在连续两个平台的uboot和Linux系统移植过程中，在千兆网口调试这块都遇到了很大的麻烦。由于寄存器数量庞大，千兆网口MAC和PHY内部结构复杂，MAC和PHY接口种类多，千兆以太网驱动的调试成

在连续两个平台的uboot和Linux系统移植过程中，在千兆网口调试这块都遇到了很大的麻烦。由于寄存器数量庞大，千兆网口MAC和PHY内部结构复杂，MAC和PHY接口种类多，千兆以太网驱动的调试成了系统移植过程中最让人烦心的一个环节。就像火箭队，每次都让球迷无比揪心，不是输的窝囊，就是伤兵满营，现在新赛季又两连败了，打的比勇士还勇士，后场两个比我还瘦的家伙，怎么防守。算了，不扯这么多了，今天要说的是网口MAC+PHY的一些原理和代码分析。（以Freescale的ETSEC和Marvell的88E1111为例。）

 

1 千兆以太网的物理层

 

千兆以太网的物理层分为物理编码子层PCS（Physical Coding Sublayer）、物理介质连接子层PMA（Physical Medium Attachment）和物理介质相关子层PMD（Physical Medium Dependent）三层，如下图所示：

其中PCS子层负责8b10b编码，它可以把从GMII口接收到的8位并行的数据转换成10位并行的数据输出。因为10比特的数据能有效地减小直流分量，降低误码率，另外采用8b10b编码便于在数据中提取时钟和进行首发同步。可以把PCS两头看成GMII接口和TBI接口。

PMA子层进一步将PCS子层的编码结果向各种物理媒体传送，主要是负责完成串并转换。PCS层以125M的速率并行传送10位代码到PMA层，由PMA层转换为1.25Gbps的串行数据流进行发送，以便实际能得到1Gbps的千兆以太网传送速率。可以把PMA子层的两头分别看做TBI接口和SGMII接口。

PMD子层将对各种实际的物理媒体完成接口，完成真正的物理连接。由于1000BASE-X支持多种物理媒介，如光纤和屏蔽双绞线，它们的物理接口显然不会相同。有的要进行光电转换，有的要完成从不平衡到平衡的转换。PMD层将对这些具体的连接器作出规定。

 

2 Freescale 的ETSEC与PHY之间的接口

 

Freescale的MPC8314和P2020都自带了三速以太网控制器ETSEC，可以提供10M，100M，1000M三种速率的接口。当作为以太网时，需要外部的PHY芯片或者Serdes设备与其相连接。每个ETSEC都支持多标准的MII接口，总体结构如下图所示，可以提供GMII，RGMII，MII，RMII，RTBI，SGMII 六种接口，下图为从MPC8314 datasheet中截取的ETSEC的结构图。

 

     如果CPU与PHY之间是GMII接口或RGMII接口，那么PHY将提供完整的PCS，PMA，PMD三层工作；如果CPU与PHY之间是RTBI接口，那么PCS层的工作在ETSEC中已经做完了，ETSEC中的TBI模块可以做PCS层的工作，PHY只需要做PMA和PMD的工作即可；如果CPU与PHY之间是SGMII接口，那么PHY只需要完成PMD的工作，ETSEC中的PCS由TBI完成，而PMA由CPU自带的Serdes模块完成。

 

3 BD表结构

在千兆以太网的驱动中，现在一般都使用一个叫BD表的东西来管理MAC层发送和接收的内存区域，如下图所示：

 

 

在IMMR映射的寄存器空间中有两组寄存器TBASEn和RBASEn，分别为TxBD Ringn 和 RxBD Ringn的指针。MPC8314的ETSEC允许有8个TxBD Ring和8个RxBD Ring，他们都存放在内存的某个区域中。每个Buffer Descriptor 都是有8个字节构成，两个字节的状态，两个字节的数据长度和四个字节的数据指针，这个指针指向内存的另一块地方，这才是真正存储发送接收数据的地方。Buffer Descriptor必须在网口初始化的时候初始化，并将自己的地址赋给TBASEn和RBASEn。

在网口驱动程序中可以看到，每个BD Ring中的BD数量是可变的（我们设为64），而他们之间并没有指针连接，只是一段连续的空间，顺序下来的，所谓的环只是一个虚拟的概念，在最后一个BD时，需要将BD状态位中的W位（Wrap）置一，表示这是最后一个BD，他的下一个BD就是第一个BD。如下图所示：

 

 

 

下面一节将结合uboot源码分析一下网口初始化以及PHY配置的过程，再下一节会分析内核中的驱动。为什么先说uboot，因为在我看来，驱动程序就是分为两个部分，1 按照Datasheet的说明去配置寄存器，2 添加符合操作系统规范去融入操作系统。在uboot下系统很简单，代码一目了然，所以我们应该在boot下先把寄存器配置好，再去分析复杂的多的内核代码。