首先要知道，要实现网口与标准网络之间的通信，必须遵守网口传输协议TCP/IP 协议，TCP/IP 协议不是 TCP 和 IP 这两个协议的合称是指整个因特网 TCP/IP 协议族。在协议分层模型方面，TCP/IP 由网络接口层、网络层、传输层、应用层四个层次组成。OSI 是
传统的开放系统互联参考模型，该模型将 TCP/IP 分为七层: 物理层、数据链路层(网络接口层)、网络层(网络层)、传输层(传输层)、会话层、表示层和应用层(应用层)。TCP/IP 模型与 OSI 模型比较如下所示¹。

对于mcu实现网口输出的外挂芯片有几种常见方法：

• 如果 MCU 内部集成 MAC 控制器 (ETH),只需要外接一个 PHY 芯片可以通过介质独立接口 (MII) 或简化介质独立界面 (RMII)一个接口外挂PHY芯片，通过网站管理接口(SMI)外部PHY通信实现网口输出。LAN8720。
• 如果 MCU 内部没有 MAC 需要外接的控制器 MAC 芯片和 PHY 这两个芯片可以分立或集成在一个芯片中。ENC28J60。
• mcu通过spi或者8080平行总线、串口等外挂已经集成TCP/IP协议的芯片实现网口输出。如W5500。

前两种方案，MAC PHY 完成了 TCP/IP 物理层和数据链路层是五层模型的最低两层。网络层、传输层、应用层等上述层需要在 MCU 实现。一般采用成熟的开源 TCP/IP 协议栈，如 uIP、LwIP。它们都是轻量级的 TCP/IP 协议栈。

三是使用硬件 TCP/IP 协议栈，优点是mcu内部不需要再实现TCP/IP协议，只需实现应用层代码即可。socket数量有限，通信数据量不易过大。

当然，现在也有mcu将PHY集成到mcu内部，如沁恒CH32V307自带10兆以太网PHY，这种mcu不需要插件网络芯片。

对于那些先进的嵌入式芯片，其中许多是芯片内部集成PHY，还有是通过SDIO插件通信模块。

首先我的理解LAN8720分为LAN8720A和LAN8720Ai，平时我们说LAN8720指的就是LAN8720A。LAN8720A这是一个更严格的名字。接下来，让我们简要介绍一下 LAN8720A 这个芯片。

LAN8720A 是低功耗的 10/100M 以太网 PHY 层芯片，I/O 引脚电压一致 IEEE802.3-2005 标准，支持通过 RMII 接口与以太网 MAC 因此，芯片必须集成 MAC 控制器的MCU使用。LAN8720A 内置 10-BASE-T/100BASE-TX 全双工传输模块，支持 10Mbps 和 100Mbps。 LAN8720A 通过自主机的最佳连接方式(速度和双工模式)可通过自协商支持 HP Auto-MDIX 无需更换网线即可将连接改为直接连接或交叉连接。LAN8720A 主要特点如下：

LAN8720A 因此，许多引脚具有多种功能，在 LAN8720A从启动到运行的不同时刻，重用为不同的功能。以下是一些最重要的引脚说明¹：

1. PHY 设置芯片地址 ：MAC层通过SMI总线对PHY读写内部寄存器，SMI可以控制32个PHY通过不同的芯片PHY芯片的地址不同PHY操作，LAN8720A 通过PHYAD0 配置引脚和引脚 RXER 引脚复用，芯片内部有自己的下拉电阻，因此，默认情况下为0，硬复位后，LAN8720A 将引脚电平读取为器件 SMI 地址，接下拉电阻时（浮空也可以，因为芯片内部自带了下拉电阻），设置 SMI 地址为 0.外部上拉电阻时，可设置为 1。
2. nINT/REFCLKO 引脚功能配置 ：nINT/REFCLKO 引脚可作为中断输出(请参考中断)LAN2930页的8720数据手册，或参考时钟输出。该功能由另一个引脚使用LED2（nINTSEL）来决定，LED2 芯片复位后引脚值 LAN8720A 读取时，当引脚与拉电阻(或浮空、内置拉电阻)相连时，正常工作后，nINT/REFCLKO 引脚将被用作中断输出引脚 REF_CLK IN 模式）。引脚下拉电阻时，正常工作后，nINT/REFCLKO 引脚将为参考时钟输出 REF_CLK OUT 模式）。
   注意：在 REF_CLK IN 必须提供外部模式 50Mhz 参考时钟给 LAN8720A 的 XTAL1（CLKIN）引脚。在 REF_CLK OUT 模式，LAN8720A 可以外接 25Mhz 石英晶振通过内部倍频到达 50Mhz，然后通过 REFCLKO 引脚，输出 50Mhz 参考时钟给 MAC 控制器。这样可以减少 BOM成本。两种配置下的时钟接线图如下：

外部提供 50Mhz 参考时钟给 LAN8720A 的 XTAL1（CLKIN）同时引脚RMII提供时钟:

LAN8720A 可以外接 25Mhz 石英晶振通过内部倍频到达 50Mhz，然后通过 REFCLKO 引脚，输出 50Mhz为RMII提供时钟:

时钟的两个功能：PHY芯片工作需要时钟，可以连接25M或50M，RMII需要时钟的通信必须是50M，所以才有上面的接法。

3. 1.2V 内部稳压器配置：LAN8720A 需要 1.2V 电压给 VDDCR 但芯片内部集成了电源 1.2V 稳压器，可通过
   LED1(REGOFF)配置是否使用内部稳压器时，必须提供外部稳压器 1.2V电压给 VDDCR 引脚。我们在这里使用内部稳压器，所以我们在 LED1 下拉电阻(浮空也可以，内置下拉电阻)控制打开内部 1.2V 稳压器。

以下内部集成 MAC 控制器的STM例如，描述连接图：

连接图主要包括两部分：

• RMII接口:从以太网数据实现mcu到PHY芯片的双向传输。
• SMI网站管理接口：实现mcu对PHY芯片内部寄存器R/W。

注：从上图可以看出 RMII 相比 MII，引脚的数量简化了很多。RMII接口，图中的 REF_CLK 信号，是RMII 和外部 PHY 共用的 50Mhz 外部必须提供50个参考时钟M时钟的来源可以来自三个地方：

PHY是由IEEE802.3定义的，一般通过SMI对PHY进行管理和控制，也就是读写PHY芯片的内部寄存器。PHY寄存器的地址空间为5位，可以定义0~31共32个寄存器，但是随着PHY芯片功能的增加，很多PHY芯片都采用分页技术来扩展地址空间，定义更多的寄存器，我们不讨论这种情况，我们只讨论那32个寄存器，其中IEEE802.3定义了0~15这16个寄存器的功能，剩下的16~31寄存器由芯片制造商自己定义，用于实现一些自己独有的功能。

由于寄存器很多，这里只讲几个我们用到的寄存器，其它的请自行查阅LAN8720数据手册。

偏移地址：0x00

对于像BCR这种已经被IEEE802.3规定好的寄存器，一般mcu的网络库会定义好这个寄存器，比如在st的官方库中，ST官方以太网库的stm32f4xx_hal_conf.h中已经定义了BCR和BSR寄存器：

/*Section 3: Common PHY Registers */

#definePHY_BCR ((uint16_t)0x00) /*!< Transceiver Basic Control Register */
#definePHY_BSR ((uint16_t)0x01) /*!< Transceiver Basic Status Register */

我们配置LAN8720其实就是配置BCR寄存器，我们通过调用ST官方的以太网库的HAL_ETH_ReadPHYRegister()和HAL_ETH_WritePHYRegister()函数来完成对PHY芯片寄存器的读写操作。当我们在LAN8720初始化的中并没有看到我们直接操作PHY的寄存器，原因就在这里当我们调用HAL_ETH_Init()函数以后就会根据我们输入的参数配置LAN8720的相应寄存器。

偏移地址：0x01

BSR寄存器为LAN8720的状态寄存器，通过读取该寄存器的值我们可以得到当前的连接速度、双工状态和连接状态等功能。在ST官方以太网库中的HAL_ETH_Init()函数通过读取PHY的BSR寄存器来判断连接是否建立、自协商是否完成等信息，在stm32f4xx_hal_eth.c文件中多次使用到BCR和BSR寄存器。

偏移地址：0x1F

由于特殊功能寄存器不属于IEEE802.3规定的前16个寄存器，所以每个厂家的可能不同，这个需要用户根据自己实际使用的PHY芯片参照芯片的数据手册去修改，在stm32f4xx_hal_conf.h文件中定义。

在LAN8720的特殊功能寄存器中我们关心的是bit2~bit4这三位，因为通过这3位来确定连接的状态和速度。在HAL_ETH_Init函数中通过读取这3位的值来设置BCR寄存器的bit8和bit13。

注意！ST以太网库中默认使用的PHY芯片为DP83848，所以我们要根据实际所使用的PHY芯片来修改对应的宏定义，代码如下：

/* Section 4: Extended PHY Registers */

#define PHY_SR ((uint16_t)0x1F)//PHY特殊功能寄存器地址

#define PHY_SPEED_STATUS ((uint16_t)0x0004) //PHY速度掩码
#define PHY_DUPLEX_STATUS ((uint16_t)0x0010) //PHY双工状态掩码

通过以上代码可以看出定义了PHY_SR，读取PHY_SR中的值与PHY_SPEED_STATUS和PHY_DUPLEX_STATUS进行计算来得到速度值和双工状态。