如何学习zynq以太网控制器及协议栈

Posted 2023-04-13

参考技术A

说到学习ZYNQ+SOC+Linux开发，我认为主要应该细分为lian两大点：zynq，soc合为一个点，linux为一个点。下面我就给大家介绍学习的流程和路线。

一，学习zynq+soc的FPGA开发部分和片上ARM核的寄存器，裸奔应用开发，我推荐大家收阅读文档《ZYNQ+SOC修炼秘籍-最全面的pdf》，下面我给大家贴上下载地址。

CSDN下载链接：https://pan.baidu.com/s/1wjUXx5_l6EPE58UZwcnRZw

二，如果各位能按部就班的阅读并自己动手编写测试《ZYNQ+SOC修炼秘籍-最全面的pdf》里面的内容，我相信大家对于zynq的硬件部分已经足够了解，并且能够写出基于FPGA+ARM构架的裸奔程序应用了。

那么接下来，我们就应该学习管如何在zynq平台上搭建Linux操作系统了。

（1）u-boot的编译

我相信大家已经肯定在网上搜索理解了很多关于u-boot编译的资料，所以在此我给大家提供的shi是如何解决编译过程中遇到的一些问题，将自己在项目实践中的记录分享给大家，具体请参考《zynq-u-boot编译说明书》这个资料，下面为下载链接地址。

CSDN下载链接：https://pan.baidu.com/s/1Gqs3V3U6N6kW2AeJkMn-dA

（2）kernel的编译

众所周知，kernel为Linux的内核，这个是最最核心的部分，在此不做过多的赘述，给大家分享项目中的记录吧。具体参考《zynq-kernel编译说明书》这个资料。

CSDN下载链接：https://pan.baidu.com/s/1p1o_3dLZMxWubc-rXGLelw

（3）设备树的编译

不知道大家是否知道，Linux上的驱动是怎么和硬件挂钩的吗？没错，就是使用的设备树，话不多说，请参照《zynq设备树配置说明》这个资料，下面为下载链接地址。

CSDN下载链接：https://pan.baidu.com/s/102qqfR0OAhJvGW8h2PO1eg

（4）文件系统的搭载

在完成上述三步的操作之后，需要一个完整的Linux系统我们就还需要搭载上文件系统，国外很多人喜欢利用buildroot自己及定制文件系统，但是对于初学者我的建议是先使用已经完善的文件系统，具体的做法请参照《zynq文件系统挂载》这个资料，下面为下载链接地址。

CSDN下载链接：https://pan.baidu.com/s/1O10BNKid73fguDs4ZZDrXg

三，在完成了u-boot的编译，kernel的编译，设备树的编译，文件系统的编译挂载后，一个完整的Linux系统就搭建成功了。不过我相信在过程中肯定会遇到或多或少的各种各样的问题，在此本人为大家分享一些在过程中遇到的问题以及解决方法，水平有限望大神勿喷。

（1）在运行挂载文件系统的时候本人就曾经遇到，系统默认挂载的是ramdisk，所以无法挂载我搭建在SD卡上的ext4的文件系统，请参考《zynq不加载ramdisk的方法》资料里的解决方法，下面为资料xixi下载链接。

CSDN下载链接：https://pan.baidu.com/s/1ESMO4FtbykTzN-7nqZqvTg

（2）如何解决板子每次上电都动态分配ip，导致用户无法准确知道板子的ip呢？那就请参考《zynq_linux配置静态和动态ip的方法》这个资料里的内容，下面为下载链接。

CSDN下载链接：https://pan.baidu.com/s/1s4RduCWI2cVCrZqfxvJ9oA

（3）配置好静态ip后，那么肯定是kai'开始用用SSH连接板子，现在就让我们来解决SSH连接的问题，请参考《zynq上的SSH无法链接问题》这个资料里的内容，下面为下载链接。

CSDN下载链接：https://pan.baidu.com/s/1bzMbyBzbIG74ot9EymaAHw

（4）以上问题都解决了后，自然是想自己动手编写Linux下的驱动咯。只有有了驱动才能使得FPGA为Linux所用，那么接下来给大家分享几个编写Linux下的axi dma驱动的资料供大家参考。

《zynq字符设备驱动代码》

CSDN下载链接：https://pan.baidu.com/s/11kTG3LMHKdVyAOY_WzRBhA

《zynq_linux字符驱动之自动创建设备节点》

CSDN下载链接：https://pan.baidu.com/s/1TVDDxkk1KdDxcunXbfTdmg

《zynq上axi-dma作为字符设备的驱动代码》

CSDN下载链接：https://pan.baidu.com/s/1ZViLZ1EHWGcshYiaIcHTgw

《zynq_dma_device_tree说明文件》

CSDN下载链接：https://pan.baidu.com/s/14ulkwrGJjqk6IrU010qEsw

四，以上介绍大部分均为本人在学习，做项目时的总结，在此分享给大家，希望对广大的学习群体有所帮助，本人水平有限，在此希望各路大神们勿喷。接下来就靠大家自己努力加油了！

ZYNQ 系统的IEEE1588 实现方法

IEEE1588/PTP 协议是实时工业软件的一个重要的协议，本博文讨论该协议在Xilinx Zynq 系统·上如何实现IEEE1588 协议。

ZYNQ 系统的以太网

Zynq 系统中有两类Ethernet 接口，一种是PS 端的硬件千兆以太网，另一种是PL 实现的以太网接口。

 

PS 端以太网

zynq 中带有两个硬核千兆以太网MAC，ENET0，ENET1。与普通SOC 芯片不同，zynq PS 断地外设可以通过MIO连接到芯片的引脚上，也可以通过EMIO 接口连接到PL 端。连接到PL端后，带来了灵活性，可以转换成各种接口。比如设计一个交换机。定义端其它的引脚。

PS 端MIO 引出的以太网接口是RGMII接口，可以连接具有RGMII 的Phy 芯片。

PS 端的Ethernet 透过EMIO 连接各种接口（通过1000BASE-X/SGMII PCS/PMA  IP）

 

PL 端以太网

PL 端的以太网是通过IP核实现的。vivado 中有下列几种以太网IP。

• tri mode Ethernet MAC
• AXI 1G/2.5G Ethernet Subsystem
• 100M/1G TSN Subsystem

其中

        AXI 1G/2.5G Ethernet Subsystem 支持IEEE1588 ，但是只有在使用SGMII和SFP(small form factor pluggable)接口。并且带有GTX 功能的Zynq 芯片才支持IEEE1588。如此看来只能在光纤接口，或者SGMII接口上实现。网络上资料也不多。

小贴士

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GTX

        GTX是一种就是G级速率以上的SERDES串行/解串器。Xilinx芯片里内嵌的串行/解串器GTX,GTH,GTP等模块。

        7系列中，按支持的最高线速排序，GTP<GTX<GTH<GTZ。GTP被用于A7系列，GTZ被用于少数V7系列。从K7到V7，最常见的是GTX和GTH，GTH的最高线速比GTX稍微高一点点。

        100M/1G TSN Subsystem 也支持IEEE1588 但是看上去也是比较复杂的样子。

SGMII

SGMII协议是CISCO公司提出来的，可以减少芯片间互联的管脚。传统的GMII前面说了是8bits数据线，此外还需要时钟，和一些控制线，双向加起来要20根线左右。而SGMII接口是1根数据线加1根时钟线，双向共4根。如果去掉时钟线（采用CDR），那么2根线就可以实现互联了。

        SGMII本质上并没有对以太网协议的分层做改动，还是MAC层，PCS层和PMA层。原来GMII模式下，MAC层一般做在SOC侧，PHY层包括PCS+PMA做在另一个单独的芯片上。而SGMII的实施是将PCS层也同时放在了原来的MAC侧。这样SOC芯片和PHY芯片各有一个PCS层。

        对于SOC发送来说，数据包有MAC层过来，经过tx 的pcs，从SGMII接口发送出去。在PHY芯片上，有一个rx的pcs先将SGMII的信号解出GMII信号，然后再经过传统的PHY层处理发送到介质上。对于SOC接收来说，则反过来。

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tri mode Ethernet MAC在100Mbps 时可以使用MAC 接口，可以通过一个MAC to RMII 的IP 转换成为RMII 接口。

IEEE1588/PTP实现方案

IEEE1588 的硬件实现的方法有两种：

• 在MAC控制器中实现
• 在Phy 芯片中实现，比较常见的有TI 公司的DP83640 芯片

ZYNQ 中实现IEEE1588 协议的方式

使用DP83640

使用DP83640 实现IEEE1588 协议相对比较简单。主要的问题是要通过RMII接口与DP83640 相连接。

Linux 下访问mdio 的方法。

测试程序

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <linux/mii.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <net/if.h>
#include <linux/sockios.h>
#include <linux/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
 
//#include <QDebug>
 
 
int main(int argc, char *argv[])

    int sockfd;
    struct mii_ioctl_data *mii = NULL;
    struct ifreq ifr;
    memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
    strncpy(ifr.ifr_name, "eth0", IFNAMSIZ - 1);
    sockfd = socket(PF_LOCAL, SOCK_DGRAM, 0);
    ioctl(sockfd, SIOCGMIIPHY, &ifr);
    mii = (struct mii_ioctl_data*)&ifr.ifr_data;
 
    if(argc == 4)
    
        strncpy(ifr.ifr_name, argv[1], IFNAMSIZ - 1);
        sockfd = socket(PF_LOCAL, SOCK_DGRAM, 0);
        ioctl(sockfd, SIOCGMIIPHY, &ifr);
        mii = (struct mii_ioctl_data*)&ifr.ifr_data;
 
        mii->phy_id    = (uint16_t)strtoul(argv[2], NULL, 0);
        mii->reg_num    = (uint16_t)strtoul(argv[3], NULL, 0);
 
        ioctl(sockfd, SIOCGMIIREG, &ifr);
 
        printf("read --- value : 0x%x\\n", mii->val_out);
    
    else if(argc == 5)
    
        strncpy(ifr.ifr_name, argv[1], IFNAMSIZ - 1);
        sockfd = socket(PF_LOCAL, SOCK_DGRAM, 0);
        ioctl(sockfd, SIOCGMIIPHY, &ifr);
        mii = (struct mii_ioctl_data*)&ifr.ifr_data;
        mii->phy_id    = (uint16_t)strtoul(argv[2], NULL, 0);
        mii->reg_num    = (uint16_t)strtoul(argv[3], NULL, 0);
        mii->val_in     = (uint16_t)strtoul(argv[4], NULL, 0);
 
        ioctl(sockfd, SIOCSMIIREG, &ifr);
    else
       printf("mdio ethX phyId addr value\\n");
    
 
    close(sockfd);
 
 
 
    return 0;

 我是在Z7 nano开发板的pynq 操作系统下调试通过的。

使用AXI 1G/2.5G Ethernet Subsystem

只有在使用SGMII和FDP接口。并且带有GTX 功能的Zynq 芯片才支持IEEE1588。

结束语

目前还只是一个方案，还没有具体编程和测试。敬请期待。

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