国产芯路：复旦微FMQL调试笔记2：PS网口设备树配置与调试实战

1. FMQL芯片PS端网口配置基础

第一次接触复旦微FMQL芯片的工程师，可能会被PS端网口的配置搞得一头大。这里我把自己踩过的坑总结一下，希望能帮你少走弯路。FMQL的PS端网口采用的是Synopsys DesignWare GMAC控制器，和Xilinx Zynq的架构类似，但在细节上还是有些差异需要注意。

先说说最基本的设备树配置。FMQL的GMAC控制器在设备树中的节点名是gmac0和gmac1，这点和Zynq保持一致。最简单的单PHY配置如下：

c复制&gmac0 {
    status = "okay";
    snps,reset-gpio = <&portb 17 GPIO_ACTIVE_LOW>;
    snps,reset-active-low;
    snps,reset-delays-us = <0 10000 100000>;
    phy-mode = "rgmii";
    phy-handle = <&phy0>;
    
    mdio@0 {
        compatible = "snps,dwmac-mdio";
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <0>;
        
        phy0: eth-phy@7 {
            reg = <7>;
        };
    };
};

这里有几个关键点需要注意：

1. snps,reset-gpio必须正确配置，否则PHY芯片无法正常复位
2. snps,reset-delays-us三个参数分别代表复位前延时、复位脉冲宽度和复位后延时，单位是微秒
3. phy-mode要根据实际硬件连接选择，常见的有rgmii、rgmii-id等

2. PHY地址配置的两种方式

在实际项目中，PHY地址的配置有两种常见方式：明确指定和自动扫描。两种方式各有优缺点，需要根据具体情况选择。

2.1 明确指定PHY地址

这种方式直接在设备树中写明PHY的地址，如上文的eth-phy@7表示PHY地址是7。优点是明确可靠，不会出现地址冲突；缺点是不够灵活，如果硬件设计变更需要修改设备树。

c复制phy0: eth-phy@7 {
    reg = <7>;
};

2.2 自动扫描PHY地址

如果不指定PHY地址，内核会扫描所有可能的PHY地址(0-31)：

c复制&gmac0 {
    status = "okay";
    snps,reset-gpio = <&portb 17 GPIO_ACTIVE_LOW>;
    snps,reset-active-low;
    snps,reset-delays-us = <0 10000 100000>;
    phy-mode = "rgmii";
};

这种方式的好处是灵活，不需要关心PHY的具体地址；缺点是启动时会花费更多时间扫描，而且如果总线上有多个PHY可能会引起混淆。

特别提醒：在20210816版本的BSP中，即使使用自动扫描方式，也必须保留mdio节点，因为uboot对共享MDIO总线的支持做了修改。

3. 共享MDIO总线的配置技巧

在一些设计中，两个GMAC可能共享同一个MDIO总线控制多个PHY。这种情况下配置要格外小心，我遇到过不少坑。

3.1 基本配置方法

下面是典型的共享MDIO总线配置：

c复制&gmac0 {
    status = "okay";
    snps,reset-gpio = <&portb 17 0>;
    snps,reset-active-low;
    snps,reset-delays-us = <0 10000 100000>;
    phy-handle = <&phy0>;
    
    mdio@0 {
        compatible = "snps,dwmac-mdio";
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <0>;
        
        phy0: eth-phy@7 {
            reg = <7>;
        };
        
        phy1: eth-phy@4 {
            reg = <4>;
        };
    };
};

&gmac1 {
    phy-mode = "rgmii-id";
    status = "okay";
    phy-handle = <&phy1>;
};

这里有几个要点：

1. MDIO节点必须挂在其中一个GMAC下面（通常是gmac0）
2. 两个GMAC通过phy-handle分别引用不同的PHY
3. gmac1默认的phy-mode和gmac0不同，需要明确指定

3.2 PHY地址0的陷阱

这里要特别强调一个坑：共享MDIO总线时，PHY地址不能使用0！因为0是广播地址，不同PHY芯片对广播地址的处理方式不同，可能导致各种奇怪的问题。

有些PHY厂家允许关闭对0地址的响应（比如88E1116R），但为了保险起见，最好避免使用0地址。单PHY情况下没有这个限制，因为不存在地址冲突。

4. phy-mode的选择与调试

phy-mode的配置对网络稳定性影响很大，也是调试中最容易出问题的地方之一。

4.1 常见phy-mode类型

FMQL支持的phy-mode主要有以下几种：

• rgmii：MAC和PHY都不添加延迟
• rgmii-id：PHY内部提供RX和TX延迟
• rgmii-rxid：仅PHY内部提供RX延迟
• rgmii-txid：仅PHY内部提供TX延迟

选择哪种模式取决于PHY芯片的特性和硬件设计。一般来说，现代PHY芯片都支持内部延迟，推荐使用rgmii-id。

4.2 延迟问题的调试技巧

当遇到网络不稳定、丢包等问题时，很可能是延迟配置不当导致的。可以尝试以下调试方法：

1. 先用百兆模式测试：

c复制max-speed = <100>;

百兆模式对延迟要求较低，如果能稳定工作，说明问题可能出在千兆模式的延迟配置上。

2. 尝试不同的phy-mode：

c复制phy-mode = "rgmii-id";  // 或rgmii、rgmii-rxid、rgmii-txid

3. 使用ethtool查看和调整参数：

bash复制ethtool eth0  # 查看网口状态
ethtool -s eth0 speed 100 duplex full  # 强制设为百兆

4. 检查硬件连接：

• 确保时钟信号质量良好
• 检查PCB走线长度是否符合RGMII规范
• 确认电源滤波是否充分

5. 实际调试案例分享

去年在一个国产化替代项目中，我们遇到了一个典型的GMAC调试问题。现象是网络时断时续，百兆模式下基本正常，但千兆模式下丢包严重。

经过排查，发现问题出在phy-mode的配置上。硬件设计使用的是PHY内部延迟，但设备树中配置的是rgmii模式。修改为rgmii-id后问题解决：

c复制phy-mode = "rgmii-id";

另一个案例是共享MDIO总线的问题。两个GMAC共用一个MDIO总线控制两个PHY，其中一个PHY地址设为0。结果发现两个网口会随机出现无法连接的情况。将PHY地址改为非0值后问题消失。

6. 设备树调试实用技巧

在调试GMAC相关问题时，以下几个技巧可能会帮到你：

1. 查看内核启动日志：

bash复制dmesg | grep gmac

这会显示GMAC驱动加载时的详细信息，包括PHY检测结果、工作模式等。

2. 使用phy寄存器调试工具：

bash复制mdio-tool eth0 read 0x1 0x0  # 读取PHY ID寄存器
mdio-tool eth0 read 0x1 0x11 # 读取PHY状态寄存器

3. 强制重新探测PHY：

bash复制echo 1 > /sys/class/net/eth0/phydev/reset

4. 检查时钟配置：
   确保GMAC参考时钟频率正确，通常为125MHz或25MHz。

5. 使用示波器测量：

• 检查RGMII信号质量
• 测量复位时序是否符合要求
• 验证时钟频率和抖动

7. 常见问题解答

Q：为什么我的网口无法连接？
A：按照以下步骤排查：

1. 检查PHY复位信号是否正确
2. 确认MDIO总线通信正常（可以通过读取PHY ID验证）
3. 检查phy-mode配置是否正确
4. 验证PCB走线是否符合规范

Q：千兆模式下不稳定怎么办？
A：尝试以下方法：

1. 改用百兆模式测试
2. 调整phy-mode为rgmii-id
3. 检查时钟信号质量
4. 在设备树中添加tx-delay/rx-delay参数

Q：如何确认PHY地址？
A：有以下几种方法：

1. 查看硬件原理图
2. 使用mdio-tool扫描所有地址
3. 查看内核启动日志中的PHY检测信息

Q：两个网口无法同时工作？
A：可能是共享MDIO总线冲突导致，检查：

1. PHY地址是否有冲突（特别是地址0）
2. 每个GMAC是否正确引用了不同的PHY
3. 复位信号是否独立控制

8. 进阶配置与优化

对于有更高要求的应用场景，还可以进行以下优化：

1. 启用硬件校验和卸载：

c复制&gmac0 {
    snps,pbl = <32>;
    snps,txpbl = <32>;
    snps,rxpbl = <32>;
    snps,no-pbl-xon;
};

2. 调整DMA缓冲区大小：

c复制&gmac0 {
    max-frame-size = <9000>;  // 支持Jumbo Frame
};

3. 启用EEE节能模式：

c复制&gmac0 {
    snps,eee-force-disable;
};

4. 优化中断处理：

c复制&gmac0 {
    interrupts = <0 45 4>;
    interrupt-names = "macirq";
};

这些优化需要根据具体应用场景进行调整，建议在基本功能调通后再进行尝试。