【分享】Xilinx MPSoC以太网调试思路

作者:付汉杰,hankf@xilinx.com,文章转载自:博客园

在嵌入式系统里,以太网是一个基本的接口,既用于调试,也用于数据传输。所以在单板调试过程中,以太网是一个基本的任务。如果以太网工作正常,也可以说是一个重要的里程碑。

Xilinx MPSoC支持多个网卡,应用成熟,下面是常见的调试思路。

1. 以太网硬件
以太网的硬件,分为两块,第一是MAC,第二是PHY。当然,在调试以太网以前,CPU和DDR、相关总线都要工作正常。MAC和PHY之间,有两个接口,第一是数据接口,可能是MII、GMII、RGMII、SGMII等;第二是管理接口,MDIO总线。数据接口用于传输数据。对RGMII而言,如果以太网工作在1000M,频率是125MHz;如果以太网工作在100M,频率是25MHz。MDIO是类似IIC的总线,MAC提供时钟MDC,数据线MDIO是双向的,既可以读PHY的寄存器,也可以写PHY的寄存器。
!Xilinx MPSoC RGMII信号](https://upload-images.jianshu.io/upload_images/22911878-ecedcfc816a786bd...)

2. 软件
2.1. Standalone代码
Xilinx在Xilinx\SDK\2018.3\data\embeddedsw\XilinxProcessorIPLib\drivers\emacps_v3_8\examples提供了测试代码xemacps_example_intr_dma.c。2018.3是版本号,请根据自己情况更改。xemacps_example_intr_dma.c的功能是初始化MAC和PHY,设置PHY为自环,发送一个包,再接收一个包,最后检查数据是否正确。如果代码不能退出,可能是发送失败,或者没有收到包。代码缺省配置MAC和PHY为1000M。

2.2. UBoot代码
UBoot下,MAC的驱动代码是drivers\net目录下的macb.c。
PHY的驱动代码是drivers\net\phy目录下的phy.c,以及厂家相关代码,比如ti.c。

2.3. Linux代码
Linux下,MAC的驱动代码是drivers\net\ethernet\cadence目录下的macb_main.c、macb_ptp.c。
PHY的驱动代码是drivers\net\phy目录下的phy.c,以及厂家相关代码,比如dp83867.c。

2.4. 设备树
UBoot/Linux的驱动代码需要设备树提供一些参数。其中一个必须的参数是PHY的地址。下面代码是U-Boot 2019.1里zynqmp-zcu102-revB.dts文件里关于Phy的设置。它指定了PHY的地址0xc。其它参数是Phy的参数,设置原因请参考PHY手册。
&gem3 {
phy-handle = ;
phyc: phy@c {
reg = ;
ti,rx-internal-delay = ;
ti,tx-internal-delay = ;
ti,fifo-depth = ;
ti,dp83867-rxctrl-strap-quirk;
/* reset-gpios = ; */
};
/* Cleanup from RevA */
/delete-node/ phy@21;
};

3. 调试流程
调试时,先确保硬件工作正常。需要软件配合时,Standalone代码最简单,因此最好修改Standalone代码来配合硬件调试。

3.1. 检查MDIO
让软件发起PHY寄存器的读写操作,检查MDC/MDIO是否有跳变及其信号质量。

3.2. 检查PHY
让软件读PHY的ID等寄存器,对照手册,看寄存器值是否正确。如果不对,可能是PHY的地址错误。也可以从0到31尝试PHY的地址,读取PHY的ID。读到正确的ID,就说明PHY的地址对了。

3.3. 测试自协商
连接单板和电脑,电脑分别配置成自协商、1000M、100M、10M。让软件读PHY寄存器的自协商结果寄存器,检查单板侧PHY自协商的结果。

3.4. RGMII时钟
对RGMII而言,TX_Clk是MAC发出的,RX_Clk是PHY发出的。如果没有时钟,MAC自环也会有问题。需要确保TX_Clk、RX_Clk正常。

3.5. MAC自环测试
network_control寄存器的bit 1是loopback_local,用于使能本地自环。在测试数据收发之前,可以先设置loopback_local,再进行发送、接收测试。
在Standalone代码下,调用函数EmacPsUtilEnterLocalLoopback()可以完成这个操作。
建议创建一个Standalone的工程,把xemacps_example_intr_dma.c复制到工程中。再在xemacps_example_intr_dma.c中调用EmacPsUtilEnterLocalLoopback()设置本地自环,完成MAC自环测试。

3.6. PHY自环测试
在Standalone代码下,函数EmacPsUtilEnterLoopback()会设置PHY为自环模式。它调用XEmacPsDetectPHY()检测PHY的地址,在读取PHY的ID,并根据ID判断PHY的厂家是Marvell或者Ti,再调用对应的函数设置PHY为自环模式。对于ZCU102单板,会调用EmacPsUtilTiPhyLoopback()。
建议创建一个Standalone的工程,把xemacps_example_intr_dma.c复制到工程中。如果PHY和Xilinx开发板型号一样,xemacps_example_intr_dma.c能够正常完成PHY自环测试。

3.7. 检查MAC统计计数寄存器
MAC提供了寄存器统计MAC的运行状态。其中最重要的两个寄存器是frames_txed_ok、frames_rxed_ok。frames_txed_ok的偏移是0x0108,表示成功发送的帧的数目。frames_rxed_ok的偏移是0x0158,表示成功接收的帧的数目。
在调试时,检查者两个寄存器,可以检查MAC的发送和接收的状态。

3.8. UBoot测试
在MAC自环和PHY自环测试成功后,可以在UBoot测试以太网,比如使用简单的ping命令。可以把对端的电脑,分别设置成1000M、100M、10M的情况,检查是否能够成功ping对端的电脑。下面是一个ping命令的例子。

uboot> setenv ipaddr 192.168.0.111
uboot> setenv serverip 192.168.0.100
uboot> ping 192.168.0.100
host 192.168.0.100 is alive

3.9. Linux测试
在MAC自环和PHY自环测试成功后,可以在Linux测试以太网,比如可以检查Linux启动后,能否通过DHCP得到IP地址,能否成功ping其它主机。同UBoot一样,也可以把对端的电脑,分别设置成1000M、100M、10M的情况,检查是否能够成功ping对端的电脑。

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