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linux网络开发 rtl8363

作者：菜鸟追梦旅行 | 2024-03-25 19:06:04

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rtl8363

记录学习总结，能力有限，仅供参考

rtl8363实现switch

一. 背景知识

A. RTL8363交换芯片的基本信息和功能

1. RTL8363支持：

每个端口都支持全双工
支持IEEE 802.1Q
VLAN支持4096个VLAN和32个额外VLAN
单芯片2+1端口10/100/1000M无阻塞交换机架构嵌入式2端口10/100/1000Base-T
PHY每个端口支持全双工10/100/1000M连接（仅在10/100M模式下支持半双工）

2. RTL8363结构图：
在这里插入图片描述

3. RTL8363框架图：
在这里插入图片描述

B. 相关网络背景知识

1. RTL8363使用的数据接口为rmii （限速100m）
RMII（Reduced Media Independent Interface）是一种常用的以太网物理层接口，用于将以太网 MAC（Media Access Control）层和 PHY（Physical Layer）层连接起来。它通常用于嵌入式系统中，使得系统可以通过以太网进行数据传输。

  • 接口描述：
    RMII接口使用4个信号线进行双向通信，分别是：TXD0、TXD1、RXD0、RXD1。
    此外，还有一些辅助信号线，如：REFCLK（时钟信号）、CRS_DV（冲突检测/数据有效）、MDC（管理数据时钟）和 MDIO（管理数据输入/输出）。
    (rtl8363不同模式接口下TXD0可能为RXD0,注意查看datasheet)

2. SMI管理接口
包括MDC和MDIO两条引脚线。MDIO是一个PHY的管理接口，用来读/写PHY的寄存器，以控制PHY的行为或获取PHY的状态，MDC为MDIO提供时钟。

  • mdio读写协议：
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

3. phy和mac
mac媒体访问控制子层协议,处于链路层向下部分
phy即物理层设备，向上对接mac

4. cpu与RTL8363连接模式为：固定模式(mac_to_mac)

  • 固定模式(mac_to_mac)
    mac_to_mac简而言之，需要手动固定一个虚拟phy设备连接。
    在这里插入图片描述

  • phy模式(mac_to_phy)
    在这里插入图片描述

5. RTL8363寄存器
现在datasheet都没有相关寄存器说明，都被提供的api接口封装了。phy id根据mdi高低电位选择。
在这里插入图片描述

二. U-boot下调试rtl8363

  1. 主控芯片arm：sigmastar ssd222d
  2. Linux内核版本：Linux ubuntu 4.4.0-142-generic
  3. 网络文件：mdrv_emac.c
  4. 连接模式：rmii,mac_to_mac

A. U-boot下调试

1.boot下支持

  • 打开RMII支持
    在这里插入图片描述
  • 添加编译rtl8363api库

2. boot下初始化phy设备

  • 实现大体流程：
    board_eth_init()-> MDrv_EMAC_initialize() ->MDrv_EMAC_PhyAddrScan() -> 获取phy_id,初始化phy

3. 虚拟phy设备

  • 由于是mac_to_mac模式，跳过phy相关的操作
    解决思路：虚拟phy设备
    MDrv_EMAC_PhyAddrScan去扫描32个phy_id，在扫描完后将phy_id直接赋值为rtl8363的phy_id ，然后直接return phy_id，初始化rtl8363。后续phy读写所用phy地址都用此phy_id。
  1. //phy扫描
  2. void MDrv_EMAC_PhyAddrScan(void)
  3. {
  4.     u32 word_ETH_MAN  = 0x00000000;
  5.  
  6.     MHal_EMAC_Write_JULIAN_0100(JULIAN_100_VAL);
  7.     ThisUVE.flagISR_INT_DONE = 0x00;
  8.     MHal_EMAC_read_phy(phy_id, PHY_REG_STATUS, &word_ETH_MAN);
  9.     if((0xffff != word_ETH_MAN)&&(0x0000 != word_ETH_MAN))
  10.     {
  11.         //printf("phy [%d]=%x\n",phy_id, word_ETH_MAN);
  12.         return;
  13.     }
  14.  
  15.     for (phy_id = 0; phy_id < 32; phy_id++)
  16.     {
  17.         MHal_EMAC_read_phy(phy_id, PHY_REG_STATUS, &word_ETH_MAN);
  18.         if((0xffff != word_ETH_MAN)&&(0x0000 != word_ETH_MAN))
  19.         {
  20.             printf("find phy [%d]=%x\n",phy_id, word_ETH_MAN);
  21.             return;
  22.         }
  23.     }
  24.     printf("Can't get correct PHY Addr and reset to 0\n");
  25.     phy_id = 29;
  26. }
  27. ，，，，，，
  28.  //初始化 phy
  29. #ifdef CONFIG_ETHERNET_RTL8363
  30.     rtl8363_config_init();
  31. #endif
  32. ，，，，，，
  33.  
  34. //phy读写   MDC_MDIO_PHY_ID =29；
  35.  MDC_MDIO_WRITE(MDC_MDIO_PREAMBLE_LEN, MDC_MDIO_PHY_ID, MDC_MDIO_CTRL0_REG, MDC_MDIO_ADDR_OP);
  36.  MDC_MDIO_READ(MDC_MDIO_PREAMBLE_LEN, MDC_MDIO_PHY_ID, MDC_MDIO_DATA_READ_REG, rData);

4. rtl8363提供的mdio读写api，需要将替换成平台mdio读写接口(smi.c)

  1. /* MDC/MDIO, redefine/implement the following Macro */
  2.  #define MDC_MDIO_WRITE(preamableLength, phyID, regID, data)   MHal_EMAC_write_phy( MDC_MDIO_PHY_ID, regID, data)  
  3.    
  4.  #define MDC_MDIO_READ(preamableLength, phyID, regID, pData)   MHal_EMAC_read_phy( MDC_MDIO_PHY_ID, regID, pData)

B. U-boot下问题排查

1. 接口验证
如果上述正常，但是在boot下还是网络不通，先验证rmii和MII管理接口是否正常

  • rmii接口验证：
    mdrv_emac下有打印rmii数据包的接口函数MDrv_EMAC_DumpMem，将MDrv_EMAC_tx接口更换MDrv_EMAC_DumpMem。
    PC使用wireshark软件抓包，如果uboot下发的包与PC端抓的包一致，则通讯正常。
  1. //if (ThisBCE.loopback == PHY_LOOPBACK)
  2. //       {
  3.            printf("Rx Data");
  4.             MDrv_EMAC_DumpMem((u32)packet, 0x40);
  5. //        }
  6. //        else if (ThisBCE.loopback == MAC_LOOPBACK)
  7. //        {
  8. //           MDrv_EMAC_tx(nic, (void *)packet, pktlen);
  9. //        }
  10. //        else
  11.             NetReceive((uchar *)packet, pktlen);
  • SMI管理接口
    用示波器查看MDC频率，rmii接口所需时钟频率为50Mhz.
    通过MHal_EMAC_read_phy/MHal_EMAC_write_phy 调用mdio读写数据，用示波器查看波形是否正常. 波形和mdio读写协议进行对比。
    不建议用系统指令去读写寄存器的值，因为没有rtl8363寄存器手册，你也不知道读出多少才是正确的。
    避坑：这里只需验证波形是否和你要写的数据匹配，并不要需要关心是否能真正控制rtl8363,真正读写对应的寄存器是rtl8363提供的api实现。

如果上述接口有问题就需要去排除硬件问题，没有就需要验证代码问题。

  • 在初始化rtl8363必要的硬复位是很有必要的，通过拉低再拉高NRESET脚引脚来硬件复位rtl8363.
  • 根据实际情况配置rtk_macability参数，rmii最高支持100m。
  • 根据datasheeet通过的phy_id修改api提供的读写接口。
    将宏==MDC_MDIO_PHY_ID == datasheeet的phy_id=。

2. rtl8363初始化流程
硬件复位 -> rtk_switch_init(); -> 配置rtk_macability参数 ->end
3. uboot调试总结
建议接触先从uboot下理解phy怎么挂载在网卡上，实现网络互通。再在kernel下实现对rtl8363的开发。
由于是mac_to_mac，不用纠结MDrv_EMAC_PhyAddrScan扫描不到phy，只需理解phy是在mac的向下层，mactomac不经过phy，所以手动虚拟一个phy设备即可。

三. kernel下调试rtl8363

在uboot已经成功实现网络互通上，如果是傻瓜型，那在kernel只需配置引脚复用，在kernel下打开对rmii支持，设备树增加phy设备。即可在网络上互通。

由于需要实现软控制，选择dsa框架来实现。

A. dsa框架知识背景

1. dsa介绍
本质上是在链路层和网络层之间抽象出来的一层逻辑交换机。
2. dsa框架组成

DSA Switch：实现DSA框架的交换机设备。
DSA Master：DSA框架的主控节点，负责管理DSA Switch及其之间的通信,一般是网卡驱动。
DSA Slave：连接到DSA Switch的物理端口，负责转发数据包。
DSA Tag：标记数据包的源和目的信息，指示数据包应该从哪个端口发送和转发>到哪个端口。

3. phy驱动与switch驱动

  • mac_to_phy模式选择phy驱动：
    phy 驱动的核心功能是提供phy初始化接口，自动协商接口，以及状态读取接口（linkup,协商速率,等），不提供控制接口。
  • mac_to_mac模式选择switch驱动：
    switch 驱动核心功能是实现应用层配置vlan ，port等

4. 网络设备角度看
在这里插入图片描述
1703571336498)

B. rtl8363 switch驱动要实现的功能

1. 根据dsa_switch_ops结构体，根据实际需要实现相应接口
.get_tag_protocol：支持tagging协议
.probe：因为是虚拟phy，建议直接rutuen “驱动名”，表示支持该设备。
.setup: 当dsa驱动probe到设备，会调用该setup去配置和初始化设备。
.phy_read/.phy_write: switch的读写函数，根据平台不同去修改api底层接口。
例如：stmmac用的是stmmac_mdio_read，mdrv是MHal_EMAC_read_phy；
在这里插入图片描述

2. 增加attribute_group接口，方便应用层调试
增加一些接口来获取和设置rtl8363的配置。
例如： 获取rtl8363物理端口的连接状态
rtk_port_phyStatus_get
在这里插入图片描述

c. dsa设备树配置

1.设备树配置主要注意的是mdio和dsa的reg

  • mdio: das的dsa,mii-bus一定要和网卡驱动的mdio是一个节点，因为dsa在probe需要同一mdio总线，发现mdio设备，此外dsa是通过这个mdiobus去find到网卡驱动注册的phy设备，否则dsa直接probe失败。
  • switch:可见rlt8363结构图，phy1和phy3接rj45,其余默认配置即可
    在这里插入图片描述

四. dsa的实现流程

A. DSA加载rtl8363 switch驱动

  • dsa多次probe:当内核探测到新设备插入总线时，会遍历已注册的驱动程序列表，并调用与之匹配的驱动程序的probe函数。

1.网卡驱动注册phy流程:
网卡驱动先注册mdio总线，注册总线时会将设备类型和mdio_bus_class关联，关联之后，创建phy绑定总线为mdio总线

  1. MDev_EMAC_init
  2.   MDev_EMAC_mii_init 
  3.     of_mdiobus_register
  4.       mdiobus_register
  5.         bus->dev.class = &mdio_bus_class; //网络驱动的midobus归属于MDIO总线类设备，简而言之在mdio_bus_class下可以找到emac的mdiobus
  6.         mdiobus_scan
  7.           get_phy_device  //手动返回phyid
  8.             phy_device_create // 创建虚拟phy
  9.                 mdiodev = &dev->mdio;
  10.                 mdiodev->dev.bus = &mdio_bus_type; //设备总线类型为mdio总线
  11.           phy_device_register

在sys文件系统下bus->dev.class = &mdio_bus_class的效果
在这里插入图片描述

在sys文件系统下mdiodev->dev.bus = &mdio_bus_type的效果
在这里插入图片描述

2.dsa probe phy流程:

  1. dsa_probe
  2.   dsa_of_probe 
  3. 	mdio_bus = of_mdio_find_bus(mdio);
  4.         class_find_device(&mdio_bus_class, NULL,  mdio_bus_np,
  5. 			      of_mdio_bus_match); //寻找mdio类设备 本质上判断dsa的bus是否也归属于mdioclass，所以这里需要设备树设置正确
  6.  
  7.   dsa_setup_dst
  8.     dsa_switch_setup
  9.         dsa_switch_probe
  10.             name = ops->probe(parent, host_dev, sw_addr, priv); //调用rtl8363 probe
  11.         dsa_switch_setup_one
  12.             tag_protocol = ops->get_tag_protocol(ds); //设置tag协议，根据实际情况设置
  13. 		    dst->tag_ops = dsa_resolve_tag_protocol(tag_protocol);
  14.             dst->rcv = dst->tag_ops->rcv; //协议回调处理函数
  15.             ret = ops->setup(ds); // 调用rtl8363.setup初始化
  16.             dsa_slave_create // 创建switch port
  17.             dsa_cpu_dsa_setup // 
  18.               of_phy_find_device // 
  19.                 bus_find_device(&mdio_bus_type, NULL, phy_np, of_phy_match);//在mdio总线下寻找固定连接phy
  20.             ds->ops->adjust_link(ds, port, phydev); //cpu port和emac 固定phy建立连接
  21.                     genphy_update_link //更新链路

在sys文件系统下class_find_device的效果
在这里插入图片描述

在sys文件系统下bus_find_device的效果
在这里插入图片描述

在sys文件系统下mdio_bus_type下所有驱动
在这里插入图片描述

3.大体流程
在这里插入图片描述

B. DSA数据流

网络数据流：

  1. MDev_EMAC_rx
  2.   napi_gro_receive
  3.     __netif_receive_skb
  4.       __netif_receive_skb_core
  5.         skb_vlan_untag
  6.         type = skb->protocol;// 获取网络数据协议
  7.         deliver_ptype_list_skb
  8.           deliver_skb
  9.             pt_prev->func(skb, skb->dev, pt_prev, orig_dev);//获取协议处理器的处理函数
  10.             // 如果switch驱动.get_tag_protocol不为0,那么网络数据会dsa的协议处理器.func   = dsa_switch_rcv 处理。
  11.             //dsa处理完后又会调napi_gro_receive继续剥离数据heard
  12.             napi_gro_receive
  13.             ，，，，
  14.     ---> 网络层

dsa协议处理器

  1.   dsa_switch_setup_one
  2.     tag_protocol = ops->get_tag_protocol(ds); // 获取驱动协议
  3. 	dst->tag_ops = dsa_resolve_tag_protocol(tag_protocol); 
  4.       ops = dsa_device_ops[tag_protocol]; /*
  5.             const struct dsa_device_ops *dsa_device_ops[DSA_TAG_LAST] = {
  6.                 #ifdef CONFIG_NET_DSA_TAG_DSA
  7.                     [DSA_TAG_PROTO_DSA] = &dsa_netdev_ops,
  8.                 #endif
  9.                 #ifdef CONFIG_NET_DSA_TAG_EDSA
  10.                     [DSA_TAG_PROTO_EDSA] = &edsa_netdev_ops,
  11.                 #endif
  12.                 #ifdef CONFIG_NET_DSA_TAG_TRAILER
  13.                     [DSA_TAG_PROTO_TRAILER] = &trailer_netdev_ops,
  14.                 #endif
  15.                 #ifdef CONFIG_NET_DSA_TAG_BRCM
  16.                     [DSA_TAG_PROTO_BRCM] = &brcm_netdev_ops,
  17.                 #endif
  18.                 #ifdef CONFIG_NET_DSA_TAG_QCA
  19.                     [DSA_TAG_PROTO_QCA] = &qca_netdev_ops,
  20.                 #endif
  21.                     [DSA_TAG_PROTO_NONE] = &none_ops,
  22.                 };*/
  23.     dst->rcv = dst->tag_ops->rcv;// 获取协议处理函数

DSA数据流和控制流图
在这里插入图片描述

五. dsa的使用

A. 应用层控制实例

略

B. 内核实现

略

相关资料链接：
【网络BSP开发经验】交换芯片驱动开发1（RTL8306MB交换芯片驱动开发）
https://blog.csdn.net/yy197696/article/details/129571370
//kernel dsa文档
https://www.kernel.org/doc/html/v5.15/networking/dsa/dsa.html
Linux 5.4内核Distributed Switch Architecture » Architecture翻译
https://blog.csdn.net/u010687717/article/details/124857859
网口扫盲二:Mac与Phy组成原理的简单分析
https://www.cnblogs.com/jason-lu/p/3196096.html
linux phy fixed-link
https://blog.csdn.net/u014044624/article/details/130670398?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2defaultbaidujs_baidulandingword~default-0-130670398-blog-124857859.235v38pc_relevant_default_base3&spm=1001.2101.3001.4242.1&utm_relevant_index=3
一文搞懂 Linux 网络 Phy 驱动
https://cloud.tencent.com/developer/article/2355036?from=15425
ARM与交换芯片mac_to_mac固定模式总结
https://blog.csdn.net/newbee_sccc/article/details/126266772
设备树 phy节点 使用说明
https://blog.csdn.net/weixin_45647912/article/details/108975862
phy 驱动与 switch 驱动
https://blog.csdn.net/agave7/article/details/106519019
Linux DSA Net Switch驱动开发
https://blog.csdn.net/Zhu_Zhu_2009/article/details/108654578
Linux 内核：设备驱动模型（3）class与device
https://www.cnblogs.com/schips/p/linux_device_model_3.html
以太网驱动的流程浅析(五)-mii_bus初始化以及phy id的获取
https://www.cnblogs.com/sky-heaven/p/11942921.html
STMMAC驱动
https://blog.csdn.net/qq_41076734/article/details/129163748
第十六章PHY -基于Linux3.10
https://blog.csdn.net/shichaog/article/details/44682931
linux驱动_sigmastar_SSD202D网络驱动简析
https://blog.csdn.net/gavinpeng/article/details/127104218
linux内核网络协议栈–netif_receive_skb()函数（八）
https://blog.csdn.net/qq_20817327/article/details/106752029

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