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武汉加油！中国加油！

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1、什么是以太网DMA？

学过STM32的同学都应该知道DMA就是不需要CPU的参与就能够实现内存和外设之间的数据交换，同样的，对于STM32互联型单片机的以太网DMA的作用也是如此，它的作用就是在不需要CPU的参与下，实现内存和以太网外设的数据交换。

用通俗一点的话来表述，就是我们将要发送的数据放到一片内存去，告诉以太网DMA，我已经将数据放过去了，你去取出来发送到网络中去吧。当网络数据来了的时候，以太网DMA自动将数据拷贝到一片内存中，产生中断告诉CPU，数据来了，你去取出来吧。

2、DMA描述符的本质是什么？

在STM32的参考手册中，我们可以找到发送描述符的定义，如下：

一眼看上去好像很复杂，这些是寄存器吗？但是找了一大堆文档，也没有找到它的寄存器地址，因为它根本就不是什么寄存器，而是4个32Bit的内存。对的，你去找发送描述符的硬件结构，是肯定找不到的，因为它完全是纯软件的概念，它的本质就是我们自己用结构体来实现这个描述符，然后将描述符的首地址写入到【ETH_DMATDLAR】寄存器中，STM32就知道这片内存是用来作为发送描述符了。

发送描述符的主要作用就是用来记录发送缓冲区的大小，缓冲区的地址，还有这个缓冲区的状态等等，里面有很多信息，这些信息是用来协同CPU和DMA二者之间工作的，我把他们的功能简要的写了出来，如下所示：

TDES0主要用来表示描述符的状态和控制信息
TDES1表示该描述符缓冲区数据的有效长度
TDES2表示描述符缓冲区的地址，我们要发送的数据，就是放在这个地址所指向的内存中
TDES3表示下一个描述符的地址

我们通过定义一个结构体来实现这个发送描述符，如下所示

typedef struct  {
  uint32_t   Status;                /*!< Status */
  uint32_t   ControlBufferSize;     /*!< Control and Buffer1, Buffer2 lengths */
  uint32_t   Buffer1Addr;           /*!< Buffer1 address pointer */
  uint32_t   Buffer2NextDescAddr;   /*!< Buffer2 or next descriptor address pointer */
} ETH_DMADESCTypeDef;

这个结构体的本质就是4个32Bit的变量，和STM32参考手册中定义的一样。
Status用来表示该描述符的状态
ControlBufferSize表示该描述符缓冲区数据的长度
Buffer1Addr用来存放该描述符缓冲区的地址，我们要发送的数据，就是放在这个地址开始的内存中
Buffer2NextDescAddr表示下一个描述符的地址

当我们需要发送数据的时候，我们把数据拷贝到发送描述符的缓冲区中（Buffer1Addr），告诉DMA我们拷贝完成了，DMA就会从发送描述符的缓冲区中取数据，将数据通过以太网外设发送到网络中去。

同样地，以太网外设接收到了网络中的数据时，DMA自动拷贝数据到接收描述符的缓冲区中（Buffer1Addr），产生中断告诉CPU，有数据来了，我们就可以取出描述符的数据，从而知道接收到了什么。

3、DMA和CPU如何有序地访问描述符？

上面我们说了，描述符是的本质就是4个32位的内存，描述符的Status表示该描述符的状态和控制信息。因为描述符是DMA和CPU二者之间的共享内存，既然是共享资源，就需要进行保护，当DMA在使用的时候，CPU就不能使用，当CPU在使用的时候，DMA就不能使用。这个使用权的控制，就通过TDES0寄存器中的OWN位体现出来，对应到发送描述符结构体就是Status变量的最高位。

我们看上图可知，当OWN位为0的时候，表示CPU可以将要发送的数据拷贝到描述符中，拷贝完成以后，我们手动将描述符的OWN位设置为1，以此来告诉DMA控制器，我已经拷贝完数据了，你可以从描述符中取出数据进行发送了。这时候DMA就会取出描述符中的数据，将数据发送出去，DMA在操作完描述符以后，自动将OWN位设置为0，告诉CPU，我DMA已经发送完数据啦，你可以拷贝下一帧数据到描述符上了。整个发送的过程就是这样配合的。

4、发送的数据实际上放在哪里？

发送DMA描述符只有4个32Bit的内存空间，这点内存肯定放不下我们要发送的以太网数据帧，那么我们要发送的数据实际上是存在描述符的哪里呢？

TDES2就是用来设置存放要发送数据缓冲区的首地址的，TDES1是用来告诉DMA这个缓冲区有效数据长度的。我们可以开辟一个数组，将数组的首地址写入Buffer1Addr中，这样就设置好了发送描述符实际存放数据的内存地址，我们往这个数组中写入要发送的数据，再把数据长度写入ControlBufferSize中，DMA就可以从这片内存中取ControlBufferSize长度的数据出来进行发送了。

例如，我们要发送一帧512字节的数据，那么我们就需要先建立一个至少大于512字节的数组，将要发送的数据拷贝到这个数组里面，然后设置这个描述符的数据长度是512即可，如下图所示。

5、要发送的数据长度超出一个描述符能够存放的最大长度怎么办？

如果我们发送的一帧数据很大，一个描述符没有办法放下那么多数据，应该怎么办呢？这时候就需要用到链表，将这帧以太网数据分割位若干部分，分别存放在多个描述符里面，描述符之间用链表的形式建立连接。说起来有点抽象，我们举个例子。

例如，有4K字节的一帧数据要发送出去，但是每一个描述符的缓冲区大小只有1K，这时候就需要用4个描述符来存储要发送的这一帧数据，请看下图。我们把第一个1K的数据放入描述符中，并且设置它的TEDS0寄存器的FS位为1，表示这个描述符存储了数据帧的第一个分块，把最后1K的数据放入描述符中，设置它的TDES0寄存器的LS位为1，表示这是该帧数据的最后一个分块。这样DMA就能够根据这些信息组合出一条完整的数据帧，进行发送。

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本文写于2020年2月12日。