一、前言

二、開發(fā)板CH32V307V-EVT-R3介紹

三、CH182H2介紹

四、性能測試

五、總結建議

六、基于MounRiver_Studio開發(fā)（保姆級操作）

一、前言

本文分享一款100M以太網(wǎng)PHY芯片，CH182H2。并分享基于官方的開發(fā)板CH32V307V-EVT-R3來評估下這款芯片的應用，以及性能測試。具體的性能，參數(shù)，特點等可以參考數(shù)據(jù)手冊，這里主要描述一些個人覺得比較有意思的點。

本文會著重描述該芯片的基本應用，包括原理圖分析，官方開發(fā)板Demo測試，RAW發(fā)送,TCP收發(fā)性能測試等，如果是初次使用該芯片的朋友，可以參考本文。

二、開發(fā)板CH32V307V-EVT-R3介紹

官方的CH32V307V-EVT-R3開發(fā)板，可以用于評估CH182H2芯片。

資料下載地址：

https://www.wch.cn/downloads/CH32V307EVT_ZIP.html

開發(fā)板的主要接口資源如下：

1.100M網(wǎng)口

2.MCU引出I/O

3.SWDIO調(diào)試口

4.CH32V307VCT6

5.USB全速接口

6.USB高速接口（內(nèi)置PHY）

7.電源開關

8.復位按鈕

9.下載按鈕

個人覺得比較好的地方是P6把RMII接口引出來了，方便邏輯分析儀直接測量RMII接口，用于測試分析，甚至用于學習RMII接口都是不錯的。

三、CH182H2介紹

開發(fā)板是用于評估的載體，本文的重點是CH182H2這顆PHY芯片，所以開發(fā)板大致了解，熟悉下原理圖，知道有哪些接口，如何使用即可。重點來看CH182H2這顆芯片。該芯片IO口支持3.3/2.5/1.8V，適配多種電壓的主控，還兼容RTL8102F。看手冊描述，有一款CH182D內(nèi)置唯一MAC地址，體積小巧，QFN封裝才3*3mm。

可以從以下地址下載該芯片規(guī)格書

https://www.wch.cn/downloads/CH182DS1_PDF.html

這里順帶提一下，WCH的以太網(wǎng)產(chǎn)品還是挺全的?？此麄児倬W(wǎng)介紹，除了以太網(wǎng)PHY，還提供控制器芯片CH390、協(xié)議棧芯片CH394/CH395和轉接芯片CH9121等。CH390D尺寸3*3mm，算是目前市面上體積最小的百兆以太網(wǎng)MAC PHY芯片了，內(nèi)置PHY，支持IPv4 TCP/UDP和IPv6 TCP/UDP校驗和的生成和檢查。帶全球唯一MAC地址。

3.1原理圖解析

根據(jù)開發(fā)板的原理圖，重點看下CH182H2的應用部分。

MCU最小系統(tǒng)部分:

PHY部分:

RMII接口部分,引出IO可使用邏輯分析抓信號:

以太網(wǎng)接口部分:

PHY電源和復位部分:

從以上原理圖可以看出PHY的外圍電路是很簡單的,可以降低BOM成本。

原理圖分為以下部分來看:

1.電源

VDDIO: IO電源輸入，對地接0.1uF電容。支持3.3V、2.5V或1.8V。

AVDD33: 3.3V主電源輸入，對地接0.1uF并聯(lián)10uF。

AVDDK:對地接1uF電容，供內(nèi)置LDO用。實測應該為1.2V左右，最大1.5V。

DVDDK:對地接0.1uF電容，供內(nèi)置LDO解耦用。實測應該為1.2V，最大1.5V。

2.MDIO

CH182系列MDIO、MDC均內(nèi)置上拉電阻，可省外部上拉，簡化電路。

3.復位

RSTB使用阻容復位即可，典型值4.7K，0.1uF。低電平有效。

4.LED

LED引腳的一個功能是配置PHY地址。

LED1 LED0組合決定PA1 PA0 PHY的地址，默認為01即LED0內(nèi)部上拉，LED1內(nèi)部下拉。

開發(fā)板中使用了默認配置，所以無需額外的4.7k的上下拉。

LED引腳本身還作為LED信號控制,用于表示10M還是100M速度，以及是否在通訊活動的狀態(tài)，取決于寄存器配置LED_SEL不同，LED1和LED0的行為不一樣，如下，默認LED_SEL為0b11

LED0還可以作為PMEB喚醒事件輸出，低有效。

5.MDI

MDI_TX_P/N MDI_RX_P/N接網(wǎng)絡變壓器的TD+/- RD+/-即可，網(wǎng)絡變壓器中心抽頭0.1uF對地即可，無需接電源。

6.中斷

INTB引腳通過4.7k上拉到VDDIO。

需要在RMII模式下，作為中斷輸出，低有效。

7.晶振

XI，XO外接25M晶體，或者輸入25M/50M時鐘。PHY內(nèi)部集成了負載電容為12pF的晶體所需的兩個振蕩電容，所以對于負載電容為12pF的晶體無需外接電容。

如果晶體負載電容大于12pF，則還需根據(jù)實際情況外接負載電容(在內(nèi)部電容基礎上再增加)。

8.RMII接口選擇

RXDV引腳默認為內(nèi)部下拉此時配置為MII接口，如果需要配置為RMII接口則RXDV需要外部接4.7k上拉到VDDIO。

9.TXC時鐘模式

RMII模式下，RXD0引腳默認為下拉TXC輸出50MHz時鐘，

如果外部4.7KΩ上拉到VDDIO，則TXC輸入50MHz時鐘。

開發(fā)板中無外部上下拉，使用默認狀態(tài)TXC輸出時鐘。

頁7寄存器16也可配置RMII的TXC是輸出還是輸入時鐘。

10.[R]MII接口

RXDV高有效表示有接收數(shù)據(jù)。同時用于配置RMII接口還是MII接口。

RXD0~3 MAC接收數(shù)據(jù)

RXC PHY輸出時鐘100M時25M，10M時2.5M

TXD0~3 MAC發(fā)送數(shù)據(jù)

TXCMII PHY輸出時鐘，RMII下PHY輸出或者輸入時鐘(RXD0決定)

TXEN發(fā)送使能，高有效。

CRS_DV高有效，載波或者接收數(shù)據(jù)不為空閑時高。

COL 高有效，檢測到碰撞為高

RXER 高有效，檢測到錯誤為高

3.2寄存器

0號寄存器的速度和自動協(xié)商，雙工模式是需要關注的，對于不能通過引腳配置這些參數(shù)的型號需要配置該寄存器，對于能通過引腳配置這些參數(shù)的型號則可以不配置該寄存器，CH182H2需要配置該寄存器。默認配置是100M，自動協(xié)商使能，全雙工，所以默認配置即可滿足一般使用。

寄存器都是標準的。寄存器31用于頁切換，基礎寄存器是標準的，擴展寄存器由廠家自定義功能，詳細內(nèi)容需要咨詢廠家。

3.3特點

詳細參數(shù)，特點等可以參考數(shù)據(jù)手冊，個人覺得以下特點值得特別提出

1.25M晶體(如果負載電容是12pF)無需外部電容，內(nèi)置了負載電容為12pF的晶體對應的電容。

2.IO可配不同電壓，支持3.3V、2.5V或1.8V。

3.P6引出了RMII接口，方便使用邏輯分析儀測試。

4.CH182D還內(nèi)置唯一MAC地址。

5.內(nèi)置以太網(wǎng)50Ω阻抗匹配電阻，外部不要再接49.9Ω或50Ω電阻，等效于電壓驅動。

6.外圍器件簡單，BOM成本低。

3.4建議

開發(fā)板中建議CH182H2的VDDIO不要直連VCC182，而是通過跳線可外部供指定的電壓或者使用板載默認的3.3V，方便評估VDDIO使用不同電壓(最好是板載就可以選擇不同電壓，作為評估版要能通過配置就能評估所有功能)。

四、性能測試

這里來基于iperf進行TCP的收發(fā)性能測試，先來測試RAW發(fā)送可以驗證PHY的速率，然后再測試TCP的收發(fā)性能。 實測結果先睹為快如下，詳見后面的測試介紹。

1.Raw TX:93Mbps

2.TCP TX: 80Mbps

3. TCP RX: 70Mbps

4.1 Raw發(fā)送速度測試

基于CH32V307V-EVT-R3CH32V307EVTEVTEXAMETHMAC_RAW這個工程進行測試

注釋掉接收處理與打印，只關注發(fā)送

void WCHNET_MainTask(void)
{    
  //RecDataPolling();    
  WCHNET_QueryPhySta();     /* Query external PHY status */    
  WCHNET_LinkProcessing();   /* process Link stage task */
}

發(fā)送代碼

  static uint32_t sndlen = 0;
    static uint32_t tick1=0;
    static uint32_t tick2=0;
    extern uint32_t volatile LocalTime;
    while(1)
    {
        WCHNET_MainTask();
        if(LinkSta)
        {
            if(ETH_SUCCESS == MACRAW_Tx(ARPPackage, sizeof(ARPPackage))){
                ///if(++PktCnt % 100 == 0)
                ///    printf("PktCnt:%drn",PktCnt);
                ///Delay_Ms(100);
                sndlen += sizeof(ARPPackage);
                if(tick1 == 0){
                    tick1 = LocalTime;
                    tick2 = LocalTime;
                }else{
                    tick2 = LocalTime;
                }
                if (tick2 - tick1 >= 5000){
                    uint32_t speed;
                    speed=((uint64_t)sndlen/125)/(tick2-tick1); 
                    printf("%d Mbps!rn", speed);
                    tick1 = tick2;
                sndlen = 0;
                }
            }
        }
    }
}

可以看到幾乎可以跑滿100Mbps。

4.2接收測試

作為servert接收

所以使用TCPServer的Demo

接收數(shù)據(jù)流如下:

WCHNET_HandleGlobalInt->WCHNET_HandleSockInt->WCHNET_DataLoopback

我們在WCHNET_DataLoopback記錄接收指定長度數(shù)據(jù)后的時間，用于接收速度測試，

實測，接收速度最大可達70Mbps左右。

關鍵代碼如下

extern uint32_t volatile LocalTime;
void WCHNET_DataLoopback(u8 id)
{
    u32 len;
    u32 endAddr = SocketInf[id].RecvStartPoint + SocketInf[id].RecvBufLen;       //Receive buffer end address
    if ((SocketInf[id].RecvReadPoint + SocketInf[id].RecvRemLen) > endAddr) {    //Calculate the length of the received data
        len = endAddr - SocketInf[id].RecvReadPoint;
    }
    else {
        len = SocketInf[id].RecvRemLen;
    }
    static uint32_t recvlen = 0;
    static uint32_t tick1=0;
    static uint32_t tick2=0;
    recvlen += len;
    if(tick1 == 0){
        tick1 = LocalTime;
        tick2 = LocalTime;
    }else{
        tick2 = LocalTime;
    }
    
    if (tick2 - tick1 >= 5000){
        uint32_t speed;
        speed=((uint64_t)recvlen/125)/(tick2-tick1); 
        printf("%d Mbps!rn", speed);
        tick1 = tick2;
        recvlen = 0;
    }
    WCHNET_SocketRecv(id, NULL, &len);  
}

4.3發(fā)送測試

作為client發(fā)送

所以使用TCPClient的Demo

u8DESIP[4] = {192,168,1,100}; //destination IP address

改為電腦IP

u8DESIP[4] = {192,168,1,9};

端口對應

u16desport=1000; //destination portu16srcport=1000;                     //source port

增加變量，檢測到鏈接或者斷開時，設置對應標志，標志是鏈接狀態(tài)時才發(fā)送

  //if (intstat & SINT_STAT_RECV)                               //receive data
    {
        WCHNET_DataLoopback(socketid);                          //Data loopback
    }
    volatileintconnect_flag=0;
 
    if (intstat&SINT_STAT_CONNECT)                            //connect successfully
    {
        connect_flag=1;
 
    if (intstat&SINT_STAT_DISCONNECT)                         //disconnect
    {
        connect_flag=0;
 
    if (intstat&SINT_STAT_TIM_OUT)                            //timeout disconnect
    {
        connect_flag=0;

接收處理這里不再發(fā)送避免干擾，單獨添加發(fā)送測試函數(shù)

void WCHNET_DataLoopback(u8 id)
{
    u8 i;
    u32 len;
    u32 endAddr=SocketInf[id].RecvStartPoint+SocketInf[id].RecvBufLen;       //Receive buffer end address
 
    if ((SocketInf[id].RecvReadPoint+SocketInf[id].RecvRemLen) >endAddr) {    //Calculate the length of the received data
        len=endAddr-SocketInf[id].RecvReadPoint;
    }
    else {
        len=SocketInf[id].RecvRemLen;
    }
    //i = WCHNET_SocketSend(id, (u8 *) SocketInf[id].RecvReadPoint, &len);         //send data
    //if (i == WCHNET_ERR_SUCCESS) {
        WCHNET_SocketRecv(id, NULL, &len);                                       //Clear sent data
    //}

初始發(fā)送數(shù)據(jù)

  for (i=0; i

發(fā)送處理

extern uint32_t volatile LocalTime;
 
static voidsend_test(void){
    if(connect_flag){
        static uint32_t sndlen=0;
        static uint32_t tick1=0;
        static uint32_t tick2=0;
        u8 id=0;
        uint32_t len=RECE_BUF_LEN;
        u8 res=WCHNET_SocketSend(id, (u8*) SocketRecvBuf[id], &len); 
        if (res!=WCHNET_ERR_SUCCESS) {
            //printf("snd err:%drn",res);
            sndlen+=0;
        }else{
            sndlen+=len;
        }
        if(tick1==0){
            tick1=LocalTime;
            tick2=LocalTime;
        }else{
            tick2=LocalTime;
        }
        if (tick2-tick1>=5000){
            uint32_tspeed;
            speed=((uint64_t)sndlen/125)/(tick2-tick1); 
            printf("%d Mbps!rn", speed);
            tick1=tick2;
           sndlen=0;
        }
    }
}
 
    while(1)
    {
        /*Ethernet library main task function,
         * which needs to be called cyclically*/
        WCHNET_MainTask();
        /*Query the Ethernet global interrupt,
         * if there is an interrupt, call the global interrupt handler*/
        if(WCHNET_QueryGlobalInt())
        {
            WCHNET_HandleGlobalInt();
        }
 
        /* 發(fā)送測試 */
        send_test();
    }

實測如下

發(fā)送速度為80Mbps左右，會有一些抖動，最大可達90Mbps，可以看到效率是非常不錯的，支持硬件校驗是一個很大的優(yōu)勢。

4.4速度優(yōu)化建議

1.提高MCU主頻

Usersystem_ch32v30x.c中改為144M

#defineSYSCLK_FREQ_144MHz_HSE 144000000

2.增加DMA描述符數(shù)/緩存區(qū)個數(shù)

根據(jù)應用場景看是大量收還是大量發(fā)，調(diào)大對應的方向的描述符數(shù)

比如發(fā)送多的場景可以加大ETH_TXBUFNB

Usernet_config.h中

#define ETH_TXBUFNB 16    /* The number of descriptors sent by the MAC  */
#define ETH_RXBUFNB 2    /* Number of MAC received descriptors  */

3.增加協(xié)議棧緩存區(qū)大小

Usernet_config.h中

根據(jù)應用場景看是大量收還是大量發(fā)，調(diào)大對應的方向的緩存大小。

比如發(fā)送多的場景可以加大WCHNET_NUM_TCP_SEG

#define RECE_BUF_LEN (WCHNET_TCP_MSS*2)   /* socket receive buffer size */
#define WCHNET_NUM_PBUF WCHNET_NUM_POOL_BUF   /* Number of PBUF structures */
#define WCHNET_NUM_TCP_SEG (WCHNET_NUM_TCP*8)   /* The number of TCP segments used to send */

4.打開硬件校驗

這個是最能明顯提升效率的，因為校驗計算很占CPU帶寬。

Usernet_config.h中

#defineHARDWARE_CHECKSUM_CONFIG   1  /* Hardware checksum checking and insertion configuration, 1: enable, 0: disable */

5.數(shù)據(jù)量盡量按最大包長填充，即應用上層協(xié)議的設計盡量不要使用短包。

五、總結建議

總的來說CH182H2的優(yōu)點是很明顯的，正如3.3的介紹，最主要的就是外圍電路可以很簡單，降低BOM成本，另外也有不同小封裝可選，適應于尺寸限制等場景，同時也可以降低成本，所以選擇100M以太網(wǎng)PHY芯片的話可以考慮下CH182系列。

選用CH32V30x等主控，基于MountRiverStudio開發(fā)，也是很方便的，測試跑RAW數(shù)據(jù)發(fā)送幾乎能跑滿硬件帶寬，跑TCP效率也非常不錯，發(fā)送可達80Mbps多。MountRiverStudio使用起來個人感覺還是非常絲滑方便的，界面也美觀。

另外官方Demo提供了協(xié)議棧庫可以直接使用減少開發(fā)工作量，而對于想自己移植第三方協(xié)議棧庫或者直接面向底層編程的，可以參考下MAC Raw例程，可以基于此在上面移植以太網(wǎng)協(xié)議棧。RMII驅動層也是可以直接使用的。

注意ISP下載開發(fā)板BOOT0不要短接(默認是短接的)。

注意使用仿真器需要先切換到RV模式。

六、基于MounRiver_Studio開發(fā)（保姆級操作）

前面介紹了CH182H2這顆芯片和其對應的評估版，并進行了性能測試，對于只是想了解該芯片的可以參考，如果進一步想進行應用開發(fā)，則可參考本章內(nèi)容。本章按照保姆級別操作記錄，介紹基于官方的Demo開發(fā)實踐。

6.1安裝MounRiverStudio

從以下地址下載MounRiverStudio：

https://www.mounriver.com/download

6.2導入工程

下載開發(fā)板資料包CH32V307EVT.ZIP，解壓

https://www.wch.cn/downloads/CH32V307EVT_ZIP.html

雙擊CH32V307EVTEVTEXAMETHTCPServerTCPServer.wvproj打開tcpserver的例程。

6.2.1配置Netlib

我們這里要使用RMII，100M接口，所以要修改使用的驅動文件

右鍵eth_driver_RMII.c，Include/Exclude From Build添加到編譯

同樣的方法將eth_driver_10M.c排除編譯

即編譯以下幾個文件

6.2.2配置浮點庫

右鍵點擊TCPServer->Properties

配置使能硬件單精度浮點

再配置鏈接對應的庫文件(可省略)

配置完點擊Apply

兩個a文件只保留一個即可，這里使用float.a

也可以使用上述方法，將這個庫排除編譯。

按delete按鍵選擇remove

6.2.3確認芯片型號

右鍵點擊TCPServer->Properties，選擇對應的MCU型號

配置完點擊Apply

6.3編譯

菜單欄點擊Project->build Project

編譯完成

6.3.1編譯注意事項

如果開啟了微軟電腦管家服務，MRS2檢測到該服務可能導致編譯變慢會彈窗提示如下。用戶可以按彈窗提示，關閉該服務，編譯速度就會恢復正常。

按照如下處理

右鍵點擊左下角WIN圖標->計算機管理->服務和應用程序->服務

找到Microsoft PC Manager Service，右鍵點擊->屬性

啟動類型選擇禁用，然后點擊停止

6.4配置仿真器

參考WCH-LinkUserManual

https://www.wch.cn/downloads/WCH-LinkUserManual_PDF.html

接入仿真器后設備管理器下外部接口目錄下會看到對應的設備。

MounRiver Studio菜單欄Tools->WCH-LinkUtility

獲取當前模式

設置為WCH-LinkRV

右鍵點擊TCPServer->Properties

設置仿真器和參數(shù)如下，一般默認即可

其中SVD下是指定寄存器描述文件，這樣就可以查看各個外設寄存器

然后點擊甲殼蟲圖標進入仿真環(huán)境并下載程序

可以查看外設寄存器。

其他仿真操作，不同IDE都大同小異不再贅述。

新版本MounRiver基于VSCODE框架深度定制，明顯比之前基于eclipse的更絲滑，輕量，美觀。同時兼容了之前版本的操作習慣，方便熟悉MRS1的用戶快速上手，另外對于熟悉VSCODE的用戶也會覺得很熟悉可以直接上手。

6.5 ISP下載程序

手里沒有WCH-LInk可以使用ISP下載

注意開發(fā)板上BOOT0默認跳線到了GND要斷開。

BOOT0接VCC，BOOT1接GND是進下載模式，

BOOT0通過下載按鍵按下接VCC

以下地址下載WCHISPTool_Setup.exe

https://www.wch.cn/downloads/WCHISPTool_Setup_exe.html

雙擊WCHISPTool_Setup.exe安裝

選擇MCU

為了方便可以先不使能讀保護，否則使能了之后下次下載前需要先解除讀保護

USB接P5，按下下載按鍵，按下復位按鍵

識別到USB設備

選擇HEX文件

CH32V307EVTEVTEXAMETHTCPServerobjTCPServer.hex

點擊下載

6.6運行

接上串口線，參數(shù)為115200-8-n-1

按鍵RST重啟

串口打印如下

Usermain.c中看到

開發(fā)板IP為

u8 IPAddr[4] = {192, 168, 1, 10}; //IP address

所以將電腦IP設置為192, 168, 1,9

打開網(wǎng)絡調(diào)試助手

作為客戶端，連接開發(fā)板的服務端192.168.1.10，端口1000

u16 srcport = 1000; //source port

客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)，開發(fā)板原樣返回

開發(fā)板打印

Intstat這個打印在如下位置添加的

void WCHNET_HandleGlobalInt(void){    
  u8 intstat;    
  u16 i;    
  u8 socketint;
  intstat=WCHNET_GetGlobalInt();  //get global interrupt flag    
  printf("intstat:%xrn",intstat);

相關的處理邏輯位于

WCHNET_HandleSockInt

收到數(shù)據(jù)后原樣返回

void WCHNET_HandleSockInt(u8 socketid, u8 intstat)
{
    u8i;
    if (intstat&SINT_STAT_RECV)      //receive data
    {
        WCHNET_DataLoopback(socketid);                            //Data loopback
    }

連接時打印信息

   if (intstat&SINT_STAT_CONNECT)                              //connect successfully
    {
#if KEEPALIVE_ENABLE
        WCHNET_SocketSetKeepLive(socketid, ENABLE);
#endif
        WCHNET_ModifyRecvBuf(socketid, (u32) SocketRecvBuf[socketid],
        RECE_BUF_LEN);
        for (i=0; i

其他邏輯，斷開，超時等處理

    if (intstat&SINT_STAT_DISCONNECT)                           //disconnect
    {
        for (i=0; i