xilinx uboot网卡驱动分析和一些概念扫盲

1、MAC控制器、网卡、PHY、MDIO、mii、gmii、rgmii概念扫盲

网卡在功能上包含OSI模型的两个层，数据链路层和物理层。物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等，并向数据链路层设备提供标准接口。数据链路层则提供寻址机构、数据帧的构建、数据差错检查、传送控制、向网络层提供标准的数据接口等功能。网卡中负责数据链路的芯片叫做MAC控制器，负责物理层的芯片叫做PHY。所以，一个网卡由MAC控制器和PHY组成。

MAC控制器与PHY连接使用MII（Medium independent interface）媒体独立接口，这个接口是IEEE-802.3定义的以太网行业标准定义的接口，包括一个数据接口和一个MAC和PHY之间的管理接口即MDIO。MII标准接口用于连接MAC和PHY，媒体独立表示不对MAC硬件重新设计或替换的情况下，任何类型的PHY设备接到当前MAC控制器上都可以正常工作。

MII支持10M和100M的网络速率，由于网卡的速率不同，所以在其他速率下工作的与MII等效的接口有：AUI（10M　以太网）、GMII（Gigabit　以太网）和XAUI（10-Gigabit　以太网）。此外还有RMII、RGMII、SMII、SGMII等。所有这些接口都是由MII而来。MII支持10兆和100兆的操作，一个接口由14根线组成。 RMII是简化的MII接口，在数据的收发上它比MII接口少了一倍的信号线。SMII是由思科提出的一种媒体接口，它有比RMII更少的信号线数目，S表示串行的意思。因为它只用一根信号线传送发送数据，一根信号线传输接受数据，所以在时钟上为了满足100的需求，它的时钟频率很高，达到了125兆，为什么用125兆，是因为数据线里面会传送一些控制信息。GMII采用8位接口数据，工作时钟125MHz，因此传输速率可达1000Mbps。同时兼容MII所规定的10/100 Mbps工作方式。RGMII又是GMII接口的精简版。SGMII又是GMII的串行版。

MAC控制器和PHY除了数据传输的交流外，MAC和PHY控制信息的交流通过MDIO（管理数据输入输出）接口来完成。具体MAC控制器进行PHY检测、MAC控制器回去PHY当前状态、MAC控制器控制PHY速率等操作就通过MDIO来完成。

2. xilinx uboot网卡驱动分析

xilinx网卡模式比较灵活，可以外接PHY芯片也可以用FPGA做PHY芯片。

以zynqmp_zcu102为例，在其dts中定义的网卡设备树为

&gem3 {

status = “okay”;

local-mac-address = ［00 0a 35 00 02 90］;

phy-handle = 《&phy0》;

phy-mode = “rgmii-id”;

phy0： phy@21 {

reg = 《21》;

ti，rx-internal-delay = 《0x8》;

ti，tx-internal-delay = 《0xa》;

ti，fifo-depth = 《0x1》;

};

};

uboot加载设备树种的信息创建device后，与driver匹配后执行zynq_gem_probe函数。

在uboot中管理整个网卡驱动的结构为

struct zynq_gem_priv {

struct emac_bd *tx_bd;

struct emac_bd *rx_bd;

char *rxbuffers;

u32 rxbd_current;

u32 rx_first_buf;

int phyaddr;

u32 emio;

int init;

struct zynq_gem_regs *iobase;

phy_interface_t interface;

struct phy_device *phydev;

int phy_of_handle;

struct mii_dev *bus;

};

由变量名可知，它包含了所有操作网卡需要的信息。

zynq_gem_probe（struct udevice *dev）函数中具体做的操作有：

priv-》rxbuffers = memalign（ARCH_DMA_MINALIGN， RX_BUF * PKTSIZE_ALIGN）; 为priv分配接收buffers

priv-》tx_bd = （struct emac_bd *）bd_space; //分配tx_bd的空间

priv-》rx_bd = （struct emac_bd *）（（ulong）bd_space + BD_SEPRN_SPACE）;//分配rx_bd的空间

priv-》bus = mdio_alloc（）;//分配mdio bus，主要是初始化了一个bus链表

priv-》bus-》read = zynq_gem_miiphy_read; //mdio总线读函数，用于读取phy信息

priv-》bus-》write = zynq_gem_miiphy_write;//mdio写总线函数

priv-》bus-》priv = priv;

strcpy（priv-》bus-》name， “gem”）;//总线名为gem

ret = mdio_register（priv-》bus）;//注册mdio，主要进行的操作是list_add_tail（&bus-》link， &mii_devs）;

return zynq_phy_init（dev）; //phy初始化

接下来看下 zynq_phy_init函数里干了啥。

zynq_phy_init（struct udevice *dev）

writel（ZYNQ_GEM_NWCTRL_MDEN_MASK， ®s-》nwctrl）;写MAC控制器寄存器，Enable MDIO bus

ret = phy_detection（dev）;//通过MDIO来检测phy，通过phyread函数检测正确的phy地址，如果没有检测到，zynq_phy_init将会退出，后面的初始化就不会有，网卡就不能使用，在调试的时候可以注意下这个过程。

priv-》phydev = phy_connect（priv-》bus， priv-》phyaddr， dev，priv-》interface）;