接:

芯片识别 Chip ID 0x00937010, 可用来测试 SPI 配置到底对不对
VPHY 间接访问 LAN9370 内部的 4个 T1 PHY (Port 1-4), 对应 letter shell 里 phyread phywrite 命令
设置 Port1-4 的 enable/disable, master/slave, 对应 letter shell 里的命令
...

如图:

VPHY 间接访问

  /* Post-reset VPHY indirect access enable (critical for T1 PHY access) */
  {
    uint8_t vphyVal = 0;
    for (int attempt = 0; attempt &lt; 5; attempt++) {
      HAL_Delay(10);
      LAN9370_SPI_ReadReg8(0x077C, &amp;vphyVal);
      LAN9370_SPI_WriteReg8(0x077C, vphyVal | 0x10);
      HAL_Delay(5);
      LAN9370_SPI_ReadReg8(0x077C, &amp;vphyVal);
      if (vphyVal &amp; 0x10) break;
    }
    if (!(vphyVal &amp; 0x10)) {
      printf("[WARN] VPHY enable failed, T1 ports may not work\r\n");
    }
  }

5个端口里面的 1 3 4 默认是关闭了, 对应代码里面:

  /* ---- 100BASE-T1 Port Configuration ----
   * Current bench wiring only uses Port2 &lt;-&gt; external 100BASE-T1 device.
   * Port1/3/4 are left floating and should stay disabled in release builds. */
  LAN9370_SetPortEnable(LAN9370_PORT_1, false);
  LAN9370_SetT1MasterSlave(LAN9370_PORT_2, LAN9370_T1_MASTER);
  LAN9370_SetPortEnable(LAN9370_PORT_2, true);
  LAN9370_SetPortEnable(LAN9370_PORT_3, false);
  LAN9370_SetPortEnable(LAN9370_PORT_4, false);

  /* ---- L2 Forwarding ----
   * Active datapath is Port2 &lt;-&gt; Port5 only.
   * Isolate floating ports to reduce noise during release testing. */
  LAN9370_SetPortMembership(LAN9370_PORT_1, 0x00);
  LAN9370_SetPortMembership(LAN9370_PORT_2, 0x12);
  LAN9370_SetPortMembership(LAN9370_PORT_3, 0x00);
  LAN9370_SetPortMembership(LAN9370_PORT_4, 0x00);
  LAN9370_SetPortMembership(LAN9370_PORT_5, 0x12);

  /* Enable MAC learning */
  LAN9370_SetMACLearning(true);

如果 5 个端口互通, 可以改为

  LAN9370_SetPortEnable(LAN9370_PORT_1, true);
  LAN9370_SetT1MasterSlave(LAN9370_PORT_2, LAN9370_T1_MASTER);
  LAN9370_SetPortEnable(LAN9370_PORT_2, true);
  LAN9370_SetPortEnable(LAN9370_PORT_3, true);
  LAN9370_SetPortEnable(LAN9370_PORT_4, true);

  /* ---- L2 Forwarding: all ports can forward to each other ---- */
  for (int port = 1; port &lt;= 5; port++) {
    LAN9370_SetPortMembership((LAN9370_Port_t)port, 0x1F);
  }

Port 5 配成 RMII 模式, REFCLKI 输入时钟 (似乎 REFCLKO 只能输出 125MHz 时钟?).

SMI-LAN8720

lan9370\stm32h503_lan9370_lan8720\LAN9370\mdio_bitbang.c 文件中, 用两个 GPIO 模拟了 SMI (GPIO bit-banging implementation based on IEEE 802.3 Clause 22):

PB5: MDIO (bidirectional data)
PB6: MDC (clock, max 2.5MHz)

lan9370\stm32h503_lan9370_lan8720\LAN9370\lan8720_driver.c 文件中用模拟的 SMI 对LAN8720进行探测与适配:

probe_phy, 实测 addr=1 命中，mdioscan 0 3 返回 PHY[1]: ID=0x0007C0F1
通用的写寄存器进行软复位 phy_write(MII_BMCR, BMCR_RESET);
RMII, 自动协商等
链路状态的读取, 是否是 100M FULL

初始的日志:

[LAN8720] Probing PHY via MCU direct MDIO...
[LAN8720] probe addr 1: ID=0x0007C0F1 - MATCH!
[LAN8720] Found at PHY address 1, ID: 0x0007C0F1
[LAN8720] Resetting PHY...
[LAN8720] Reset complete after 11 ms
[LAN8720] SM register (before): 0x60E1
[LAN8720] SM register (after):  0x60E1
[LAN8720] SCSR register (before): 0x0040
[LAN8720] SCSR register (after):  0x0040
[LAN8720] ANAR set to 0x01E1 (100FD/100HD/10FD/10HD)
[LAN8720] BMCR set to 0x3200 (AN enabled, restarting)
[LAN8720] Waiting for auto-negotiation...
[LAN8720] Auto-negotiation complete after 1717 ms
[LAN8720] Link: UP
[LAN8720] Init OK

letter shell 也有对应的命令可以参考:

ping 和 iperf 测试

&gt; ping -n 4 192.168.0.68
来自 192.168.0.68 的回复: 字节=32 时间&lt;1ms TTL=255
来自 192.168.0.68 的回复: 字节=32 时间&lt;1ms TTL=255
来自 192.168.0.68 的回复: 字节=32 时间&lt;1ms TTL=255
来自 192.168.0.68 的回复: 字节=32 时间&lt;1ms TTL=255

&gt; iperf.exe -c 192.168.0.68 -p 5001 -t 5 -i 1
------------------------------------------------------------
[ ID] Interval       Transfer     Bandwidth
[412]  0.0- 1.0 sec  10.8 MBytes  90.6 Mbits/sec
[412]  1.0- 2.0 sec  10.8 MBytes  90.6 Mbits/sec
[412]  2.0- 3.0 sec  10.9 MBytes  91.8 Mbits/sec
[412]  3.0- 4.0 sec  10.9 MBytes  91.8 Mbits/sec
[412]  4.0- 5.0 sec  10.9 MBytes  91.7 Mbits/sec
[412]  0.0- 5.0 sec  54.4 MBytes  90.9 Mbits/sec

注意事项

LAN9370 数据手册寄存器定义需要NDA, 我这也没有, 代码都是从 Linux Kernel, CycloneTCP等地方扒下来的, 仅供参考, 实际生产需要对照手册一一确认, LAN937x 的很多特性只是占位或没有实现或没有验证, 如LED Status, VLAN, PTP, Mirror, gPTP, SQI, Cable Diag等:

letter:/$ help

Command List:
setVar                CMD   --------  set var
help                  CMD   --------  show command info
users                 CMD   --------  list all user
cmds                  CMD   --------  list all cmd
vars                  CMD   --------  list all var
keys                  CMD   --------  list all key
clear                 CMD   --------  clear console
sh                    CMD   --------  run command directly
info                  CMD   --------  show chip info
dump                  CMD   --------  dump key registers
reset                 CMD   --------  hardware reset lan9370
port                  CMD   --------  port &lt;1-5&gt;
master                CMD   --------  master &lt;1-4&gt;
slave                 CMD   --------  slave &lt;1-4&gt;
enable                CMD   --------  enable &lt;1-5&gt;
disable               CMD   --------  disable &lt;1-5&gt;
phyread               CMD   --------  phyread  
phywrite              CMD   --------  phywrite   
spiread               CMD   --------  spiread  [count]
spiwrite              CMD   --------  spiwrite  
smiread               CMD   --------  smiread  
smiwrite              CMD   --------  smiwrite   
diagbus               CMD   --------  diagnose SPI/SMI bus
rstprobe              CMD   --------  reset timing probe
spiprobe              CMD   --------  probe SPI mode0..3
spispeed              CMD   --------  set SPI prescaler
mib                   CMD   --------  mib &lt;1-5&gt;
vlan                  CMD   --------  vlan on|off|set  |show
portgroup             CMD   --------  portgroup  
portrecover           CMD   --------  portrecover &lt;1-4&gt;
mirror                CMD   --------  mirror  
ptp                   CMD   --------  ptp on|off|status|gptp on|off|status
config                CMD   --------  config save|load|show|erase
staticmac             CMD   --------  staticmac list|flush
sysreset              CMD   --------  software reset MCU
mdioscan              CMD   --------  mdioscan [from] [to] - scan MCU dire...
lan8720               CMD   --------  show LAN8720 PHY status

目前 Port2 如果上电后长时间无数据通信, 可能会断开, 不再能 ping 通, 在 main.c 里加了一个检测的恢复逻辑, 未测试.

STM32H723 RMII交叉连接 LAN9370

实际接线

LAN9370:

Port 1, 默认 Slave, 悬空
Port 2, 默认 Master, 接外部车载以太网设备 192.168.0.68
Port 3, 默认 Slave, 悬空
Port 4, 默认 Slave, 悬空, 接百兆车载以太网转换盒后到 PC, 192.168.0.2
Port 5, RMII, 和 MCU 相当于 MAC-MAC, 需要交叉连接
SMI, 悬空不用
SPI, 接 MCU 用于配置
NRST, 低电平复位, 接 MCU

具体到引脚:

STM32H723 信号	STM32 引脚	LAN9370 信号	说明
nRST	PC3	nRST	LAN9370 硬件复位（低有效）
SPI1 SCK	PG11	SCK	SPI 时钟
SPI1 MISO	PG9	MISO	SPI 数据（LAN9370 → STM32）
SPI1 MOSI	PD7	MOSI	SPI 数据（STM32 → LAN9370）
SPI1 nCS	PG10	CS	SPI 片选（软件 GPIO 控制）
MCO2 (50MHz)	PC9	REFCLKI (RCLK)	RMII 参考时钟
ETH_REF_CLK	PA1	-	50MHz MCO2 环回
ETH_CRS_DV	PA7	TX_EN (TCTL)	RMII 接收控制
ETH_RXD0	PC4	TXD0	RMII 接收数据0
ETH_RXD1	PC5	TXD1	RMII 接收数据1
ETH_TX_EN	PB11	CRS_DV (RCTL)	RMII 发送控制
ETH_TXD0	PB12	RXD0	RMII 发送数据0
ETH_TXD1	PB13	RXD1	RMII 发送数据1
LPUART1 TX	PA9	-	调试串口 (2Mbps, COM80)
LPUART1 RX	PA10	-	调试串口
MDC	PA2	-	悬空不用
MDIO	PC1	-	悬空不用

CubeMX

注意事项:

大部分都是默认配置, 仅用于最开始生成基础CMake工程, 其中的配置并不是最终使用的, 仅供参考, 不要再在 CubeMX 上修改或生成代码
PC9 因为要输出 50MHz, GPIO 的输出速率需要调整为 Very High
MDC MDIO 悬空不接, 所有配置都是通过 SPI 进行的
SPI 片选实际用的是软件 GPIO 控制

时钟树, 外部25MHz无源晶振, PLL2P 配成 50MHz 给 MCO2 输出:

工程说明

LAN9370 数据手册截止目前需要NDA才能拿到, 我这里也没有, 硬件是参考官方板子, 软件是从 Linux 内核等地方扒拉下来的部分代码, 寄存器等并不算全面, 但最终也算能通能用. 对于 VLAN PTP gPTP Mirror StaticMAC 线缆诊断信号质量SQI LED控制等, 只是命令占位.

裸机 LwIP, 192.168.0.108.

调试串口除了打印日志外, 也移植了 letter shell, 可以在调试串口进行命令交互, 但其中部分命令因为并没有详细的数据手册和寄存器参考, 仅仅占坑罢了.

STM32H7系列相比之前的F系列有MPU/Cache配置的注意事项, 详细可参考工程里面的README文件.

编译和烧录

工程用 PowerShell + CMake 管理, 理论上不需要打开任何IDE, 用命令行即可进行编译下载:

CMake ≥ 3.22 + Ninja
arm-none-eabi GCC 工具链, 我之前安装过STM32CubeIDE, 所以用了里面自带的 C:\ST\STM32CubeIDE_2.1.0\STM32CubeIDE\plugins\com.st.stm32cube.ide.mcu.externaltools.gnu-tools-for-stm32.14.3.rel1.win32_1.0.100.202602081740\tools\bin, 工程里 build.ps1 可以用 -ToolchainBinDir <路径>: 指定工具链 bin 目录
STM32CubeProgrammer CLI (用于烧录), 安装 STM32CubeProgrammer 软件后, 路径记录一下, 工程里 build.ps1 可以用 -CubeProgrammerCli <路径>: 指定 STM32CubeProgrammer CLI 路径

编译 .\build.ps1 build, ST-Link烧录 .\build.ps1 flash, 都可以加 Debug 和 Release 参数

部分截图:

ping

默认没有开 VLAN, 所有端口互通, 从 PC 的 192.168.0.2 开始 ping 192.168.0.108 和 192.168.0.68, 也就是从 port4 ping port2 和 RMII的port5

iperf

release 版本编译和下载后, 在 5001 端口测试, 约 90Mbit/s, 对应 RMII MAC-MAC 交叉连接的结果.

Master Slave

命令行对连接百兆车载以太网转换盒的 Port4 进行配置, 用 master/slave 命令, 从默认的 Slave -> Master, 发现不再能 ping 通, 改回 Slave 后正常工作

端口分组

用 portgroup 命令把某几个Port划分到同一组, 无需 VLAN 使能，即可实现端口分组隔离, 如

## bit 0~4 =&gt; port 1~5
portgroup 2 0x18    # Port2只转发到Port4+5  (0x18=24=bit3+bit4)
portgroup 4 0x12    # Port4只转发到Port2+5  (0x12=18=bit1+bit4)
portgroup 4 0x10    # Port4只转发到Port5    (0x10=16=bit4)
portgroup 4 0x1F    # Port4恢复全互通

G下面设置 portgroup 4 0x10 让 Port4只转发到Port5, 这样能ping通Port5的 192.168.0.108, 不再能ping通Port2的192.168.0.68, 之后 ortgroup 4 0x1F, Port4恢复全互通

其它功能说明

对于 VLAN PTP gPTP Mirror StaticMAC 线缆诊断信号质量SQI LED控制等, 只是命令占位, 没有详细的数据手册和寄存器说明, 也没有继续尝试, 这些功能暂时搁置.

Github开源链接原理图与测试工程

原理图和测试工程开源到以下链接的 lan9370 文件夹, 欢迎 Star:

https://github.com/weifengdq/embedded

购买, 闲鱼搜用户 weifengdq 或者点击下面链接(可能失效):
【闲鱼】https://m.tb.cn/h.RuGWY1Y?tk=UGsUg9BPU9H HU006 「【LAN9370 评估板:】」点击链接直接打开

QQ 交流群: 1040239879

工程标签

DIY设计

汽车电子

方案验证板

简介

LAN9370, 集成4个100BASE-T1 PHY的5端口AVB/TSN千兆位以太网交换芯片, 引出RGMII/RMII, 测试了STM32的SPI配置RMII交叉连接, 以及直连LAN8720等

开源协议

GPL 3.0

描述

板子简介

STM32H503 SPI-LAN9370 模拟SMI-LAN8720

实际接线

SPI-LAN9370

SMI-LAN8720

ping 和 iperf 测试

注意事项

STM32H723 RMII交叉连接 LAN9370

实际接线

CubeMX

工程说明

编译和烧录

ping

iperf

Master Slave

端口分组

其它功能说明

Github开源链接原理图与测试工程

设计图

BOM

3D模型

附件

知识产权声明&复刻说明

底部导航

LAN9370 车载以太网交换机

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方案验证板

简介

LAN9370, 集成4个100BASE-T1 PHY的5端口AVB/TSN千兆位以太网交换芯片, 引出RGMII/RMII, 测试了STM32的SPI配置RMII交叉连接, 以及直连LAN8720等

开源协议

GPL 3.0

描述

板子简介

STM32H503 SPI-LAN9370 模拟SMI-LAN8720

实际接线

SPI-LAN9370

SMI-LAN8720

ping 和 iperf 测试

注意事项

STM32H723 RMII交叉连接 LAN9370

实际接线

CubeMX

工程说明

编译和烧录

ping

iperf

Master Slave

端口分组

其它功能说明

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