飛騰E2000板載乙太網適配

e20005.4.18macbyt8521

飛騰E2000嵌入式板卡的MAC晶片對應linux通用macb驅動，外接YT8521 PHY晶片。飛騰在5.10核心上進行過適配，現將其移植到麒麟5.4核心。

本文參考資料：
飛騰5.10核心原始碼
 飛騰E2000乙太網驅動註冊和使用簡介
飛騰騰瓏E2000軟體程式設計手冊V0.6.pdf
YT8521S初始化設定相關ver2.1.pdf
YT8521SH-CA_YT8521SC-CA_Datasheet_v1.02.pdf

1. 裝置樹移植

phy-mode為MAC晶片與PHY晶片物理層的連線方式，這涉及到真實的物理連線方式，本文所用的硬體採用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驅動移植

飛騰5.10 macb驅動無法直接替換麒麟5.4 macb驅動，因此需要進行手動移植。
根據裝置樹知道硬體通過cdns,phytium-gem-1.0進行匹配，因此需要在macb_dt_ids中新增cdns,phytium-gem-1.0條目，並將phytium_gem1p0_config移植到麒麟5.4核心中。

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 },
	...
}

由於麒麟5.4 macb驅動與飛騰5.10 macb驅動有所差別，僅移植以上部分還不夠。
根據phytium_gem1p0_config的定義，其中包含了.sel_clk_hw = phytium_gem1p0_sel_clk,但在麒麟5.4 macb驅動中並未定義和使用phytium_gem1p0_sel_clk函數。
檢視飛騰5.10核心phytium_gem1p0_sel_clk函數實現及呼叫，發現當caps & MACB_CAPS_SEL_CLK成立時該函數才會被呼叫，並且在麒麟5.4核心中存在功能等價的替代函數phytium_gem_sel_clk,該替代函數只有caps & MACB_CAPS_SEL_CLK_HW成立時才被呼叫。

飛騰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);
... ...
}

綜上，最終驅動的移植方案是使用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. 網路連通性偵錯

macb驅動移植成功之後，網路順利UP，但無法ping通.
netstat -i可以看到存在RX-OK、TX-OK計數，並且計數正常累加。這裡基本可以說明MAC層收發是正常的。
利用tcpdump抓包發現，雖然TX-OK正常累加，但對端陪測機無法抓到被測機所發的任何封包,被測機能抓到陪測機發的封包，基本確定網路只能收不能發。

3-1. MACB驅動環回測試

飛騰騰瓏E2000軟體程式設計手冊V0.6.pdf中，乙太網基地址如下：

mac基址

在0x00 network_control暫存器中bit1為本地環回暫存器，將該bit位置1。

0x00 network_control

devmem2  $((0x32010000+0x00)) h #讀0x00暫存器的值
0x1c
devmem2  $((0x32010000+0x00)) h 0x1e #寫0x00暫存器，將bit1置1.

進行ping環回抓包測試，測試通過，排除MAC層異常。

3-2. YT8521 PHY工作模式及電壓確認

硬體工作模式

電壓

phy的工作模式和電壓與硬體強相關，可以通過讀取0xa001擴充套件設定暫存器，確認phy工作模式與實際物理連線是否一致。

0xa001 擴充套件設定暫存器

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

0xa001暫存器的值為0x8140，因此phy的工作模式設定為UTP_TO_RGMII，電壓為3.3v。

3-3. YT8521 PHY環回測試

在YT8521SH-CA_YT8521SC-CA_Datasheet_v1.02.pdf中PHY環回暫存器中，0x00基本控制暫存器bit14位元是環回使能位。

0x00 Basic Control Register

需要說明的是在進行環回測試時，需要將PHY Autonet_En關閉，否則網口無法UP。

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

這裡phy 環回測試未通過，可以確定PHY未將資料傳送出去，問題在PHY層傳送方向。

3-4. YT8521 PHY tx delay調整

RGMII模式下，MAC負責提供TX時鐘，PHY提供RX時鐘。通過macb驅動確認1000M頻寬下tx時脈頻率為125MHz，確認時脈頻率正常。

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");
}

檢視tx clk delay，讀取0xa003暫存器，千兆頻寬tx clk delay時延由bit3:0提供。

0xa003

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

0xa003 bit3:0 預設為1，時延150ps，根據YT8521S初始化設定相關ver2.1.pdf資料，業內預設rgmii模式下tx clk delay預設為750ps。

phy delay

修改0xa003暫存器為750ps，千兆依然不通，從150ps增加到450ps時，可以ping通，但存在丟包的情況，繼續增加時延到1200ps(8*150ps)時，可以ping通，ping未看到丟包，千兆頻寬測試正常。

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

附：

時鐘精度（Frequency Tolerance）:時鐘精度一般是25℃下測量額時鐘相對於標準頻率的偏差，單位ppm（百萬分之一），例如測得精度為±15ppm，時脈頻率為25MHz，週期為1/25MHz=40ns，精度偏差為40ns×（±15/1000000）=0.6ps
時鐘溫漂（Frequency versus Temperature Characteristics）：由於晶振材料和工藝限制，致使時鐘在不同的溫度下精度會有較大偏差，單位也為ppm。例如溫漂為±100ppm，時脈頻率為25MHz，週期為1/25MHz=40ns，精度偏差為40ns×（±100/1000000）=4ps
時鐘抖動（Jitter）：晶振源固有的噪聲和干擾通常會帶來時鐘訊號的週期性偏差。單位一般為ps