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飞腾E2000板载以太网适配

发布时间 2023-11-29 13:54:13作者: StepForwards

飞腾E2000板载以太网适配

e20005.4.18macbyt8521


飞腾E2000嵌入式板卡的MAC芯片对应linux通用macb驱动，外接YT8521 PHY芯片。飞腾在5.10内核上进行过适配，现将其移植到麒麟5.4内核。

本文参考资料：
飞腾5.10内核源码
飞腾E2000以太网驱动注册和使用简介
飞腾腾珑E2000软件编程手册V0.6.pdf
YT8521S初始化配置相关ver2.1.pdf
YT8521SH-CA_YT8521SC-CA_Datasheet_v1.02.pdf

1. 设备树移植

phy-mode为MAC芯片与PHY芯片物理层的连接方式，这涉及到真实的物理连接方式，本文所用的硬件采用rgmii模式。

注：rgmii模式下，tx clk由mac提供，rx clK由phy提供。

macb0: ethernet@3200c000 {
		compatible = "cdns,phytium-gem-1.0";
		reg = <0x0 0x3200c000 0x0 0x2000>;
		interrupts = <GIC_SPI 55 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>,
						<GIC_SPI 56 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>,
						...
						<GIC_SPI 30 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>,
						<GIC_SPI 31 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
		clock-names = "pclk", "hclk", "tx_clk", "tsu_clk";
		clocks = <&sysclk_250mhz>, <&sysclk_48mhz>, <&sysclk_48mhz>, <&sysclk_250mhz>;
		magic-packet;
		status = "okay";
		phy-mode = "rgmii";
        use-mii;
        };

2. MACB驱动移植

飞腾5.10 macb驱动无法直接替换麒麟5.4 macb驱动，因此需要进行手动移植。
根据设备树知道硬件通过cdns,phytium-gem-1.0进行匹配，因此需要在macb_dt_ids中新增cdns,phytium-gem-1.0条目，并将phytium_gem1p0_config移植到麒麟5.4内核中。

drivers/net/ethernet/cadence/macb_main.c:

static const struct macb_config phytium_gem1p0_config = {
	.caps = MACB_CAPS_GIGABIT_MODE_AVAILABLE |
			MACB_CAPS_JUMBO |
			MACB_CAPS_GEM_HAS_PTP |
			MACB_CAPS_BD_RD_PREFETCH |
			MACB_CAPS_SEL_CLK,
	.dma_burst_length = 16,
	.clk_init = phytium_clk_init,
	.init = phytium_init,
	.jumbo_max_len = 16360,
	.sel_clk_hw = phytium_gem1p0_sel_clk,
};

static const struct of_device_id macb_dt_ids[] = {
	...
	{ .compatible = "cdns,phytium-gem-1.0", .data = &phytium_gem1p0_config },
	...
}

由于麒麟5.4 macb驱动与飞腾5.10 macb驱动有所差别，仅移植以上部分还不够。
根据phytium_gem1p0_config的定义，其中包含了.sel_clk_hw = phytium_gem1p0_sel_clk,但在麒麟5.4 macb驱动中并未定义和使用phytium_gem1p0_sel_clk函数。
查看飞腾5.10内核phytium_gem1p0_sel_clk函数实现及调用，发现当caps & MACB_CAPS_SEL_CLK成立时该函数才会被调用，并且在麒麟5.4内核中存在功能等价的替代函数phytium_gem_sel_clk,该替代函数只有caps & MACB_CAPS_SEL_CLK_HW成立时才被调用。

飞腾5.10

drivers/net/ethernet/cadence/macb_main.c:
static void macb_mac_link_up(struct phylink_config *config,
			     struct phy_device *phy,
			     unsigned int mode, phy_interface_t interface,
			     int speed, int duplex,
			     bool tx_pause, bool rx_pause)
{
... ...
			if (bp->caps & MACB_CAPS_SEL_CLK)
					bp->sel_clk_hw(bp, speed);
... ...
}

麒麟5.4

static void macb_handle_link_change(struct net_device *dev)
{
... ...
                        if (bp->caps & MACB_CAPS_SEL_CLK_HW)
                                phytium_gem_sel_clk(bp);
... ...
}

综上，最终驱动的移植方案是使用phytium_gem_sel_clk + MACB_CAPS_SEL_CLK_HW替代phytium_gem1p0_sel_clk + MACB_CAPS_SEL_CLK如下：

drivers/net/ethernet/cadence/macb_main.c:

static const struct macb_config phytium_gem1p0_config = {
	.caps = MACB_CAPS_GIGABIT_MODE_AVAILABLE |
			MACB_CAPS_JUMBO |
			MACB_CAPS_GEM_HAS_PTP |
			MACB_CAPS_BD_RD_PREFETCH |
			MACB_CAPS_SEL_CLK_HW,
	.dma_burst_length = 16,
	.clk_init = phytium_clk_init,
	.init = phytium_init,
	.jumbo_max_len = 16360,
	//.sel_clk_hw = phytium_gem1p0_sel_clk,
};

static const struct of_device_id macb_dt_ids[] = {
	...
	{ .compatible = "cdns,phytium-gem-1.0", .data = &phytium_gem1p0_config },
	...
}

3. 网络连通性调试

macb驱动移植成功之后，网络顺利UP，但无法ping通.
netstat -i可以看到存在RX-OK、TX-OK计数，并且计数正常累加。这里基本可以说明MAC层收发是正常的。
利用tcpdump抓包发现，虽然TX-OK正常累加，但对端陪测机无法抓到被测机所发的任何数据包,被测机能抓到陪测机发的数据包，基本确定网络只能收不能发。

3-1. MACB驱动环回测试

飞腾腾珑E2000软件编程手册V0.6.pdf中，以太网基地址如下：

mac基址
mac基址

在0x00 network_control寄存器中bit1为本地环回寄存器，将该bit位置1。

0x00 network_control
0x00 network_control

devmem2  $((0x32010000+0x00)) h #读0x00寄存器的值
0x1c
devmem2  $((0x32010000+0x00)) h 0x1e #写0x00寄存器，将bit1置1.

进行ping环回抓包测试，测试通过，排除MAC层异常。

3-2. YT8521 PHY工作模式及电压确认

硬件工作模式
硬件工作模式

电压
电压

phy的工作模式和电压与硬件强相关，可以通过读取0xa001扩展配置寄存器，确认phy工作模式与实际物理连接是否一致。

0xa001 扩展配置寄存器
0xa001 扩展配置寄存器

root@kylin:/opt/phytool# ./phytool write eth1/0x0/0x1e  0xa001 && ./phytool eth1/0x0/0x1f
ieee-phy: reg:0x1f val:0x8140

0xa001寄存器的值为0x8140，因此phy的工作模式配置为UTP_TO_RGMII，电压为3.3v。

3-3. YT8521 PHY环回测试

在YT8521SH-CA_YT8521SC-CA_Datasheet_v1.02.pdf中PHY环回寄存器中，0x00基本控制寄存器bit14位是环回使能位。

0x00 Basic Control Register
0x00 Basic Control Register

需要说明的是在进行环回测试时，需要将PHY Autonet_En关闭，否则网口无法UP。

./phytool write eth1/0x0/0x00 0x4140
./phytool eth1/0x0/0x00

这里phy 环回测试未通过，可以确定PHY未将数据发送出去，问题在PHY层发送方向。

3-4. YT8521 PHY tx delay调整

RGMII模式下，MAC负责提供TX时钟，PHY提供RX时钟。通过macb驱动确认1000M带宽下tx时钟频率为125MHz，确认时钟频率正常。

drivers/net/ethernet/cadence/macb_main.c:
static void macb_set_tx_clk(struct clk *clk, int speed, struct net_device *dev)
{
... ...
        switch (speed) {
... ...
        case SPEED_1000:
                rate = 125000000;
                break;
        default:
                return;
        }

        rate_rounded = clk_round_rate(clk, rate);
        if (rate_rounded < 0)
                return;

        /* RGMII allows 50 ppm frequency error. Test and warn if this limit
         * is not satisfied.
         */
        ferr = abs(rate_rounded - rate);
        ferr = DIV_ROUND_UP(ferr, rate / 100000);
		
        if (ferr > 5)
                netdev_warn(dev, "unable to generate target frequency: %ld Hz\n",
                            rate);
        if (clk_set_rate(clk, rate_rounded))
                netdev_err(dev, "adjusting tx_clk failed.\n");
}

查看tx clk delay，读取0xa003寄存器，千兆带宽tx clk delay时延由bit3:0提供。

0xa003
0xa003

root@kylin:/opt/phytool# ./phytool write eth1/0x0/0x1e  0xa003 && ./phytool eth1/0x0/0x1f
ieee-phy: reg:0x1f val:0x00f1

0xa003 bit3:0 默认为1，时延150ps，根据YT8521S初始化配置相关ver2.1.pdf资料，业内默认rgmii模式下tx clk delay默认为750ps。

phy delay
phy delay

修改0xa003寄存器为750ps，千兆依然不通，从150ps增加到450ps时，可以ping通，但存在丢包的情况，继续增加时延到1200ps(8*150ps)时，可以ping通，ping未看到丢包，千兆带宽测试正常。

./phytool write eth1/0x0/0x1e  0xa003
./phytool write eth1/0x0/0x1f 0x00f8

附：

时钟精度（Frequency Tolerance）:时钟精度一般是25℃下测量额时钟相对于标准频率的偏差，单位ppm（百万分之一），例如测得精度为±15ppm，时钟频率为25MHz，周期为1/25MHz=40ns，精度偏差为40ns×（±15/1000000）=0.6ps
时钟温漂（Frequency versus Temperature Characteristics）：由于晶振材料和工艺限制，致使时钟在不同的温度下精度会有较大偏差，单位也为ppm。例如温漂为±100ppm，时钟频率为25MHz，周期为1/25MHz=40ns，精度偏差为40ns×（±100/1000000）=4ps
时钟抖动（Jitter）：晶振源固有的噪声和干扰通常会带来时钟信号的周期性偏差。单位一般为ps