LAN9370 车载以太网交换机 STM32配置与使用

weifengdq2026-07-02 12:06

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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 ~4MHz 能用
    • 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
TXD1:0 TXD1:0 -> PHY RMII 发送数据
RXD1:0 RXD1:0 <- 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

c 复制代码 
  /* Post-reset VPHY indirect access enable (critical for T1 PHY access) */
  {
    uint8_t vphyVal = 0;
    for (int attempt = 0; attempt < 5; attempt++) {
      HAL_Delay(10);
      LAN9370_SPI_ReadReg8(0x077C, &vphyVal);
      LAN9370_SPI_WriteReg8(0x077C, vphyVal | 0x10);
      HAL_Delay(5);
      LAN9370_SPI_ReadReg8(0x077C, &vphyVal);
      if (vphyVal & 0x10) break;
    }
    if (!(vphyVal & 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:

c 复制代码 
  /* ---- 100BASE-T1 Port Configuration ----
   * Current bench wiring only uses Port2 <-> 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 <-> 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

c 复制代码 
  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 <= 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:

bash 复制代码 
[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

bash 复制代码 
> ping -n 4 192.168.0.68
来自 192.168.0.68 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=255
来自 192.168.0.68 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=255
来自 192.168.0.68 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=255
来自 192.168.0.68 的回复: 字节=32 时间<1ms TTL=255

> 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:

bash 复制代码 
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 <1-5>
master                CMD   --------  master <1-4>
slave                 CMD   --------  slave <1-4>
enable                CMD   --------  enable <1-5>
disable               CMD   --------  disable <1-5>
phyread               CMD   --------  phyread <port> <reg>
phywrite              CMD   --------  phywrite <port> <reg> <value>
spiread               CMD   --------  spiread <addr> [count]
spiwrite              CMD   --------  spiwrite <addr> <value>
smiread               CMD   --------  smiread <phy> <reg>
smiwrite              CMD   --------  smiwrite <phy> <reg> <value>
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 <1-5>
vlan                  CMD   --------  vlan on|off|set <port> <vid>|show
portgroup             CMD   --------  portgroup <port> <memberMask>
portrecover           CMD   --------  portrecover <1-4>
mirror                CMD   --------  mirror <src> <dst|off>
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

bash 复制代码 
## bit 0~4 => 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.

立创开源平台

原理图和PCB都在立创开源了:

LAN9370 车载以太网交换机 - 立创开源硬件平台

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

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