原创 为AM335x移植Linux内核主线代码(21)Ethernet段落篇

由于千兆PHY芯片AR8031的调试难度较大，RJ45变压器HR911130C比较贵，而且实验室并没有千兆设备，因此Ethernet功能测试板采用了RTL8201BL和HR911105A。

绘制好的测试板如图所示：

（Note：RTL8201的封装应该更大一些，另外NC的电阻要少一些，用跳线代替更漂亮一些；RJ45上面要接终端电阻，中间抽头要增加接地的电容。）
焊接好之后上电，发现路由器连上它的LED灯，闪烁状态和连上PC机一样，It's a good sign.

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第一步要弄清楚，RTL8201BL和AM335x应该怎么连线：

http://en.wikipedia.org/wiki/Media_Independent_Interface
Standard MII总共使用了15根线，外加2根MDIO线，如果要扩展PHY芯片，这些线除了其中两根（应该是TXCLK和RXCLK）以外都是不可共用的；而Reduce Media Independent Interface则用来解决这个问题。TXCLK和RXCLK的时钟频率在100Mbit/s时为25MHz，在10Mbit/s时为2.5MHz。

对于RMII来说，它将TXCLK和RXCLK合并，便于使用switch来共享；时钟频率由25MHz变成50MHz，而数据线减半；RXDV和CRS也合并；移除了COL信号。RMII没有信号能够定义full or half，因此需要MDIO来做这个工作（This must instead be communicated over the serial MDIO/MDC interface, but the standard does not specify a standard MDIO register bit for the duplex mode. This means that custom software is required for every PHY.）；RMII也没有信号定义10 or 100 mode，这也需要通过MDIO来实现。

Gigabit Media Independent Interface，它的速度可以达到1000Mbit/s，时钟频率为125MHz，并且和MII兼容。GMII需要的信号有：GTXCLK、TXCLK、TXD[7:0]、TXEN、TXER、RXCLK、RXD[7:0]、RXDV、RXER、COL、CS，以及两根MDIO信号线。

Reduced Gigabit Media Independent Interface，它减少了一半的数据线，但并不是将时钟倍频，而是采用在上升和下降沿都采样的方法。它使用的信号有：RX_CTL、RXC、RXD[3:0]、TX_CTL、TXC、TXD[3:0]，共12根线。跟GMII不一样的是，TXCLK一直都会被使用，且由MAC提供。由于Source-synchronous时钟（Source-Synchronous clocking refers to a technique used for timing symbols on a digital interface. Specifically, it refers to the technique of having the transmitting device send a clock signal along with the data signals）的原因，PCB的设计必须要使得TXCLK有1.5-2ns的时延。RGMII v2.0具备了可选的内部时延。

Serial Gigabit Media Independent Interface，maybe在光纤用得多一些吧。
Quad Serial Gigabit Media Independent Interface.
10 Gigabit Media Independent Interface.

了解这些MII的区别之后，再回过头看飞凌OK335xD的AR8031，它采用的是12根线的RGMII来连接MAC。至于RTL8201BL，它的TXCLK和RXCLK都为25M，同时由引脚分配可知它使用的是Standard MII；再看AM335x，它支持的是GMII，RMII和RGMII三种，并没有标准的MII。那它们之间该如何连接呢？

由于和Standard MII兼容的是GMII，所以RTL8201BL应该连接在AM335x的GMII Interface，而不是OK335xD使用的RGMII Interface. AM335x的GMII Interface由下面的信号组成：
见AM335x的技术手册“Table 14-6. GMII Interface Signal Descriptions in MII (100/10Mbps) Mode”

 * GMTCLK O:  The clock is generated by the CPSW and is running at 125MHz.
 * MtCLK I:  Provides the timing reference for transmit operations. 2.5MHz/10Mbps. 25MHz/100Mbps.
 * Mtxd O:  MTXD[7-4] pins of MTXD data are not used.
 * Mtxen O:  The transmit enable signal indicates that the MTXD pins are generating 4bit data.
 * MCOL I:  Hardware flow control for full-duplex or asserted not idle for half-duplex.
 * MCRS I:  Held low for full-duplex.
 * MRCLK I:  The receive clock. 2.5MHz/10Mbps. 25MHz/100Mbps.
 * MRXD I:  MRXD[7-4] pins of MRXD data are not used.
 * MRXDV I:  The receive data valid signal.
 * MDCLK O:  Management data clock.
 * MDIO I/O:  MDIO DATA.
 
现在，RTL8201BL和AM335x(ZCZ封装)的引脚连接就很清楚了：
 GMTCLK 《 == 》 *NC
 MtCLK   《 == 》 TXC          K18
 Mtxd    《 == 》 TXD[3:0]    K17 K16 K15 J18
 Mtxen   《 == 》 TXEN        J16
 MCOL    《 == 》 COL          H16  
 MCRS    《 == 》 CRS          H17  
 MRCLK   《 == 》 RXC          L18
 MRXD    《 == 》 RXD[3:0]    M16 L15 L16 L17
 MRXDV   《 == 》 RXDV        J17
 MDCLK   《 == 》 MDC         M18  
 MDIO     《 == 》 MDIO        M17  
 *NC      《 == 》 RXER/FXEN  J15
 
RTL8201BL不需要使用GMTCLK，因为它自身使用了25MHz的晶振；而RXER/FXEN在Table 14-6中虽然找不到对应的说明，但是它可以接到J15（MII1_RX_ER）上。

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第二步，更改U-Boot：

U-Boot里面关于MII功能的引脚mux应该是：
static struct module_pin_mux gmii1_pin_mux[] = {
        {OFFSET(mdio_clk),      MODE(0) | PULLUP_EN},
        {OFFSET(mdio_data),     MODE(0) | RXACTIVE | PULLUP_EN},
        {OFFSET(mii1_rxdv),     MODE(0) | RXACTIVE},
        {OFFSET(mii1_txen),     MODE(0)},
        {OFFSET(mii1_rxerr),    MODE(0) | RXACTIVE},
        {OFFSET(mii1_rxclk),    MODE(0) | RXACTIVE},
        {OFFSET(mii1_txclk),    MODE(0) | RXACTIVE},
        {OFFSET(mii1_col),      MODE(0) | RXACTIVE}
        {OFFSET(mii1_crs),      MODE(0) | RXACTIVE},
        {OFFSET(mii1_rxd0),     MODE(0) | RXACTIVE},
        {OFFSET(mii1_rxd1),     MODE(0) | RXACTIVE},
        {OFFSET(mii1_rxd2),     MODE(0) | RXACTIVE},
        {OFFSET(mii1_rxd3),     MODE(0) | RXACTIVE},
        {OFFSET(mii1_txd0),     MODE(0)},
        {OFFSET(mii1_txd1),     MODE(0)},
        {OFFSET(mii1_txd2),     MODE(0)},
        {OFFSET(mii1_txd3),     MODE(0)},
        {-1},
};

（* RXACTIVE： Input enable value for the Pad. Set to 0 for output only. Set to 1 for input or output. 所以凡是用做输入，或者双向的IO引脚都需要设置RXACTIVE标识。）

另外，需要更改的地方还有：
static struct cpsw_slave_data cpsw_slave = {
        .slave_reg_ofs  = 0x208,
        .sliver_reg_ofs = 0xD80,
        .phy_addr       = 2,
        .phy_if         = PHY_INTERFACE_MODE_MII,
};

phy_addr是我通过将RTL8201BL的PHYAD1/LED1引脚上拉而得到的地址，要注意的是RTL8201BL不支持PHY地址0，如果设置为0则会进入掉电模式（Seting the PHY address to 00000b will put the RTL8201BL into power down mode）。PHY_INTERFACE_MODE_MII则是设置为MII模式。

然后是在函数board_eth_init(bd_t *bis)添加这一句（如果原来有对cdev->miisel的操作则去掉它）：
writel((GMII1_SEL_MII), &cdev->miisel);

编译之后下载并运行。

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第三步，调试RTL8201BL。

使用74HC595静态驱动的数码管指示U-Boot运行的步骤，并且把每个步骤之间的延时拉长到5S，会发现在phy_config执行之前，RTL8201和路由器的灯都闪烁正常，而之后RTL8201就变成了LINK、Full Duplex LED、Link 100/ACT LED灯常亮。因此将这个phy_config函数：
int board_phy_config(struct phy_device *phydev)
        __attribute__((weak, alias("__board_phy_config")));

将下面这个函数在board.c中定义（which means "do nothing"）：
int board_phy_config(struct phy_device *phydev)
{
        printf("maria: __board_phy_config start:\n");
        HC595_dis_data(7777, 4, SM410806K);
        return 0;
}

还记得U-Boot系列8提到的alias符号吗？它的功能是，如果用户没有定义alias的符号，则使用它带的值；如果定义了，则使用自定义的值。这样，本来要执行__board_phy_config的，现在会执行board_phy_config，这也意味着phy会保持硬件设置的10Mbps，而不是config成100Mbps。

在10Mbps下，观察MDIO的寄存器，发现它Auto-negotiation完成；ping和tftp功能也成功。
至此，Ethernet PHY芯片的调试暂时告一段落，等到第二版重新布局的时候再调试100Mbps功能（因为就算再绘制小测试板，也不保证连接主控板和测试板的杜邦线不会带来干扰）。
Wish me luck！

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ps: RTL8201的布线规范。
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http://pdf.dzsc.com/2008714/200807142330489631.pdf
RTL8201 PCB Layouy Guide
1. Introduction
2. Placement

A应该离RTL8201越近越好，B硬件离变压器越近越好；RJ45和变压器应该越近越好；偏置电阻离RTL8201越近越好，离TX+/-，RX+/-，以及时钟线越远越好；晶振不应放置在IO附近、板边缘以及变压器附近；晶振外壳应该良好接地（*也有人认为晶振外壳无需接地）；磁性元件分开并呈90度放置；高功耗器件放置在电源附近；A和B的终端电阻为50欧姆，需要仔细考虑电容的选择；变压器离RTL8201越近越好；差分线需对称，而且变压器控制在10～12cm以内；差分线之间的长度差控制在2cm以内。

3. Trace Routing
避免直角；数字信号不要影响差分信号；仔细选择线长和线宽，线下最好有GND平面；线长不要超过波长的1/20，因此25MHz的线不要超过30cm，125MHz的线不要超过12cm；电源线要短粗，过孔要大一些；去耦电容需要单独打地孔，直径0.2inch以内；去耦电容离芯片越近越好，每个电源引脚都需要，磁珠（100欧姆@100Mhz）离引脚越近越好；差分线要等长；差分线之间要远一些，加上GND隔离；变压器应该是1：1/1：1。

4. Trace Connection of MII Interface to LAN Controller
MAC和RTL8201越近越好，最长不能超过10inch；TXD[0-3]、TXCLK、RXD[0-3]、RXCLK线长差别不超过1 inch；100MHz时TXCLK和RXCLK为25MHz，10MHz时TXCLK和RXCLK为2.5MHz；MAC离接插件1到7 inch，RTL8201离接插件1到3 inch。

5. Power and Ground Plane
电源线应短粗，电源平面应完整，留出模拟电源平面；A和B应该预留以后的2.5V版本；模拟地的返回路径应该和common GND差不多，如果没信心则使用整个地；不要使用直角；变压器和RJ45底下铺单独的地。

6. Notice at ACR Card
7. For better and more stable analog performance:
模拟地需良好的回流；为电源增加22uF和47nF的去耦电容；仔细选择晶振的参数，电容为20pF；模拟电源需要磁珠，而且离它越近越好。