IMAX6Q+DM9000+DP83640设计原理分享

概况：采用飞思卡尔IMAX6Q作为主芯片，主芯片总线外接MAC芯片和PHY芯片实现网络功能以及通过专用的物理层芯片实现1588时钟同步功能。本节只介绍几本原理，具体的驱动开发流程及1588时钟同步协议开发移植流程暂不分享。

参考资料：DM9000中文手册、IMAX6Q datasheet

分三部分讲解：一、arm总线简单讲解 二、DM9000接口设计 三、DM9000和DP83640的控制流程

一、arm总线

cpu框架如下：

arm常规的总线结构如下：

二、DM9000接口设计

常见的arm外设接口设计：

本例子采用方案三，具体接口设计如下图：

三、DM9000和DP83640的控制流程

DM9000控制DP83640寄存器读写原理(读写的实现可发到流驱动去做，应用程序只发送DP83640寄存器的索引和要写的数据给驱动)

DP83640通过DM9000去控制，DP83640作为DM9000的外部物理层。对DM9000的读写可通过一个流驱动来实现。DM9000中只有INDEX端口与DATA端口2个寄存器可以直接被CPU访问,其它的内部控制和状态寄存器都是通过这2个端口寄存器间接访问;对这2个寄存器的访问是通过控制网络控制器DM9000的CMD引脚来实现的:当CMD=0时,主机访问的是INDEX端口寄存器;当CMD=1时,访问的是DATA端口寄存器。本设计将CMD引脚与处理器的地址线A2相连,则DM9000的2个端口地址分别为:INDEX端口地址=IOaddress+0x00;DATA端口地址=IOaddress+0x04。由于INDEX端口寄存器保存的是处理器要访问的DATA端口寄存器的内部寄存器的地址,因而对DM9000的控制或状态寄存器的访问顺序是:首先写要访问寄存器的地址到INDEX端口,然后通过DATA端口来读/写数据。

 

DM9000访问PHY寄存器的方法是：

(1)寄存器地址写到EPAR/PHY_AR(0CH)寄存器中，注意将寄存器地址的第6位置1(地址与0x40或运算即可)，以表明写的是PHY地址，而不是EEPROM地址。

(2)将数据高字节写到PHY_DRH(0EH)寄存器中。

(3)将数据低字节写到PHY_DRL(0DH)寄存器中。

(4)发送PHY命令(0x0a)到EPCR/PHY_CR(0BH)寄存器中。

(5)延时5us，发送命令0x08到EPCR/PHY_CR(0BH)寄存器中，清除PHY写操作。

 

DP83640功能控制说明（具体的寄存器说明见DP83640手册）

1、  接口通信说明

DM9000与DP83640之间的接口通信主要分两种，MDIO和MII。

 

任何时候都能通过MDIO接口来配置DP83640的寄存器，即通过DM9000设置物理寄存器的方式。

 

MII接口主要用于网络字符串的收发，即对应应用层的socket编程，但是配置了DP83640PHY Control Frames Configuration Register(PCFCR)，使能PCF后，MII接口也可以用来配置DP83640的寄存器，方式是运用socket发送PCF格式的网络串。

 

PCF网络串格式如下：

 

时间设置:

通过PTP Time Data Regiser设置或读取时间，流程如下：

to set the time:

Write Clock_time_ns[15:0] to PTP_TDR

Write Clock_time_ns[31:16] to PTP_TDR

Write Clock_time_sec[15:0] to PTP_TDR

Write Clock_time_sec[31:16] to PTP_TDR

Write to PTP_CTL with the PTP_Load_Clk bit set

To read the time:

Write to PTP_CTL with the PTP_Rd_Clk bit set

Read Clock_time_ns[15:0] from PTP_TDR

Read Clock_time_ns[31:16] from PTP_TDR

Read Clock_time_sec[15:0] from PTP_TDR

Read Clock_time_sec[31:16] from PTP_TDR

 

 

步进调整，步骤如下：

Write Clock_time_ns[15:0] to PTP_TDR

Write Clock_time_ns[31:16] to PTP_TDR

Write Clock_time_sec[15:0] to PTP_TDR

Write Clock_time_sec[31:16] to PTP_TDR

Write to PTP_CTL with the PTP_Step_Clk bit set

 

速率调整，步骤如下：

Write Temp_Rate[25:16] to PTP Rate High Register(PTP_RATEH) with PTP_TMP_RATE bit set to 0.

Write Temp_Rate[15:0] to PTP Rate Low Register (PTP_RATEL)

 

临时速率调整，步骤如下：（12为持续时间设置，34为临时速率设置，标志位不设置时则不是临时速率）

1. Write Temp_Rate_duration[25:16] to PTP Temporary RateDuration High Register (PTP_TRDH)

2. Write Temp_Rate_duration[15:0] to PTP Temporary RateDuration Low Register (PTP_TRDL)

3. Write Temp_Rate[25:16] to PTP Rate High Register(PTP_RATEH) with PTP_TMP_RATE bit set to 1.

4. Write Temp_Rate[15:0] to PTP Rate Low Register(PTP_RATEL)

 

3、  时间戳

传输时间戳参数配置

通过PTP_TXCFG0和PTP_TXCFG1两个寄存器来配置。

接收时间戳参数配置

通过PTP_RXCFG0, PTP_RXCFG1, PTP_RXCFG2, 和PTP_RXCFG3寄存器来配置。

 

获取传输时间戳

连续读四次PHY_PG4_PTP_TXTS寄存器，具体流程见PTPGetTransmitTimestamp函数

获取接收时间戳

连续读六次PHY_PG4_PTP_RXTS寄存器，具体流程见PTPGetReceiveTimestamp函数。

Hash Value

配置PTP_RXHASH寄存器，用于消息的过滤3002

4、  触发

通过配置相关寄存器，可实现从GPIO输出一个触发信号。通过一个秒脉冲触发信号可实现FPGA时钟的调整。

 

初始化触发，使能触发设置时间等：

1. Set the Trig_Load bit in the PTP Control Register(PTP_CTL) along with the Trig_Sel setting for

the trigger. This will disable the trigger if it waspreviously enabled.

2. Write to PTP_TDR: Start_time_ns[15:0]

3. Write to PTP_TDR: Initial state, Wait for Rollover,Start_time_ns[29:16]

4. Write to PTP_TDR: Start_time_sec[15:0]

5. Write to PTP_TDR: Start_time_sec[31:16]

6. Write to PTP_TDR: Pulsewidth[15:0]

7. Write to PTP_TDR: Pulsewidth[31:16]

8. Write to PTP_TDR: Pulsewidth2[15:0] (for Triggers 0 and1 only)

9. Write to PTP_TDR: Pulsewidth2[31:16] (for Triggers 0 and1 only)

10. Set the Trig_En bit in the PTP_CTL register along withthe Trig_Sel setting for the trigger

 

读触发控制信息：

1. Set the Trig_Read bit in the PTP Control Register(PTP_CTL) along with the Trig_Sel setting for the trigger.

2. Read fields from PTP_TDR in same order as written above.

 

设置触发：

设置PHY_PG5_PTP_TRIG寄存器。

 

取消触发：

设置PHY_PG4_PTP_CTL寄存器。

5、  事件设置

设置事件，当事件到来时，可存储一个事件时间戳，最多可存储8个事件时间戳。

 

使能事件：

设置PHY_PG5_PTP_EVNT寄存器。

 

查询事件：

读取PHY_PG4_PTP_STS寄存器可以查询是否有事件产生，也可以检测接收发送或触发。

 

获取事件时间戳：

1. Read PTP_ESTS to determine if an event timestamp is available.

2. Read from PTP_EDATA: Extended Event Status[15:0] (available only ifPTP_ESTS:MULT_EVNT

is set to 1)

3. Read from PTP_EDATA: Timestamp_ns[15:0]

4. Read from PTP_EDATA: Timestamp_ns[29:16] (upper 2 bits are always 0)

5. Read from PTP_EDATA: Timestamp_sec[15:0]

6. Read from PTP_EDATA: Timestamp_sec[31:16]

7. Repeat Steps 1-6 until PTP_ESTS = 0

 

 

6、  中断

触发、事件、时间戳都可以产生中断，可通过PTP Status Register使能相关的中断。中断的输出有两种方式，一是共享中断通过PWRDN_INTN引脚输出中断信号，二是GPIO引脚输出中断信号。

 

共享中断：

配置MII Interrupt Control Register (MICR)寄存器可设置PWRDN_INTN中断。

中断处理流程，

1. Read MISR to determine if PTP interrupt has occurred

2. Read PTP_STS to determine which PTP function hasgenerated an interrupt

3. Process Trigger, Event, or Timestamp as indicated byPTP_STS

4. Repeat steps 2 and 3 until PTP_STS[11:8] = 0

 

GPIO中断：

配置PTP_INTCTL寄存器可配置相关的GPIO中断。

 

中断处理流程，

1. Read PTP_STS to determine which PTP function hasgenerated an interrupt

2. Process trigger, event, or timestamp as indicated by PTP_STS

3. Repeat steps 1 and 2 until PTP_STS[11:8] = 0