MC9S12NE64的EMAC实现了数据链路层的功能，提供将一台设备的网络层数据传输至另一台设备的机制。EMAC主要负责数据的传输，具有10Mbps/100Mbps的传输能力。在数据传输之前，EMAC自动对以太帧进行封装：添加帧的前导位、帧起始位以及CRC校验码。此外，EMAC具有MAC地址识别和滤波功能，并能进行错误检测。在半双工模式下，EMAC采用载波多路访问和冲突检测(CSMA/CD)机制；在全双工模式下，可采用流量控制机制。因此，EMAC模块的初始化应该是包括这些功能在内的初始化，它可以通过读写EMAC模块提供的21个寄存器来实现。

1.EMAC模块的编程寄存器

MC9S12NE64的EMAC模块一共包括21个寄存器，占用48个字节。寄存器地址由基址和偏移量构成，基址由MCU决定NE64芯片中此基地址为$0140，偏移量在$00~$2F之间，地址=基地址+偏移量。EMAC模块存储器映射如表所示。

 

(1) 网络控制寄存器（Network Control，NETCTL）

该寄存器的地址为：$0140。通过该寄存器可以使能EMAC、外部PHY以及双工模式等。需要注意的是：必须在设置EMACE之前设置MLB或EXPHY，即至少分两次写该寄存器才能完成。当设置MLB或EXPHY时，必须断开内部或外部PHY连接，避免在端口配置逻辑时MII上产生干扰。

D7—EMAC使能位，可读/写。当数据正在传输时（TXACT=1），不能修改该位。  =1，允许接收和发送数据；一旦置该位=0，则EMAC接收器和发送器立即停止。任何在处理过程中的接收操作均被丢弃，任何PAUSE定时器均被清空。EMACE与MII管理功能无关。

D4—WAIT模式下EMAC使能位，可读/写。当数据正在传输时（TXACT=1）或MII忙（BUSY=1）时，不能通过置该位进入WAIT模式。ESWA=1，在WAIT模式下禁止EMAC；ESWA=0，在WAIT模式下EMAC正常工作。

D3—外部PHY设置位，该位在硬件或软件复位之后，只能写一次，但是用户不能当EMACE=1或BUSY=1时修改该位。EXTPHY=1，使用外部PHY，此时所有外部的EMAC MII I/O可使用；EXTPHY=0，使用内部PHY，此时所有内部的MII接口可使用。

D2—MAC循环位，该位在硬件或软件复位之后，只能写一次，但是用户不能当EMACE=1或BUSY=1时修改该位。当处于循环模式时，接收器的帧识别算法仍然有效，那些不满足算法的发送帧会被接收器丢弃。MLB=1，EMAC进入循环模式，发送数据直接进入内部接收器，禁止MII；MLB=0，正常操作。

D1—双工设置位，可读/写。当数据正在传输时（TXACT=1），不能修改该位。FXD=1，EMAC为全双工模式，帧的传送和接收是相互独立的，该模式下可以启用流量控制；FXD=0，EMAC为半双工模式，帧的发送和接收不能同时进行，该模式下可以使用CSMA/CD协议进行冲突和网络访问的管理。

(2) 接收控制和状态寄存器（Receive Control and Status，RXCTS）

该寄存器的地址为：$0143。通过该寄存器可以判断接收器的状态，设置是否进行流量控制以及设置EMAC可以接收何种地址的帧。

D7—接收器状态位，只读。RXACT=1，接收器正忙，当MII_RXDV有效时，该位置1；RXACT=0，接收器空闲，当MII_RXDV无效后且EMAC已经处理完接收帧，该位置0。

D4—流量控制使能位，可读/写。当EMAC=1时，不能修改该位。RFCE=1，接收器检测到了PAUSE帧（只适用于全双工模式）。一旦接收到PAUSE帧，发送器将停止发送数据帧，停止的时间在接收到的帧内给出。每接收到有效的PAUSE帧，PAUSE定时计数器就会更新数值。RFCE=0，忽略接收到的PAUSE控制帧。

D2—帧地址混合模式位，可读/写。当EMAC=1时，不能修改该位。当接收器忙时修改该位，可能会影响滤波结果。PROM=1，地址识别滤波不起作用，无论帧的目的地址是什么，所有帧都被接收；PROM=0，EMAC将按照CONMC位和BCREJ位的设置接收相应的地址帧。

D1—条件组播地址接收设置位，可读/写。当EMAC=1时，不能修改该位。当接收器忙时修改该位，可能会影响滤波结果。CONMC=1，用组播hash表检查所有接收到的组播地址帧；CONMC=0，接收所有组播地址帧。

D0—广播帧地址接收设置位，可读/写。当EMAC=1时，不能修改该位。BCREJ=1，拒绝所有广播地址帧，只接收唯一帧；BCREJ=0，接收所有广播地址帧。

(3) 发送控制和状态寄存器（Transmit Control and Status，TXCTS）

该寄存器的地址为：$0144。通过该寄存器可以判断发送器的状态，设置流量控制功能，设置以太帧操作命令等。

D7—发送器状态位，只读。该状态位反应EMAC发送器是否忙。TXACT=1，发送器忙。当TCMD中写入有效命令时，TXACT=1；TXACT=0，发送器空闲。当EMAC完成了帧的发送，则TXACT=0。

D5—载波监听丢失标志位，可读/写。该位保证了帧正常发送，并且无需软件重试。向该位写1则清除该位，写0无影响。CSLF=1，载波监听丢失（半双工模式）或在无冲突的传输过程（不包括帧前导位）中没有发生载波监听；CSLF=0，没有检测到载波监听丢失。

D4—PAUSE帧定时器寄存器控制位，可读/写。PTRC =1，可以对PTIME寄存器进行写操作，从而更新PAUSE的持续时间，该时间单位为512位时间；PTRC =0，可以对PTIME寄存器进行读操作，获取接收器接收到PAUSE帧后，还余留持续时间，单位为512位时间。此时对PTIME写操作对其无影响。

D3—时间片设置位，可读/写。SSB=1，单个以太网时间片；SSB =0，随机backoff算法时间。

D1、D0—发送命令位，只写。通过这两位可以发送3个不同的命令：START，PAUSE和ABORT。START表示开始发送在发送缓冲区的帧；PAUSE表示发送一个由硬件产生的PAUSE帧；如果错误的CRC校验码添加到帧尾以及MII_TXER=1，ABORT命令可以中止任何帧发送。如果TXACT=1，START和PAUSE命令被忽略；如果接收到PAUSE命令，则START命令帧被悬挂直到PAUSE帧持续时间结束；在PAUSE帧持续时间，如果没有START命令被悬挂，EMAC帧可以发送一个控制PAUSE帧。

TCMD=0，保留，忽略；

TCMD=1，START，启动发送缓冲区帧；

TCMD=2，PAUSE，启动pause帧（只适用全双工）；

TCMD=3，ABORT，取消发送。

(4) 以太帧类型控制寄存器（Ethertype Control，ETCTL）

该寄存器的地址为：$0145。通过该寄存器可以设置EMAC可以接收哪些类型的帧。当EMAC=1时，不能修改该寄存器值。当接收器忙时修改该寄存器，可能会影响滤波结果。

如果ETCTL寄存器中的每位均为1，则可以接收所有类型的帧。相反，该寄存器中表示某种类型的位为0，则该类型的帧被滤波。

D7—可编程以太帧类型，FPET=1，接收ETYPE寄存器中设置的类型帧；FPET=0，忽略ETYPE寄存器中设置的类型帧。

D4—Emware类型帧（0x8876），FEMW =1，接收Emware类型帧；FEMW =0，忽略Emware类型帧。

D3—网际协议6类型帧（0x86DD），FIPV6=1，接收IPv6类型帧；FIPV6 =0，忽略IPv6类型帧。

D2—地址解析协议类型帧（0x0806），FARP =1，接收ARP类型帧；FARP=0，忽略ARP类型帧。

D1—网际协议4类型帧（0x8600），FIPV4=1，接收IPv4类型帧；FIPV4 =0，忽略IPv4类型帧。

D0—IEEE802.3长度域以太帧（长度在0x0000～0x05DC），FIEEE=1，接收该长度范围的帧；FIEEE=0，忽略该长度范围的帧。

(5) 可编程以太帧类型寄存器（Programmable Ethertype，ETYPE）

该寄存器的地址为：$0146。它是16位寄存器，与ETCTL寄存器一起用于以太帧类型滤波。

(6) PAUSE帧定时和计数寄存器（PAUSE Timer Value and Counter，PTIME）

该寄存器的地址为：$0148。它是16位寄存器，控制PAUSE帧的持续时间，详细解释见TXCTS寄存器中PTRC位的解释。此外，无论PTRC为何值，接收到一个有效的PAUSE控制帧，将更新PAUSE定时计数器的值。

(7) 中断事件寄存器（Interrupt Event，IEVENT）

该寄存器的地址为：$014A。它是16位寄存器，包含了EMAC中的所有中断事件标志位，通过该标志可以判断发生了何种中断或者直接进入中断事件。该寄存器可读/写，向各个中断事件位写1将清除中断标志，写0无影响。

D15—接收流量控制中断标志位。RFCIF=1，表示在全双工模式下，接收到了流量控制帧，发送器停止发送数据；RFCIF=0，正常发送数据。

D13—接收帧过长错误标志位。BREIF=1，表示接收到的帧长度大于MAXFL的值，产生出错中断；否则正常通信。

D12—接收帧错误标志位。RXEIF=1，表示接收帧的长度不匹配、队列出错或者CRC出错；否则数据正确。

D11—接收缓冲区A溢出中断标志位。RXAOIF=1，表示接收缓冲区A发生溢出；否则正常。

D10—接收缓冲区B溢出中断标志位。RXBOIF=1，表示接收缓冲区B发生溢出；否则正常。

D9—A缓冲区接收完成标志位。RXACIF=1，表示接收缓冲区A接收数据完成；否则表示接收帧还未被确认有效。

D8—B缓冲区接收完成标志位。RXBCIF=1，表示接收缓冲区B接收数据完成；否则表示接收帧还未被确认有效。

D7—MII管理传输完成中断标志位。MMCIF=1，表示MII管理传输完成，否则表示MII管理传输正在进行或者无请求。

D5—滞后冲突中断标志位。LCIF=1，表示在半双工模式下，在512位时间的冲突窗口之后发生了中断，否则表示没有发生该中断。

D4—过量冲突中断标志位。ECIF=1，表示在半双工模式下，冲突次数超过了最大重发次数15，此时该帧被丢弃，必须启动START命令重新发送。ECIF=0，表示冲突数量未超过15次。

D1—帧发送完成中断标志位。TXCIF=1，表示帧发送完成，否则表示发送还未确认。

(8) 中断屏蔽寄存器（Interrupt Mask，IMASK）

该寄存器的地址为：$014C。它是16位寄存器，包含了IEVENT中的所有中断事件的使能位，它们的每位含义相同。该寄存器可读/写，位值=1，表示允许中断，位值=0，表示禁止中断。

(9) 软复位寄存器（Software Reset，SWRST）

该寄存器的地址为：$014E。它主要实现EMAC软复位功能，当BUSY=1时，不能修改该位。

D7—EMAC软复位，有关EMAC的所有逻辑被初始化，所有EMAC寄存器被复位。任何正在进行的发送和接收操作全部结束。MACRST=1，复位EMAC；MACRST=0，正常操作。

(10) MII管理PHY地址寄存器（MII Management PHY Address，MPADR）

该寄存器的地址为：$0150。该寄存器的D4~D0位可以对32个与其连接的PHY设备进行编号。复位值为 0，表示内部PHY的编号，当然也可以通过此寄存器改变该值。

(11) MII管理寄存器地址寄存器（MII Management Register Address，MRADR）

该寄存器的地址为：$0151。该寄存器的D4~D0位可以对32个MII管理寄存器设置地址。

(12) MII管理写数据寄存器（MII Management Write Data，MWDATA）

该寄存器的地址为：$0152。它是16位寄存器，可以通过该寄存器将数据写入MII寄存器。

(13) MII管理读数据寄存器（MII Management Read Data，MRDATA）

该寄存器的地址为：$0154。它是16位寄存器，只读，可以通过该寄存器读出MII寄存器数据。读操作必须在MMCIF=1时数据才有效。

(14) MII管理命令和状态寄存器（ MII Management Command and Status，MCMST）

该寄存器的地址为：$0156。

D7、D6—操作码位，可读/写，2位。OP=10，将产生读帧操作；OP=01，将产生写帧操作；如果为其他组合的值均无意义。需要注意的是，这些操作必须在BUSY=0时才能进行。如果MDCSEL=0，OP写被忽略，这2位读出值始终为00。

D5—操作状态位，只读。BUSY=1，MII忙，当OP被写时该位置1；BUSY=0，MII空闲，当MMCIF=1时该位置0。

D4—前导设置位。根据IEEE802.3标准，如果PHY层不需要前导位，那么MII管理接口可以不发前导位。NOPPRE=1，无前导位；NOPPRE=0，32位前导位。

D3～D0—管理时钟频率设置位，可读/写，4位。该时钟用于MII管理传输，当MDC空闲时保持低电平。MDC频率的计算公式如下：

MDC频率=总线时钟/（2* MDCSEL）

根据IEEE的 MII 规范，MDCSEL的设置值必须使得MDC的时钟频率小于或等于2.5MHz，且MDCSEL不能为0。下面举例计算MDCSEL值。假设总线频率为25 MHz，需要MDC的频率为2.5MHz，则MDCSEL=总线时钟/（MCD频率*2）=25 MHz/（2.5MHz*2）=5。

(15) 以太网缓冲区配置寄存器（Ethernet Buffer Configuration，BUFCFG）

该寄存器的地址为：$0158。它是16位寄存器，主要设置以太帧发送接收缓冲区的大小和存储分配，复位值不全为0。

D14～D12—缓冲区大小和起始地址映射位，3位。复位之后且EMACE=0，该值才能且只能写一次。表15-4是缓冲区映射配置。

D10～D0—允许接收最大帧长度位，11位。当EMACE=1时，不能改变这些位的值。MAXFL设置值的单位为字节，如果接收帧长度超过MAXFL值会发生帧过长事件。如果写入的数据小于64则被置64，如果写入的数据大于1518则被置1518。

(16) 接 收 缓 冲 区 A 帧 结束 指 针 寄 存器 （ Receive A End-of-Frame Pointer ，RXAEFP）

该寄存器的地址为：$015A。它是16位只读寄存器，高位D15~D11无意义。RXAEFP位为D10~D0，指出写到接收缓冲区A的最后一个字节的地址偏移量。当RXACIF=1时，RXAEFP的值才有效。

(17) 接收缓 冲区 B帧 结 束指针 寄存 器（ Receive B End-of-Frame Pointer，RXBEFP）

该寄存器的地址为：$015C。它是16位只读寄存器，高位D15~D11无意义。RXBEFP位为D10~D0，指出写到接收缓冲区B的最后一个字节的地址偏移量。当RXBCIF=1时，RXBEFP的值才有效。

(18) 发送缓冲区帧结束指针寄存器（Transmit End-of-Frame Pointer，TXEFP）

该寄存器的地址为：$015E。它是16位寄存器，高位D15~D11只读无意义。TXEFP位为 D10~D0，可读 /写，指出写到发送缓冲区的最后一个字节的地址偏移量。当TXACT=1时，不能TXEFP的值。

(19) 组播HASH表寄存器（Multicast Hash Table，MCHASH）

该组寄存器的地址为：$0160~$0166。每个寄存器为16位，对接收到的组播帧进行地址识别处理。Hash表算法计算如下：48位目的MAC地址映射到64位中的1位上。将48位地址进行32位CRC计算，取出最高6位（该值在0～63之间）。当接收到的组播帧按照该算法计算的结果在MCHASH对应的位被置1，则接受该帧。

(20) MAC地址寄存器（MAC Unicast Address，MACAD）

该组寄存器的地址为：$0168~$016C。每个寄存器为16位，复位后只能写一次，EMAC地址必须是唯一的。EMAC地址通常固化在非挥发性内存中，用户软件初始化时被拷贝到MAC地址寄存器。

(21) 杂项寄存器（Miscellaneous，EMISC）

该寄存器的地址为：$016E。它是16位寄存器，包括2个字段域：INDEX（D15~D13）和MISC（D10~D0）。该寄存器主要给出EMAC使用的内部计数器个数。INDEX域可读/写，MISC只读。

INDEX：MISC的索引位，用于选择何种计数器将在MISC位上读出。

2.EMAC模块收发器

NE64有2个接收缓冲区和一个发送缓冲区，在初始化的时候定位在RAM空间中，起始地址和缓冲区大小由BUFCFG寄存器的BUFMAP段定义。接收缓冲区中存放以太帧的目的MAC地址、源MAC地址、长度/类型、数据域和CRC校验段。而发送缓冲区与接收缓冲区相比不包含CRC校验段，这个段在发送时由发送器自动添加。

接收以太帧首先要使能EMAC模块，这样一旦缓冲区A和缓冲区B中的一个完成中断标志被清零就开始接收以太帧。如果两个缓冲区都为空则以太帧优先放在缓冲区A中。当缓冲区完成中断标志都被置位时，即无空闲的接收缓冲区，这时不接收以太网数据。

其次，接收以太帧首先需要通过地址匹配。如果接收模式设为混杂模式，将接收所有以太帧。本书将接收模式设置为非混杂模式接收所有广播地址帧，组播地址帧以及唯一地址帧。

单播（Unicast）传输在发送者和每一接收者之间实现点对点网络连接。如果一台发送者同时给多个的接收者传输相同的数据，也必须相应的复制多份的相同数据包。

如果有大量主机希望获得数据包的同一份拷贝时，将导致发送者负担沉重、延迟长、网络拥塞；为保证一定的服务质量需增加硬件和带宽。

组播（Multicast）传输在发送者和每一接收者之间实现点对多点网络连接。如果一台发送者同时给多个的接收者传输相同的数据，也只需复制一份的相同数据包。它提高了数据传送效率。减少了骨干网络出现拥塞的可能性。

广播（Broadcast）传输是指在IP子网内广播数据包，所有在子网内部的主机都将收到这些数据包。广播意味着网络向子网每一个主机都投递一份数据包，不论这些主机是否乐于接收该数据包。所以广播的使用范围非常小，只在本地子网内有效，通过路由器和交换机网络设备控制广播传输。

最后，要进行长度/类型位的匹配，满足了设定的条件时才将以太帧放入接收缓冲区，包括是否接收ARP帧、Ipv4、Ipv6和长度信息等。

这些功能在EMAC正确初始化设置后由模块自动完成。下列情况会产生EAMC模块接收错误，当接收错误中断允许时置接收错误中断标志位。

① 接收的以太帧长度超出1518个字节（包括以太帧首部及校验）；

② MII接口收到PHY模块发出的传输媒介错误；

③ 当长度/类型位的值等于46，而数据域的长度小于46个字节；

④ 以太帧CRC校验出错；