TC397实现ETH的MAC地址过滤
TC397实现ETH的MAC地址过滤
在汽车电子系统中，MCU接收到SoC发送的组播以太网帧导致数据丢帧的问题，通过深入分析TC397芯片的MAC地址过滤机制，提出了具体的解决方案。
1. 问题
整车测试时发现，MCU收到SoC发送的组播以太网帧，导致片间通信数据丢帧。
2. 分析
组播以太网帧数据量大，时间间隔短且一直在外发。询问得知该以太网帧为某算法模块计算结果，需要组播发送给上位机查看。
该外发以太网帧的源MAC与源IP和片间通信时SoC发送给MCU的MAC和IP一致，且组播的目的IP和目的MAC无法更改，这就导致MCU在接收片间通信数据外，组播以太网帧也会被接收进来，并且到TcpIp_Udp_RxIndication后，找不到对应的socket然后帧被丢掉，以太网接收中断处理函数的时间被拉长到50ms。
3. 解决
本着算法不改代码和模型的原则，先从MCU自身着手，否可以过滤以太网帧。
3.1 查看TC397 user manual
3.1.1 MAC接收特性
灵活的地址过滤方式:
- 多达31个额外的48位完美目的地址过滤器，每个字节带有掩码
- 最多31个48位源地址比较检查，每个字节带有掩码
- 选项性通过所有组播寻址数据包
- 混杂模式：所有报文不经过过滤直接通过，用于网络监控
- 通过状态报告传递所有传入数据包(根据过滤器)
3.1.2 帧过滤
3.1.3 源地址或者目的地址过滤
- 单播目的地址过滤
MAC支持128个MAC地址实现单播精准过滤。MAC将收到的所有48位单播地址与编程的MAC地址进行匹配。默认的MacAddr0总是使能。MacAddr1到MacAddr127地址通过单独的使能位来选择。对于MacAddr1到MacAddr31地址，通过在寄存器中设置相应的掩码字节控制位，将接收到的目的地址与之相比较，从而过滤每一个字节。MacAddr31到MacAddr127没有掩码控制，所有6字节MAC地址斗鱼收到的6字节目的地址进行比较。
查看寄存器：
- 组播目的地址过滤
要是MAC通过所有组播数据包，在MAC_Packet_Filter寄存器中设置PM位。
组播地址与已编程的MAC目的地址寄存器（1-31)比较。还支持组地址过滤。 - 广播地址过滤
默认情况下，MAC不过滤任何广播报文。设置MAC_Packet_Filter寄存器中的DBF位，使MAC拒绝所有广播报文。 - 单播源地址过滤
MAC可以根据收到的豹纹的源地址字段进行精准的过滤。默认情况下，MAC将源地址字段与源地址寄存器中编程的值进行比较。通过设置MAC地址寄存器[1-31]对应寄存器的第30位，可以将其配置为使用SA而不是DA进行比较。
MAC还支持SA组过滤。可以通过屏蔽地址的一个或者多个字节来过滤一组地址。如果在MAC_Packet_Filter寄存器中设置了SAF位，则MAC将丢弃未通过SA过滤的报文。否则，SA过滤器的结果将作为接收状态位给出。当设置了SAF位，需要根据SA过滤器和DA过滤器的结果进行&运算，以决定是否转发该报文。这意味着如果一个过滤器失败，数据包将被丢弃。只有当数据包一次通过两个过滤器时，数据包才会被转发到应用程序。 - 翻转过滤
对于DA和SA过滤，可以通过设置MAC_Packet_Filter寄存器的DAIF和SAIF位来翻转最终输出的过滤器匹配结果。DAIF位及时用于单播DA报文，也适用于组播DA报文。单播和组播目的地址过滤的结果被翻转。类似的，当设置了SAIF时，单播SA过滤器的结果也会反转。
3.1.4 具体寄存器
MAC_PACKET_FILTER寄存器
Field Bits Type Description
PR 0 rw Promiscuous Mode当设置此位时，地址过滤模块通过所有传入的数据包，而不考虑目的地址或源地址。设置PR时，总是清除Rx状态字的SA或DA Filter Fails状态位。复位后值:0x0
RES 2_1 2:1 r Reserved
DAIF 3 rw DA Inverse Filtering当设置此位时，地址检查块以反转过滤方式对单播和组播报文的DA地址进行比较。当该位复位时，对报文进行正常过滤。复位后值:0x0
PM 4 rw Pass All Multicast当设置此位时，表示所有接收到的具有组播目的地址(目的地址字段的第一位为'1')的报文都将通过。复位后值:0x0
DBF 5 rw Disable Broadcast Packets当设置此位时，AFM模块将阻塞所有传入的广播报文。此外，它覆盖所有其他过滤器设置。当此位被重置时，AFM模块将通过接收到的所有广播报文。复位后值:0x0
PCF 7:6 rw Pass Control Packets这些位控制所有控制包（control packet)的转发(包括单播和多播暂停帧)。复位后值:0x000b MAC过滤所有到达应用程序的控制包（control packet)。01b 除了Pause packet以外的所有控制报文，即使没有通过地址过滤，MAC也会将这些控制报文转发给应用。10b MAC将所有控制报文转发给应用程序，即使它们没有通过地址过滤。11b MAC转发通过地址过滤器的控制报文。
SAIF 8 rw SA Inverse Filtering设置此位后，地址检查以反转过滤方式进行SA地址比较。如果数据包的SA与SA寄存器中编程的值匹配，则将其标记为未通过SA地址过滤器。当此位被重置时，如果数据包的SA与SA寄存器中编程的值不匹配，则将其标记为未通过SA地址过滤器。复位后值:0x0
SAF 9 rw Source Address Filter Enable当设置此位时，MAC将收到的数据包中的SA字段与已启用的SA寄存器中编程的值进行比较。如果比较失败，则丢弃报文。当此位被重置时，MAC将收到的数据包转发给应用程序，并根据SA地址比较更新Rx状态的SAF位。注:根据IEEE规范，SA的47位是保留的。然而，在DWC_ether_qos中，MAC比较所有48位。软件驱动程序在为设置SA的MAC地址寄存器时应该考虑到这一点。复位后值:0x0
RES_10 10 r Reserved
RES_15_11 15:11 r Reserved复位后值:0x0
VTFE 16 rw VLAN Tag Filter Enable设置此位后，不匹配VLAN Tag的报文将被丢弃。当此位被重置时，MAC将转发所有报文，而不管VLAN Tag的匹配状态如何。复位后值:0x0
RES19_17 19:17 r Reserved复位后值:0x0
RES_21_20 21:20 r Reserved
RES 30 22 30:22 r Reserved复位后值:0x0
RA 31 rw Receive All当设置此位时，MAC Receiver模块将接收到的所有数据包传递给应用程序，而不管它们是否通过地址过滤器。SA或DA过滤的结果在Rx状态字的相应位更新(通过或失败)。当此位被重置时，接收器模块只将那些通过SA或DA地址过滤器的数据包传递给应用程序。复位后值:0x0MAC_ADDRESS0_HIGH+MAC_ADDRESS0_LOW
HIGH和LOW组合一起，进行DA地址过滤；MAC_ADDRESSi_HIGH寄存器：
- MAC_ADDRESSi_LOW寄存器：
3.1.5 过滤器总结
依据接收到的数据包类型，DA和SA过滤器总结如下：
Packet Type PR DAIF PM DBF DA Filter Operation
Broadcas 1 X X X Pass
0 X X 0 Pass
0 X X 1 Fail
Unicast 1 X X X Pass all packets
0 0 X X Pass on Perfect/Group filter match
0 1 X X Fail on Perfect/Group filter match
Multicast 1 X X X Pass all packets
X X 1 X Pass all packets
0 0 0 X Pass on Perfect/Group filter match and drop Pause packets if PCF = 0x
0 1 0 X Fail on Perfec t/Gro up filter match and drop Pause packets if PCF = 0x
Packet Type PR SAIF SAF DA Filter Operation
Unicast 1 X X Pass all packets
0 0 0 Pass status on Perfect or Group filter match but do not drop packets that fail
0 1 0 Fail status on Perfect or Group filter match but do not drop packet
0 0 1 Pass on Perfect or Group filter match and drop packets that fail
0 1 1 Fail on Perfect or Group filter match and drop packets that fail
3.2 实验
目标：过滤组播以太网帧，保留偏见通信单播以太网帧核广播帧。
突破口：组播的目的MAC不是MCU的MAC，可以设置DA过滤器，DA必须是MCU的MAC才可以通过。因此MAC_PACKET_FILTER寄存器设置如下，MAC_PACKET_FILTER寄存器值为0：
PR DAIF PM DBF SAIF SAF DA Filter Operation
0 0 0 0 0 0 1. 所有广播报文可以通过；2. 和过滤器比较通过的单播报文可以通过；3. 和过滤器比较通过的组播报文可以通过；4. 不适用SA过滤；
MAC_ADDRESS0_HIGH+MAC_ADDRESS0_LOW寄存器在初始化时会根据设置的MCU MAC地址写入该寄存器。
3.3 代码
# define ETH_30_TC3XX_REG_MAC_HIGH_AE (0x80000000u)
# define ETH_30_TC3XX_REG_OFFS_ADDR0_HIGH (0x0300u)
# define ETH_30_TC3XX_REG_OFFS_ADDR0_LOW (0x0304u)
# define ETH_30_TC3XX_REG_OFFS_ADDR1_HIGH (0x0308u)
# define ETH_30_TC3XX_REG_OFFS_ADDR1_LOW (0x030Cu)
Eth_30_Tc3xx_RegPtrType reg = Eth_30_Tc3xx_GetRegBaseAddrOfEthCtrlState(0u) + ETH_30_TC3XX_REG_OFFS_MAC_PACKET_FILTER;
/*Disable Promiscuous Mode*/
if((*reg) & ETH_30_TC3XX_REG_PACKET_FILTER_PR)
{
(*reg) = (*reg) & ~ETH_30_TC3XX_REG_PACKET_FILTER_PR;
}
/*does not Pass All Multicast*/
if((*reg) & ETH_30_TC3XX_REG_PACKET_FILTER_PM)
{
(*reg) = (*reg) & ~ETH_30_TC3XX_REG_PACKET_FILTER_PM;
}
/*------------------------------------------------------*/
Eth_30_Tc3xx_RegPtrType reg;
uint8 PdelayMultiCastAddr[6u] = {0x01u,0x80u,0xC2u,0x00u,0x00u,0x0E};
/*pass muilticast--pdelay in EthTsync*/
reg = Eth_30_Tc3xx_GetRegBaseAddrOfEthCtrlState(0u) + ETH_30_TC3XX_REG_OFFS_ADDR1_HIGH;
(*reg) = (uint32)(((uint32)PdelayMultiCastAddr[5] << 8u) | ((uint32)PdelayMultiCastAddr[4]) | (uint32)ETH_30_TC3XX_REG_MAC_HIGH_AE) ;
reg = Eth_30_Tc3xx_GetRegBaseAddrOfEthCtrlState(0u) + ETH_30_TC3XX_REG_OFFS_ADDR1_LOW;
(*reg) = (uint32)((uint32)PdelayMultiCastAddr[3] << 24u) |
((uint32)PdelayMultiCastAddr[2] << 16u) |
((uint32)PdelayMultiCastAddr[1] << 8u) | ((uint32)PdelayMultiCastAddr[0]);
3.4 测试
- 使用canoe模拟回灌组播报文；
- 使用capl脚本同时模拟片间UDP报文；
includes
{
}
variables
{
UdpSocket gSocket;
byte data[15] = {0x00, 0x00, 0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00}; //payload data
}
on key 'a'
{
gSocket = UdpSocket::Open(IP_Endpoint(0.0.0.0:51000)); // simulated is listen the port.
gSocket.sendto(IP_Endpoint(192.168.30.66:51000), data, elCount(data)); // send message to ECU
}
- 查看以太网接收中断时间长度，仅100us。且IpV4_Arp_RxIndication接收正常（广播）。
- 模拟片间通信发送UDP报文：
可以成功接收到片间通信数据（单播）；
5. 实车验证
片间组播报文：
中断时间长度：
只有Arp_RxIndication产生中断；开启片间通信正常。