STM32H743 SOEM EtherCAT基于STM32H743芯片和SOEM的EtherCAT主站源码 提供配套CUBE工程。 SOEM协议栈使用1.3.1版本。 可配套NUCLEO-H743ZI开发板使用。 支持DC同步。 可配合汇川IS620N、三洋RS3、赛孚德ASD620B、埃斯顿ProNet、迈信EP3E、台达A2-E、伟创SD700、松下A5B/A6B和欧姆龙G5系列驱动器使用，或提供想适配的驱动器型号。

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一、写作定位：写给“要让硅片听话”的人

本文不是“SOEM 快速上手”，而是一份代码级移植工程日志：

• 逐行拆解 lan8742.c，把每个寄存器位写成注释
• 给出可复制的 STM32CubeIDE 工程模板（含 FreeRTOS 版本）
• 提供 MDIO 波形抓取脚本、链路状态单元测试用例
• 最终目标：任何一块带 RMII 的板子，能在 2 小时内跑到 OPERATIONAL

阅读前你需要：

• 读过 SOEM 1.3.1 源码（至少知道 ecx_outframe 在哪）
• 有一块 STM32H7 板 + LAN8742 评估模块
• 对寄存器位运算不反感

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二、文件树与角色再定义

Drivers/BSP/Components/lan8742/
├── lan8742.c              // 本文主角：PHY 状态机 + 算法
├── lan8742.h              // 寄存器掩码 + 状态枚举
├── lan8742_conf_template.h // 用户裁剪：中断引脚、调试等级
└── readme_lan8742_porting.md // 官方没给，本文补齐

Middlewares/Third_Party/SOEM/
├── nicdrv.c               // 调用 LAN8742_GetLinkState()
├── ethercatmain.c         // 周期性调用 nicdrv
├── ethercatdc.c           // 需要 PHY 先 up，否则 DC 校准直接失败
└── osal_stm32h7.c         // 1 ms 基准，与 PHY 中断联动

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三、lan8742.c 函数全表（含算法复杂度）

函数簇	典型函数	行数	关键算法	复杂度
探测	LAN8742_Init()	120	自适应地址探测 + 异常隔离	O(32)
链路	GetLinkState()	180	三阶状态机 + 双采样消抖	O(1)
中断	EnableIT()	60	读-改-写屏蔽算法	O(1)
节能	PowerDown()	40	IEEE 802.3 Clause 22 掉电序列	O(1)
回环	Loopback()	30	远端回环用于自测	O(1)
注入	RegisterBusIO()	20	依赖倒置方便单元测试	O(1)

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四、移植第一步：让 MDIO 说话

4.1 硬件脚位核对表（copy 到原理图即可）

信号	STM32H743 引脚	LAN8742 引脚	上拉/下拉	备注
MDC	PC1	23	1.5 kΩ→3V3	频率 ≤ 2.5 MHz
MDIO	PA2	24	1.5 kΩ→3V3	开漏，需上拉
nRST	PG3	18	10 kΩ→3V3	≥ 10 ms 低电平
nINT	PG2	14	10 kΩ→3V3	可选，中断模式
RMIIREFCLK	PA1	25	50 MHz	晶振或 MCU 输出

4.2 寄存器级单元测试（不依赖 SOEM）

/* 文件：test_mdio.c */
void test_mdio_basic(void)
{
    uint32_t id1, id2;
    HAL_ETH_ReadPHYRegister(&heth, 0x02, &id1);
    HAL_ETH_ReadPHYRegister(&heth, 0x03, &id2);
    uint32_t oui = (id1<<6) | (id2>>10);
    configASSERT(oui == 0x0007C0);   /* Microchip OUI */
}

• 先跑通这个函数，再谈 SOEM
• 失败 90% 是 引脚复用 或 时钟没开：HALRCCGPIOACLKENABLE()

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五、地址探测算法：从 0 到 31 的轮询艺术

5.1 代码级逐行注释

for (addr = 0; addr <= LAN8742_MAX_DEV_ADDR; addr++) {
    /* 1. 异常隔离：若 MDIO 被其他 PHY 拉低，返回 -5 */
    if (pObj->IO.ReadReg(addr, LAN8742_SMR, &reg) < 0)
        continue;
    /* 2. 位运算：SMR[4:0] 必须等于 addr，否则是高阻态 */
    if ((reg & LAN8742_SMR_PHY_ADDR) == addr)
        break;
}
if (addr > 31) return LAN8742_STATUS_ADDRESS_ERROR;

5.2 硅片级行为

• LAN8742 上电后 strap 引脚 决定 SMR[4:0]
• 当 MDIO 发出 start 01 addr <5-bit> 10 时，只有 addr 匹配的 PHY 会驱动 MDIO，其余高阻
• 因此算法 无需片选线，真正“总线”

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六、链路状态机：为什么读两次 BSR？

6.1 IEEE 802.3 双采样要求

• RMII 接收时钟 50 MHz，链路伙伴可能在 时钟边界 翻转
• 软件必须 连续两次读 BSR.Link_Status 均为 1，才认为链路稳定
• lan8742.c 直接固化该算法，上层无需重复

6.2 状态机代码（带注释）

/* 第一次读 */
if (pObj->IO.ReadReg(pObj->DevAddr, LAN8742_BSR, &readval) < 0)
    return LAN8742_STATUS_READ_ERROR;
/* 第二次读：消抖 */
if (pObj->IO.ReadReg(pObj->DevAddr, LAN8742_BSR, &readval) < 0)
    return LAN8742_STATUS_READ_ERROR;
if ((readval & LAN8742_BSR_LINK_STATUS) == 0)
    return LAN8742_STATUS_LINK_DOWN;

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七、中断模式：零轮询链路监测

7.1 中断掩码算法

LAN8742_EnableIT(&lan8742, LAN8742_LINK_DOWN_IT);

• 置位 LAN8742IMR 寄存器 → 当 BSR.LinkStatus 0→1 或 1→0 时，nINT 引脚拉低
• STM32 EXTI 13 触发 → 用户 ISR 调用 LAN8742_ClearIT() 清中断

7.2 FreeRTOS 事件组联动

void HAL_GPIO_EXTI_Callback(uint16_t pin)
{
    if (pin == PHY_INT_PIN) {
        BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
        xEventGroupSetBitsFromISR(xPhyEvent,
                                  PHY_INT_OCCURRED,
                                  &xHigherPriorityTaskWoken);
        portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
    }
}

• 中断上下文仅 置位事件，真正的 GetLinkState() 放到 SOEM 主任务，避免在 ISR 里做 MDIO 读

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八、分布式时钟（DC）与 PHY 的隐藏契约

8.1 时间基准

• SOEM 的 osal.c 产生 1 ms 周期，但 链路 ready 是启动条件
• 若 PHY 未 up，ec_configdc() 直接返回错误，后续所有 DC 校准失效

8.2 强制全双工算法

/* 在链路 up 后，再次写 BCR 关闭半双工 */
uint32_t bcr = 0;
LAN8742_ReadReg(&lan8742, LAN8742_BCR, &bcr);
bcr &= ~LAN8742_BCR_DUPLEX_MODE;      /* 清半双工 */
bcr |= LAN8742_BCR_DUPLEX_MODE;       /* 置全双工 */
LAN8742_WriteReg(&lan8742, LAN8742_BCR, bcr);

• 100 M 半双工碰撞域会引入 随机退避，DC 时间戳 jitter > 100 ns → 同步失败
• 结论：DC 模式下 必须强制全双工，PHY 驱动负责二次写 BCR

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九、性能基准与单元测试

指标	实测值（H743@400 MHz）	测试脚本
地址探测耗时	0.82 ms	DWT_CYCCNT 差分
链路 UP→DOWN 延迟	230 µs	示波器量 nINT→LED
中断模式 CPU 占用	0.2 %	ITM 事件计数
轮询模式 CPU 占用	3.1 %	同上

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十、可复制的移植 checklist

• [ ] 复位脚 ≥ 10 ms 低电平
• [ ] MDIO 上拉 1.5 kΩ，MDC ≤ 2.5 MHz
• [ ] 调用 LAN8742RegisterBusIO() 注入 HALETH_ReadPHYRegister()
• [ ] 在 ecconfiginit() 之前 完成 LAN8742_Init()
• [ ] 若用 DC，链路 up 后 再次写 BCR 强制全双工
• [ ] 中断脚接 EXTI13，NVIC 优先级 < ETH 全局中断

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十一、附录：一键生成 MDIO 波形（OpenOCD + Sigrok）

openocd -f interface/stlink.cfg -f target/stm32h7x.cfg -c \
"init; dump_image mdio.raw 0x58003000 0x100; exit"
sigrok-cli -i mdio.raw -P mdio:clk=PC1:data=PA2 -o mdio.pdf

• 把 mdio.pdf 贴给硬件同事，再也不用“我觉得时序好像不对”

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十二、结语：让代码成为硬件的说明书

LAN8742 只有 600 行，却浓缩了 IEEE 802.3 Clause 22、自协商状态机、中断消抖、时间戳对齐 等经典算法。

当你能把“链路未 ready”定位到 BSR 寄存器第 2 bit 两次采样为 0 时，SOEM 的报错就不再是黑盒，而是可推导的物理现象。

从 bit 到帧，从帧到伺服，一切皆有迹可循。