网络驱动-＞PHY驱动调试

1. Linux 系统网络协议层架构

网络协议框架图：

网络子系统是 linux 操作系统里很重要的一部分。关于这部分有很多的参考资料。这里主要说明一下 phy
芯片在整个子系统里的位置。从这个结构里看到，PHY 驱动的功能处于链路层。

以太网物理层与硬件连接
从软件角度，对 phy 芯片的控制主要包括二部分：
1）与 MAC 设备的接口，即是 gmii 还是 rgmii。
2） Phy 芯片的地址正确配置，可以通过 mdio/mdc 正确访问到 phy 芯片的寄存器。

2. 链路层与 Linux 网络设备管理

Linux 网络设备系统包括设备与驱动二大部分。网络设备驱动包括 MAC 层的驱动、MDIO 总结接口驱动
与 phy 驱动。结合 linux 系统设备树定义以及设备管理系统，构成 phy 驱动在开发过程中涉及到的所有
部分。示意如下图：
在 Linux 设备管理系统里，硬件设备对应于在/sys/devices 下有对应的节点。如 MAC 设备：

ls -l /sys/devices/platform/ | grep ethernet
drwxr-xr-x 5 root root 0 2011-01-01 13:00 ff290000.ethernet

同理，硬件的 mdio 总线和 phy 芯片也会对应有一个设备节点：


rk3288:/sys/devices/platform/ff290000.ethernet # ls -l | grep bus
lrwxrwxrwx 1 root root 0 2021-01-23 05:44 driver -> ../../../bus/platform/drivers/rk_gmac-dwmac
drwxr-xr-x 3 root root 0 2011-01-01 13:00 mdio_bus ；mdio 设备节点
lrwxrwxrwx 1 root root 0 2021-01-23 10:37 subsystem -> ../../../bus/platform
rk3288: /sys/devices/platform/ff290000.ethernet/mdio_bus/stmmac-0 # ls -l | grep stmm
drwxr-xr-x 3 root root 0 2011-01-01 13:00 stmmac-0:04 ；地址为 4 的 phy 设备节点

3. Linux 以太网 phy 驱动基本开发流程

根据上图 linux 模块之间的关系，总结 Phy 驱动的开发流程如下：

硬件设计。包括 PHY 芯片地址设定、与 MAC 接口模式（如 RGMII）、MAC 时钟的接入方式、PHY 芯
片的复位管脚以及 PHY 芯片上电工作模式的设置。

根据硬件连接，修改 linux 系统的设备定义树.dts 文件。通常是修改 GMAC 的定义以及 MII 管脚复用
定义。具体需要看 SOC 芯片开发平台的定义。
把 phy 驱动编译链接到到 Linux Kernel Image 里来。具体请参考文档《裕太驱动使用手册》。
开机运行，检查目标机系统里有没有网络设备，如 eht0。如果有则进行下一步网络功能与性能的测
试。如果没有，请检查：

Phy 驱动有没被正确加载，参看文档《裕太驱动使用手册》。
MAC 驱动有没有正确运行，参看开发平台提供的 MAC 驱动，重点检查(1)在 DTS 里配置的
compatible 字段与 MAC 驱动里的定义是否一致。(2)MAC 资源(io map)与 irq 是否加载正确。
MDIO 是否访问正确。在 mdio 扫描代码里增加打印看 phy 寄存器的读写是否正确。
Phy id 是否被正确识别。在 mdio 扫描代码里增加打印看读到的 phy id 与 phy 驱动的 phy id 是
否一致。
与硬件工程师确认 phy 芯片是否工作正常(上电时序、时钟，供电及复位等)，正常的话 phy 应该可以 link up。

网络设备建议与正常 Link up 之后，就可以进行网络功能测试。主要是 ping 通。
Ping 通是很关键的一步。Ping 通与以下配置有关：

如果是 rgmii 接口，在设备树配置文件里的 tx_delay 和 rx_dealy 的配置很重要，参考后面关于
rgmii delay line 的配置。
PHY 的状态(link up, speed, duplex)是否正确。这个需要在 phy state machine 里增加打印进行跟
踪（通常在 phy.c 里）。
通过统计计数(MAC 层，phy 层)来确认是哪个方向（tx 或者 rx）的问题。

网络性能测试。主要是 iperf 性能测试。测试在 1000m 和 100m 等各种情况下的网络性能。
到这里整个 phy 驱动的功能就算完成了

4. Linux 设备树里 MAC 定义

MAC 设备的硬件描述在不同的平台里有区别。大多数的系统平台都使用 linux 的.dts 文件。如rk3556的RGMII：

&gmac1 {phy-mode = "rgmii";clock_in_out = "input";snps,reset-gpio = <&gpio0 RK_PC2 GPIO_ACTIVE_LOW>;snps,reset-active-low;snps,reset-delays-us = <0 20000 100000>;assigned-clocks = <&cru SCLK_GMAC1_RX_TX>, <&cru SCLK_GMAC1>, <&cru CLK_MAC1_OUT>;assigned-clock-parents = <&cru SCLK_GMAC1_RGMII_SPEED>, <&gmac1_clkin>;assigned-clock-rates = <0>, <125000000>, <25000000>;pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&gmac1m1_miim&gmac1m1_tx_bus2&gmac1m1_rx_bus2&gmac1m1_rgmii_clk&gmac1m1_rgmii_bus/*&eth1m1_pins*/&gmac1m1_clkinout>;tx_delay = <0x28>;rx_delay = <0x0>;phy-handle = <&rgmii_phy1>;status = "okay";
};&mdio1 {status = "okay";rgmii_phy1: phy@1 {   //phy的地址：001compatible = "ethernet-phy-ieee802.3-c22";reg = <0x1>; //phy的地址clocks = <&cru CLK_MAC1_OUT>;};
};

这其中phy的地址需要跟硬件确认，我之前调试的时候一直attch不到phy就是phy的地址没有弄正确

5.RGMII 接口 delay line 调整

对于 RGMII 接口，rx 和 tx delay line 调整的过程如下：

如果有参考的板子，可以按照参考值尝试。如果不行就按下面的步骤再进行。
在 DTS 里，把 tx_delay 和 rx_delay 都设置为 0。 3）上电看能不能 ping 通。
如果不能 ping 通或者 ping 时断时续，就按下面的步骤，修改 PHY 本身的 delay 配置。通常 rx_delay不用调整。下面调整 tx_delay。Phy 寄存器读写方法参见下面的说明。

设置 Ext. Reg 0xc.bit[7:4]为 0xf
软件复位 phy（mii_reg_0.b15=1）
Link up 之后，看能不能 ping 通。
如果不行，按二分法减少 delay 值，设置 Ext. Reg 0xc.bit[7:4]，再从 b)步骤尝试，直到 ping 通。如果尝试了所有值都不通，再修改 DTS 里 tx_delay 为 0xf 再从步骤 3）开始尝试。

最后找到的值配置 dts 文件或者 Ext. Reg 0xc.bit[7:4]（这里时修改phy的寄存器）。建议优先设置 dts 文件。

6。寄存器读写工具

6.1 PHY 寄存器读写

6.1.1 Linux MAC 设备 mdio 方法

通常 linux 系统的 mac 设备都有一个通用的方法对 phy 寄存器进行读写，不太好用，但不需要额外工作可以直接使用。方法是：

找到 phy 设备，如：

ls -l /sys/devices/platform/ | grep eth
drwxr-xr-x 5 root root 0 2011-01-01 13:00 ff290000.ethernet

上面例子里，找到 mac 设备 ff290000.ethernet，继续找到 phy 设备，如下：

ls -l /sys/devices/platform/ff290000.ethernet/mdio_bus/
total 0
drwxr-xr-x 5 root root 0 2011-01-01 13:00 stmmac-0
ls -l /sys/devices/platform/ff290000.ethernet/mdio_bus/stmmac-0/
total 0
lrwxrwxrwx 1 root root 0 2021-01-23 13:32 device -> ../../../ff290000.ethernet
drwxr-xr-x 2 root root 0 2011-01-01 13:00 power
drwxr-xr-x 3 root root 0 2011-01-01 13:00 stmmac-0:00
drwxr-xr-x 3 root root 0 2011-01-01 13:00 stmmac-0:04
lrwxrwxrwx 1 root root 0 2021-01-23 13:32 subsystem -> ../../../../../class/mdio_bus
-rw-r--r-- 1 root root 4096 2011-01-01 13:00 uevent

找到 phy 设备 stmmac-0:04：

cd /sys/devices/platform/ff290000.ethernet/mdio_bus/stmmac-0/stmmac-0:04
ls -l
total 0
lrwxrwxrwx 1 root root 0 2021-01-23 05:23 driver -> ../../../../../../bus/mdio_bus/drivers/YT8511 Gigabit Ethernet
-r--r--r-- 1 root root 4096 2021-01-23 05:23 phy_has_fixups
-r--r--r-- 1 root root 4096 2021-01-23 05:23 phy_id
-r--r--r-- 1 root root 4096 2021-01-23 05:23 phy_interface
-rw-r--r-- 1 root root 4096 2021-01-23 05:23 phy_registers
drwxr-xr-x 2 root root 0 2011-01-01 13:00 power
lrwxrwxrwx 1 root root 0 2021-01-23 05:23 subsystem -> ../../../../../../bus/mdio_bus
-rw-r--r-- 1 root root 4096 2011-01-01 13:00 uevent

对 phy 寄存器的读写就是操作文件 phy_registers。
2) 读寄存器
cat phy_registers
3) 写 mii 寄存器
例：写 mii reg 0 为 0x9000:
echo 0x0 0x9000> phy_registers
4) 读 ext 寄存器
例：读 ext reg 0xc:
echo 0x1e 0xc> phy_registers && cat phy_registers
30: 0xc
31: 0x8052
返回值在 mii reg 0x1f（31d）里，例中为 0x8052。
5) 写 ext 寄存器
例：写 ext reg 0xc 值为 0x80f6:
echo 0x1e 0xc> phy_registers && echo 0x1f 0x80f6> phy_registers

6.2 GMAC 寄存器读写

这个依赖于不同的平台。以下以瑞芯微 rk3399 开发平台为例。

6.2.1 内存读写工具: io

注意 GMAC 的基地址是 0xff730000。GMAC 基地址可以在 DTS 文件中查到。

读 GMAC 寄存器（32 位寄存器，从偏移为 0 开始的 4 个寄存器）
[root@cqrk3399:/]# io -4 -l 16 0xff730000 ;显示当前 gpio1 的 in/out，及值配置
ff730000: 00000018 01024018 00000000 00000000 ;gpio1 a[1]=input, val=0
写 GMAC 寄存器（32 位寄存器，偏移地址为 4）
[root@cqrk3399:/]# io -4 -w 0xff730004 0x0102401a; GPIO DDR 寄存器，gpio1 a[1]=output
写 GMAC 寄存器（32 位寄存器，偏移地址为 0）
[root@cqrk3399:/]# io -4 -w 0xff730000 0x1a ; GPIO DR 寄存器，gpio1 a[1]=output 1

7. 收发包统计计数查看

在定位 phy 收发包问题时，重要的一步是分清是发送问题还是接收问题。所以查看收发包的计数可以帮
忙定位问题。

7.1 MAC 层收发包计数

7.1.1 ifconfig

ifconfig eth0
eth0 Link encap:Ethernet HWaddr 5e:8a:8a:5b:9f:74 Driver rk_gmac-dwmacinet addr:192.168.1.202 Bcast:192.168.1.255 Mask:255.255.255.0 inet6 addr: fe80::d6ea:73da:63fa:8827/64 Scope: LinkUP BROADCAST RUNNING MULTICAST MTU:1500 Metric:1RX packets:1993 errors:0 dropped:0 overruns:0 frame:0 TX packets:1046 errors:0 dropped:0 overruns:0 carrier:0 collisions:0 txqueuelen:1000 RX bytes:142969 TX bytes:128206 Interrupt:41

这里的 RX/TX packets 表示 MAC 成功接收和发出的包数。通过多次读取并对比可以确定哪个方向有问题。

7.1.2 /proc/net/dev

Linux proc 文件系统也提供了网络设备 MAC 层的包统计信息：

cat /proc/net/dev
Inter-|   Receive                                                |  Transmitface |bytes    packets errs drop fifo frame compressed multicast|bytes    packets errs drop fifo colls carrier compressed
ip6tnl0:        0       0    0    0    0     0          0         0        0       0    0    0    0     0       0          0
ip6_vti0:      0       0    0    0    0     0          0         0        0       0    0    0    0     0       0          0can0:          0       0    0    0    0     0          0         0        0       0    0    0    0     0       0          0eth0:          0       0    0    0    0     0          0         0     4644       0    0    0    0     0       0          0
dummy0:   0       0    0    0    0     0          0         0      560       8    0    0    0     0       0          0
ip_vti0:       0       0    0    0    0     0          0         0        0       0    0    0    0     0       0          0lo:             0       0    0    0    0     0          0         0        0       0    0    0    0     0       0          0sit0:           0       0    0    0    0     0          0         0        0       0    0    0    0     0       0          0