RK3568系列11——RTL-8201F/8211F芯片以太网配置

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　　本项目共设计了两块板子，一块采用RTL-8201F百兆PHY芯片，另一块采用RTL-8211F千兆PHY芯片，两者配置略有不同，基本原理相通。项目设计刚好采用了两种不同的方式，因此其配置方式可以互相参考。

预备知识

　　要使用以太网功能，需要有一个MAC层芯片以及一个PHY层芯片，USB有线网卡一般集成了两者因此可以直接使用，而RK3568则集成MAC层的功能，因此仅需要额外搭配一个PHY层芯片，即可实现以太网通信。PHY芯片需要被提供一个25Mhz工作时钟信号。除此之外MAC层芯片和PHY层芯片之间需要有一个同步时钟信号，可以由MAC给到PHY，亦可以由PHY给到MAC，由硬件电路设计及PHY芯片决定。

RTL-8201F百兆PHY芯片配置

原理图分析

  • LED1/PHYAD1(芯片第25脚)：被拉低，因此地址位1为0
  • LED0/PHYAD0(芯片第24脚)：被拉高，因此地址位0为1
  • PHY地址：从高到低[1:0]，因此地址位为0b01
  • RXD3/CLK_CTL(芯片第12脚)：被拉高，因此时钟方向为MAC(output)给PHY(input)
  • RXDV(芯片第8脚)：被拉高，因此使用RMII通信模式
  • RXEN/FXEN(芯片第28脚)：被拉低，因此是UTP(双绞线)模式

配置要点

  • 复位脚(RSET)：低电平有效，默认拉高
  • 项目百兆PHY工作时钟25Mhz由RK3568给出
  • 项目百兆PHY同步时钟由MAC给到PHY
  • GMAC1有M0或M1两个通道，注意选择

DTS配置

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&pinctrl {
    gmac1 {
        gmac1_reset: gmac1-reset {
            rockchip,pins = <3 RK_PD1 RK_FUNC_GPIO &pcfg_pull_up>;
        };
    };
};

&gmac1 {
    phy-mode = "rmii"; # RMII工作模式
    clock_in_out = "output"; # 同步时钟方向为MAC->PHY(这里output相对mac来说)

    # 由MAC给出同步时钟要额外分配<&cru CLK_MAC1_OUT>及<25000000>
    assigned-clocks = <&cru SCLK_GMAC1_RX_TX>, <&cru SCLK_GMAC1>, <&cru CLK_MAC1_OUT>; 
    assigned-clock-parents = <&cru SCLK_GMAC1_RMII_SPEED>;
    assigned-clock-rates = <0>, <50000000>, <25000000>;

    snps,reset-gpio = <&gpio3 RK_PD1 GPIO_ACTIVE_LOW>;
    snps,reset-active-low;
    snps,reset-delays-us = <200000 20000 300000>;


    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&gmac1m1_miim
             &gmac1m1_clkinout
             &gmac1m1_rx_bus2
             &gmac1m1_tx_bus2
             &gmac1m1_rx_er
             &eth1m1_pins # PIN脚使能25Mhz工作时钟功能，若使用外部晶震，可以删掉
             &gmac1_reset>;

    tx_delay = <0x30>;
    rx_delay = <0x10>;

    phy-handle = <&eth1>;
    status = "okay";
};

&mdio1 {
    eth1: phy@1 {
        compatible = "ethernet-phy-ieee802.3-c22";
        reg = <0x1>;
        clocks = <&cru CLK_MAC1_OUT>; # 使用MAC给出的时钟
    };
};

遇到的问题

  • 项目使用CPU给出的时钟，相应PIN脚功能未使能

RTL-8211F千兆PHY芯片配置

原理图分析

  • RXCTL/PHYAD2(芯片第26脚)：被拉低，因此地址位2为0
  • RXC/PHYAD1(芯片第27脚)：被拉低，因此地址位1为0
  • RXD3/PHYAD0(芯片第22脚)：被拉高，因此地址位0为1
  • PHY地址：从高到低[2:0]，因此地址位为0b001
  • LED0/CFG_EXT(芯片第32脚)：被拉高，因此外置电源域
  • LED1/CFG_LDO0(芯片第33脚)：被拉低，外置电源域3.3V，因此对应VCCIO配成3.3V
  • LED2/CFG_LDO1(芯片第34脚)：被拉低，外置电源域3.3V，因此对应VCCIO配成3.3V

配置要点

  • 复位脚(RSET)：低电平有效，默认拉高
  • 项目千兆PHY工作时钟25Mhz由外部晶震给出
  • 项目千兆PHY同步时钟只能由PHY给到MAC
  • GMAC1有M0或M1两个通道，注意选择

DTS配置

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&pinctrl {
    gmac1 {
        gmac1_reset: gmac1-reset {
            rockchip,pins = <3 RK_PD1 RK_FUNC_GPIO &pcfg_pull_up>;
        };
    };
};

# 定义PHY给出的同步时钟125Mhz
&gmac1_clkin {
    clock-frequency = <125000000>;
};

&gmac1 {
    phy-mode = "rgmii";
    clock_in_out = "input"; 同步时钟方向为PHY->MAC

    snps,reset-gpio = <&gpio3 RK_PD1 GPIO_ACTIVE_LOW>;
    snps,reset-active-low;
    /* Reset time is 20ms, 100ms for rtl8211f */
    snps,reset-delays-us = <0 20000 100000>;

    # SCLK_GMAC1来自外部时钟&gmac1_clkin
    assigned-clocks = <&cru SCLK_GMAC1_RX_TX>, <&cru SCLK_GMAC1>;
    assigned-clock-parents = <&cru SCLK_GMAC1_RGMII_SPEED>, <&gmac1_clkin>;
    assigned-clock-rates = <0>, <125000000>;


    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&gmac1m1_miim
                 &gmac1m1_tx_bus2
                 &gmac1m1_rx_bus2
                 &gmac1m1_rgmii_clk
                 &gmac1m1_rgmii_bus
                 &gmac1m1_clkinout
                 &gmac1_reset>;

    tx_delay = <0x42>; # 见后文Delayline配置
    rx_delay = <0x2c>; # 见后文Delayline配置

    phy-handle = <&eth1>;
    status = "okay";
};

&mdio1 {
    eth1: phy@1 {
        compatible = "ethernet-phy-ieee802.3-c22";
        reg = <0x1>;
    };
};

Delayline配置

　　按照RK的说法：“只要有硬件的差别，都需要重新做一次delayline的配置，否则会影响千兆以太网的配置。”因此针对不同的板子都需要重新做该配置。

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# 这里根据自己的板子进入相应目录
cd /sys/devices/platform/fe010000.ethernet/

# 扫描delayline窗口
echo 1000 > phy_lb_scan

# 使用dmesg命令查看测量结果
dmesg | grep suitable
> [  118.289125] Find suitable tx_delay = 0x42, rx_delay = 0x2c

# 临时写入测量结果
echo 0x3f 0x2c > rgmii_delayline
cat rgmii_delayline
> tx delayline: 0x3f, rx delayline: 0x2c

# 执行测试
echo 1000 > phy_lb
dmesg | grep loopback
> [  221.940497] PHY loopback speed set to 1000
> [  222.670675] PHY loopback: PASS

# 若测试通过则将tx_delay及rx_delay值配入dts文件

遇到的问题

  • PHY已正确识别，但是配置上IP地址后无法通信，日志无异常，经排查125M同步时钟信号被下拉到1.8V，去掉图中R211电阻后PHY可以正常工作

PHY状态灯

　　一般需要根据PHY的Datasheet修改对应的寄存器来配置项目所需的状态灯。这里提供一个适用于kernel-4.19的PHY状态灯补丁(基于RK的kernel-4.4版本并加入RTL-8211F芯片支持)。

调试命令

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# 切换到PHY目录
cd /sys/devices/platform/fe010000.ethernet/mdio_bus/stmmac-1/stmmac-1:01

# 获取PHY硬件型号ID，用于针对不同硬件编写补丁
cat phy_id

# 读取寄存器
cat phy_registers

# 写入寄存器
#     |----------> 寄存器地址
#     |      |---> 寄存器内容
#     |      |
echo 31 0x0d04 > phy_registers

测试工具

  • ping
  • iperf3

参考文档

  • RKDocs/common/GMAC/Rockchip_Developer_Guide_Linux_GMAC_Mode_Configuration_CN.pdf
  • RKDocs/common/GMAC/Rockchip_Developer_Guide_Linux_GMAC_RGMII_Delayline_CN.pdf