STM32 以太网接口硬件设计全方案：从 PHY 选型到硬件协议栈

1. 引言#

在工业物联网（IoT）和自动化控制领域，STM32 凭借其强大的外设性能成为主流选型。然而，以太网接入一直是硬件设计的难点：有的 STM32 芯片内置了 MAC，有的则完全没有网络外设。如何根据应用场景选择最经济、稳定的以太网接口方案？本文将深度解析 STM32 以太网设计的几种主流路径。

在深入选型前，必须理解以太网通信的两个核心层：

STM32 芯片通常分为两类：

内置 MAC 的型号（如 STM32F107, F407, F7 系列）：只需外接一个 PHY 芯片 即可，通过 MII 或 RMII 接口连接。
不带网络外设的型号（如 STM32F103, L0 系列）：需要外接 集成了 MAC+PHY 的独立控制器，通常通过 SPI 或 FSMC 并行总线连接。

适用对象： STM32F407/F746 等带有以太网外设的芯片。

代表芯片： LAN8720A / DP83848 / RTL8201。
接口方式： RMII（精简媒体独立接口，仅需 7-9 根线）。
优点： 成本最低（PHY 芯片极便宜），吞吐量大（可接近 100Mbps 物理极限）。
挑战： 必须在 STM32 中运行 LwIP 或 FreeRTOS-TCP 等软件协议栈，占用大量 Flash 和 RAM 资源，且开发周期较长。

适用对象： 所有 STM32 型号，尤其适用于主频较低、内存较小的芯片。

适用对象： 系统没有内置 MAC，但开发者仍想使用软件协议栈的情况。

代表芯片： ENC28J60 (10M), DM9000 (100M)。
接口方式： SPI (ENC28J60) 或并行总线 (DM9000)。
现状： ENC28J60 功耗大且仅支持 10Mbps，目前在 STM32 开发中已逐渐被 W5500 取代；DM9000 则因占用过多 IO 口，在小型嵌入式系统中应用较少。

在设计 PCB 时，以太网属于高速差分信号，必须注意：

差分走线： TX+/TX- 和 RX+/RX- 必须严格平行走线，阻抗控制在 100Ω ±10%。
网络变压器（Transformer）： 必须在 PHY 芯片与 RJ45 座子之间加入变压器（或直接使用带变压器的集成 RJ45 座），提供 1.5kV 的电气隔离保护。
时钟同步： * RMII 模式通常需要 50MHz 时钟。建议由 PHY 芯片产生 50MHz 输出给 STM32，或者使用独立有源晶振，以减少相位抖动。

为了方便大家快速决策，可以参考下表：

STM32 以太网设计并非只有一种答案。如果你的项目对数据实时性要求极高且团队有 LwIP 调试经验，RMII + PHY 是标准工业方案；如果你希望在一周内实现稳定的联网功能，且不希望被复杂的 TCP 握手逻辑困扰，W5500 硬件协议栈 方案无疑是当下的最优解。