千兆网口Freescale ETSEC+ Marvell 88E1111 uboot Linux 驱动分析 - 下载本文

在连续两个?#25945;?#30340;uboot和Linux系统移植过程中,在千兆网口调试这块?#21152;?#21040;了很大的麻烦。由于寄存器数量庞大,千兆网口MAC和PHY内部结构复杂,MAC和PHY接口种类多,千兆以太网驱动的调试成了系统移植过程中最让人烦心的一个环节。就像火箭队,每次都让球迷无比揪心,不是输的窝囊,就是伤兵满营,现在新赛季又两连败了,打的比勇士还勇士,后场两个比?#19968;?#30246;的?#19968;錚?#24590;么防守。算了,不扯这么多了,今天要说的是网口MAC+PHY的一些原理和代码分析。(以Freescale的ETSEC和Marvell的88E1111为例。)

1 千兆以太网的物理层

千兆以太网的物理层分为物理编码子层PCS(Physical Coding Sublayer)、物理介质连?#24188;?#23618;PMA(Physical Medium Attachment)和物理介质相关子层PMD(Physical Medium Dependent)三层,如下图所示:

其中PCS子层负责8b10b编码,它可以把从GMII口接收到的8位并行的数据转换成10位并行的数据输出。因为10比特的数据能?#34892;?#22320;减小直流分量,降低误码率,另外采用8b10b编码便于在数据中提取时钟和进行首发同步。可以把PCS两头看成GMII接口和TBI接口。

PMA子层进一步将PCS子层的编码结果向各种物理?#25945;?#20256;送,主要是负责完成串并转换。PCS层以125M的速率并行传送10位代码到PMA层,由PMA层转换为1.25Gbps的串行数据流进行发送,?#21592;?#23454;际能得到1Gbps的千兆以太网传送速率。可以把PMA子层的两头分别看做TBI接口和SGMII接口。

PMD子层将对各种实际的物理?#25945;?#23436;成接口,完成真正的物理连接。由于1000BASE-X支持多种物理媒介,如光纤和屏蔽双绞线,它们的物理接口显然不会相同。有的要进行光电转换,有的要完成从不平衡到平衡的转换。PMD层将对这些具体的连接器作出规定。

2 Freescale 的ETSEC与PHY之间的接口

Freescale的MPC8314和P2020都自带了三速以太网控制器ETSEC,可以提供10M,100M,1000M三种速率的接口。当作为以太网时,需要外部的PHY芯片或者Serdes设备与其相连接。每个ETSEC都支持多标准的MII接口,总体结构如下图所示,可以提供GMII,RGMII,MII,RMII,RTBI,SGMII 六种接口,下图为从MPC8314 datasheet中截取的ETSEC的结构图。

如果CPU与PHY之间是GMII接口或RGMII接口,那么PHY将提供完整的PCS,PMA,PMD三层工作;如果CPU与PHY之间是RTBI接口,那么PCS层的工作在ETSEC中已经做完了,ETSEC中的TBI模块可以做PCS层的工作,PHY只需要做PMA和PMD的工作即可;如果CPU与PHY之间是SGMII接口,那么PHY只需要完成PMD的工作,ETSEC中的PCS由TBI完成,而PMA由CPU自带的Serdes模块完成。

3 BD表结构

在千兆以太网的驱动中,现在一般都使用一个叫BD表的东西来管理MAC层发送和接收的内存区域,如下图所示:

在IMMR?#25104;?#30340;寄存器空间中有两组寄存器TBASEn和RBASEn,分别为TxBD Ringn 和 RxBD Ringn的指针。MPC8314的ETSEC允许有8个TxBD Ring和8个RxBD Ring,他们都存放在内存的某个区域?#23567;?#27599;个Buffer Descriptor 都是有8个字节构成,两个字节的状态,两个字节的数据长度和四个字节的数据指针,这个指针指向内存的另一块地方,这才是真正存储发送接收数据的地方。Buffer Descriptor必须在网口初始化的时候初始化,并将自己的地址赋给TBASEn和RBASEn。

在网口驱动程序中可以看到,每个BD Ring中的BD数量是可变的(我们设为64),而他们之间并没有指针连接,只是一段连续的空间,顺序下来的,所谓的?#20998;?#26159;一个虚拟的概念,在最后一个BD时,需要将BD状态位中的W位(Wrap)置一,表示这是最后一个BD,他?#21335;?#19968;个BD就是第一个BD。如下图所示:

下面一节将结合uboot源码分析一下网口初始化以及PHY配置的过程,再下一节会分析内核中的驱动。为什么?#20154;祏boot,因为在我看来,驱动程序就是分为两个部分,1 按照Datasheet的说明去配置寄存器,2 添加符合操作系统规?#24230;?#34701;入操作系统。在uboot下系统很简单,代码一目了然,所以我们应该在boot下先把寄存器配置好,再去分析复杂的多的内核代码。 这节分析uboot中的网口驱动代码。 1 网口驱动函数列表 函数名 tsec_initialize() tsec_init() tsec_local_mdio_write() tsec_local_mdio_read() tsec_send() tsec_recv() tsec_configure_serdes() fsl_serdes_init() init_phy() adjust_link() 函数用途 网口初始化函数 网口启动函数 MDIO口写函数 MDIO口读函数 网口发送函数 网口接收函数 配置TBI PHY的函数 Serdes模块初始化函数 PHY初始化函数 根据PHY状态配置MAC的函数 2 tsec_initialize()函数

该函数为ETSEC的初始化函数,在该函数中要初始化eth_device结构和?#25509;?#30340;tsec_private结构,并初始化PHY。

int tsec_initialize(bd_t * bis, int index, char *devname) {

struct eth_device *dev; int i;

struct tsec_private *priv;

/*为dev分配空间*/

dev = (struct eth_device *)malloc(sizeof *dev); if (NULL == dev) return 0;

memset(dev, 0, sizeof *dev); /*为priv分配空间*/

priv = (struct tsec_private *)malloc(sizeof(*priv)); if (NULL == priv) return 0;

/*从tsec_info 数组中取合适的值去初始化?#25509;?#32467;构tsec_private*/ privlist[num_tsecs++] = priv;

priv->regs = tsec_info[index].regs; //每个tsec寄存器的基址 priv->phyregs = tsec_info[index].miiregs; //PHY MDIO?#21015;?#29366;态寄存器基址

/*TBI PHY的MDIO?#21015;?#29366;态寄存器基址*/

priv->phyregs_sgmii = tsec_info[index].miiregs_sgmii; priv->phyaddr = tsec_info[index].phyaddr; //PHY 地址 priv->flags = tsec_info[index].flags; priv->ID = index;

/*使用将priv结构体挂到dev结构体下,挂载tsec的打开、关闭、发送、

接收函数*/

sprintf(dev->name, tsec_info[index].devname); dev->iobase = 0; dev->priv = priv;





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