SM32MCU支持的MAC地址Hash過濾

前言

網(wǎng)絡(luò)中傳遞著各種各樣的數(shù)據(jù)包，當設(shè)備連接到網(wǎng)絡(luò)后，為了減少對接收到的數(shù)據(jù)進行處理的負荷，就需要對設(shè)備接收到的數(shù)據(jù)包進行過濾。STM32MCU的以太網(wǎng)外設(shè)提供多種數(shù)據(jù)包過濾的模式?？梢愿鶕?jù)以太網(wǎng)幀的目標MAC 地址，源 MAC地址進行過濾，STM32H7系列還提供對 VLANtag和 IP地址，UDP/TCP端口的過濾。

拿 MAC地址過濾來說，SM32MCU支持：單播目標地址過濾，多播目標地址過濾，單播源地址過濾和廣播地址過濾。單播目標地址過濾和多播目標地址過濾又分為：Perfect地址過濾和 Hash地址過濾。

perfect地址過濾就是把接收到的以太網(wǎng)幀中的目標地址與 MAC地址寄存器中保存的地址進行比較，如果匹配，數(shù)據(jù)包就被接受，否則就被丟掉。還可以通過設(shè)置“反向過濾”，來翻轉(zhuǎn)過濾的結(jié)果，接收到的以太網(wǎng)幀中的目標地址與MAC地址寄存器中保存的地址如果不匹配，數(shù)據(jù)包就被接收，否則就被丟掉。

Hash地址過濾不是直接比較 MAC地址，而是計算目標 MAC地址的 CRC32值，取其高 6位作為索引去查詢 Hash表寄存器中對應(yīng)的值，來判斷是否接收該數(shù)據(jù)幀。Hash地址過濾的方法稍微復(fù)雜，本文接下來將基于STM32H743Nucleo板，通過具體的例程介紹如何實現(xiàn) Hash地址過濾。

MAC 地址Hash 過濾

過濾原理

在 Hash地址過濾模式下，以太網(wǎng) MAC通過一張 64位的 Hash表來進行過濾。這張表存儲在兩個 32位的寄存器中。STM32H743的寄存器 ETH_MACHT0R 保存著 Hash表的前 32位，ETH_MACHT1R中保存著 Hash表的后 32位值。

MAC接收到以太網(wǎng)幀后，會自動計算目標 MAC地址的 CRC值，然后用該 CRC值的高 6位，作為索引號去前面提到的 Hash表寄存器中查找對應(yīng)位，如果該位的值是 1，則收到的以太網(wǎng)幀通過。否則就丟掉。例如，計算出的 CRC高6位是 0，則對應(yīng) ETH_MACHT0R的 bit0，如果該位是 1，則通過。

在初始化的時候，應(yīng)該根據(jù)想要接收的目標 MAC地址，先設(shè)置好 ETH_MACHT0R和 ETH_MACHT1R寄存器的值。Hash地址過濾將 48位的 MAC地址，對應(yīng)到 6位的 Hash值，肯定會出現(xiàn)多個MAC地址對應(yīng)到一個 6位 Hash值的情況，所以這種過濾方式也被稱作 imperfect過濾模式。

Hash值的計算方法

Hash地址過濾模式，最關(guān)鍵的是如何計算6位的Hash值。在RM0433中介紹了 Hash的產(chǎn)生方法，具體如下：

1. 計算目標 MAC地址的 CRC32值。計算 CRC32的方法參見 IEEE802.3的第 3.2.8章中FCS的說明 。根據(jù)IEEE802.3中 CRC值的計算要求，和以太網(wǎng)幀中 MAC地址傳輸?shù)捻樞颍琈AC地址的 CRC值計算方法如下：

第一個 32位數(shù)據(jù)進行補碼運算

輸入的數(shù)據(jù)都進行按位反轉(zhuǎn)順序

進行 CRC32計算，多項式為 0x4C11DB7

對最終輸出數(shù)據(jù)進行補碼運算

2. 對第一步的計算值進行按位反轉(zhuǎn)順序

3. 取第二步計算值的高 6位

然后就可以根據(jù)計算出來的 Hash值，去設(shè)置 ETH_MACHT0R和 ETH_MACHT1R寄存器了。

MAC地址過濾的寄存器配置

目標 MAC地址過濾的寄存器配置見下表：

例程說明

下面我們將用一個例子來說明如何配置Hash地址過濾。

在該例程中，我們希望 STM32H743Nucleo板只接收廣播，發(fā)往自己的單播 MAC地址的消息，以及兩個特定多播MAC地址的消息。

單播 MAC地址為：00E100:00，

多播 MAC地址為：010d01:03和 01: 00: 5e: a8: 00: 0a。

例程中，我們需要做以下設(shè)置：

1.設(shè)置數(shù)據(jù)包過濾寄存器 ETH_MACPFR中相關(guān)位設(shè)置，使能單播perfect過濾，多播 Hash過濾，不屏蔽廣播消息。

2.將單播地址設(shè)置到 ETH_MACA0HR和 ETH_MACA0LR中，并使能該地址。那么所有發(fā)往00E100:00的單播數(shù)據(jù)包都能被收到，其他的單播數(shù)據(jù)包將被丟掉。

3.設(shè)置 Hash過濾表寄存器。在初始化以太網(wǎng)外設(shè)時，利用 STM32H743的 CRC外設(shè)自動計算 MAC地址的 CRC32值，再得到對應(yīng)的 Hash值，根據(jù)該值去初始化ETH_MACHT0R和 ETH_MACHT1R寄存器。H743Nucleo將可以接收發(fā)往 010d01:03和 01:00: 5e: a8: 00: 0a MAC地址的多播消息，其他的多播消息都被丟掉。

CRC外設(shè)初始化代碼：

計算并使能 HashMAC地址過濾的代碼：

運行結(jié)果

將附件的例程燒錄到H743Nucleo板，通過 XCAP連續(xù)發(fā)送下面的 6條消息。

包括：

兩條單播消息，目標MAC地址分別是：00E100:00和 020000:00。

三條多播消息,目標 MAC地址分別是：010d01:03，01: 00: 5e: a8: 00:0a和 010d01:ff。

一條廣播消息。

從程序的打印信息里可以看到，H743Nucleo板接收到了其中的 4條消息，MAC地址沒有設(shè)置的一條單播消息

（020000:00）和一條多播消息（010d01:ff）都被過濾掉了。

責任編輯：haq