基于MPC8560的吉比特以太網(wǎng)接口設(shè)計(jì)(圖)
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)通信控制器的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛。集成powerpc微處理器的mpc8560 powerquicc ⅲ作為一個(gè)多用途、高性能的通信微處理器,具有非常靈活的一體化單元系統(tǒng)和外圍通信控制器,能被廣泛運(yùn)用于通信和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),是目前為電信和網(wǎng)絡(luò)市場(chǎng)而設(shè)計(jì)的最先進(jìn)的集成通信微處理器之一。它集成了豐富的網(wǎng)絡(luò)和通信外圍設(shè)備,提供了更大的靈活性、擴(kuò)展能力和更高的集成度。
mpc8560簡(jiǎn)介
mpc8560內(nèi)部集成了兩個(gè)處理模塊:一個(gè)高性能嵌入式powerpc e500內(nèi)核和一個(gè)通信處理模塊(cpm)。此外,該芯片還提供了片內(nèi)緩存、ddr控制器、可編程中斷控制器、通用i/o口、dma和i2c等多種接口控制器。
與使用較多的mpc8260最大的不同是,mpc8560增加了兩個(gè)三速以太網(wǎng)控制器(three-speed ethernet controller,tsec),實(shí)現(xiàn)了10mb/s、100mb/s和1gb/s三種不同速度的以太網(wǎng)協(xié)議接口控制。本文將主要討論如何使用這兩個(gè)tsec實(shí)現(xiàn)吉比特以太網(wǎng)接口。
吉比特以太網(wǎng)物理層協(xié)議及接口
參考文獻(xiàn)上對(duì)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的介紹往往局限于對(duì)協(xié)議分層的理論分析,對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議尤其是吉比特以太網(wǎng)協(xié)議在實(shí)際應(yīng)用中的接口討論較少,本文將對(duì)吉比特以太網(wǎng)協(xié)議在應(yīng)用中的接口作總結(jié)性的介紹。
吉比特以太網(wǎng)協(xié)議的數(shù)據(jù)鏈路層與傳統(tǒng)的10/100mb/s以太網(wǎng)協(xié)議相同,但物理層有所不同。三種協(xié)議與osi七層模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖1所示。
圖1 三種以太網(wǎng)協(xié)議與osi模型的對(duì)應(yīng)關(guān)系
從圖1可以看出,吉比特以太網(wǎng)協(xié)議與10/100mb/s以太網(wǎng)協(xié)議的差別僅僅在于物理層。圖中的phy表示實(shí)現(xiàn)物理層協(xié)議的芯片;協(xié)調(diào)子層(reconciliation sublayer)用于實(shí)現(xiàn)指令轉(zhuǎn)換;mii(介質(zhì)無(wú)關(guān)接口)/gmii(吉比特介質(zhì)無(wú)關(guān)接口)是物理層芯片與實(shí)現(xiàn)上層協(xié)議的芯片的接口;mdi(介質(zhì)相關(guān)接口)是物理層芯片與物理介質(zhì)的接口;pcs、pma和pmd則分別表示實(shí)現(xiàn)物理層協(xié)議的各子層。在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中,這些子層的操作細(xì)節(jié)將全部由phy芯片實(shí)現(xiàn),只需對(duì)mii和mdi接口進(jìn)行設(shè)計(jì)與操作即可。
吉比特以太網(wǎng)的物理層接口標(biāo)準(zhǔn)主要有四種:gmii、rgmii(reduced gmii)、tbi(ten-bit interface)和rtbi(reduced tbi)。gmii是標(biāo)準(zhǔn)的吉比特以太網(wǎng)接口,它位于mac層與物理層之間。對(duì)于tbi接口,圖1中pcs子層的功能將由mac層芯片實(shí)現(xiàn),在降低phy芯片復(fù)雜度的同時(shí),控制線也比gmii接口少。rgmii和rtbi兩種接口使每根數(shù)據(jù)線上的傳輸速率加倍,數(shù)據(jù)線數(shù)目減半。
由此可見(jiàn),使用tbi接口來(lái)實(shí)現(xiàn)吉比特以太網(wǎng)接口所用的控制線和數(shù)據(jù)線比gmii接口少,因此設(shè)計(jì)與使用相對(duì)容易。雖然tbi接口比rtbi接口的數(shù)據(jù)線多,但是每根數(shù)據(jù)線上的傳輸速率可以低一倍,大大降低了pcb布板的難度。因此,相對(duì)其他方式,使用tbi接口實(shí)現(xiàn)起來(lái)最簡(jiǎn)單,難度最低。此外,tbi接口的phy芯片比gmii接口的phy芯片成本低很多。對(duì)于同時(shí)提供gmii和tbi兩種接口的芯片,推薦使用tbi接口設(shè)計(jì)方案。
mpc8560與phy芯片的接口設(shè)計(jì)
mpc8560對(duì)四種不同的接口標(biāo)準(zhǔn)都提供了支持,本文僅討論tbi接口。
tlk2201芯片是支持tbi和rtbi兩種接口的單信道吉比特以太網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器。它是業(yè)界第一批符合802.3規(guī)格的2.5v器件,無(wú)須任何外接電容,這可以節(jié)省電路板面積,減少零件的數(shù)目,從而降低產(chǎn)品的成本。此外,該芯片的功耗也相當(dāng)?shù)汀?/P>
圖2 mpc8560與tlk2201的接口設(shè)計(jì)
mpc8560與tlk2201的連接如圖2所示。需要注意的是,td0~td9和rd0~rd9并不全是數(shù)據(jù)線。td8對(duì)應(yīng)tx_er,作為發(fā)送出錯(cuò)標(biāo)志位;td9對(duì)應(yīng)tx_en,作為發(fā)送使能位;rd8對(duì)應(yīng)rx_dv,作為接收數(shù)據(jù)有效位;rd9對(duì)應(yīng)rx_er,作為接收差錯(cuò)檢測(cè)位。
此外還應(yīng)注意到,圖中使用的是sfp(可插拔)光模塊,這是因?yàn)閠lk2201只提供了光模塊吉比特以太網(wǎng)接口。
對(duì)tsec控制器的初始化
mpc8560對(duì)tsec控制器的初始化過(guò)程如下。只要按照順序逐一完成相應(yīng)的步驟,即可正確配置tsec的吉比特網(wǎng)絡(luò)接口。
- 設(shè)置maccfg1寄存器,對(duì)mac進(jìn)行軟復(fù)位;
- 清除maccfg1寄存器的軟復(fù)位;
- 設(shè)置maccfg2寄存器,選擇tsec工作模式(如全雙工或半雙工、crc校驗(yàn)是否使能等);
- 初始化寄存器ecntrl,設(shè)置接口為tbi標(biāo)準(zhǔn);
- 設(shè)置mac地址、物理地址;
- 設(shè)置mii口的速率,使用mdio對(duì)phy進(jìn)行初始化;
- 清除并設(shè)置中斷相關(guān)的寄存器ievent和imask;
- 設(shè)置hash表和hash寄存器;
- 初始化接收控制寄存器rctrl;
- 設(shè)置dma控制寄存器dmatrl;
- 設(shè)置接收緩沖區(qū)大小;
- 設(shè)置收發(fā)緩沖描述符(buffer descriptor,bd);
- 設(shè)置maccfg1中的收發(fā)使能位,完成tsec初始化。
在初始化tsec的過(guò)程中尤其要注意在設(shè)置寄存器后,控制器處于不穩(wěn)定狀態(tài),不能馬上執(zhí)行下一步的操作,需要作一定的延遲等待。通常,可以讀取相應(yīng)的狀態(tài)寄存器以判斷是否可以繼續(xù)下一步,也可以使用某些操作系統(tǒng)提供的定時(shí)延遲來(lái)完成,如vxworks中的taskdelay()。
測(cè)試及其結(jié)果
為了測(cè)試設(shè)計(jì)好的吉比特以太網(wǎng)接口的性能,將吉比特以太網(wǎng)接口與專門(mén)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)接口性能的儀器smartbits相連。一個(gè)最為簡(jiǎn)單的測(cè)試方法是使用smartbits發(fā)送數(shù)據(jù)包到mpc8560的吉比特以太網(wǎng)接口,mpc8560接到數(shù)據(jù)包后,將數(shù)據(jù)直接返還給smartbits。smartbits將會(huì)統(tǒng)計(jì)并顯示測(cè)試結(jié)果。
圖3 吉比特以太網(wǎng)接口測(cè)試結(jié)果
測(cè)試結(jié)果如圖3所示,傳輸速率(rates)可以達(dá)到1gb/s左右,而且還略有裕量。
為了測(cè)試吉比特以太網(wǎng)接口更為全面的性能,需要對(duì)不同大小的數(shù)據(jù)包、突發(fā)大量數(shù)據(jù)流等進(jìn)行測(cè)試,限于篇幅,不再討論具體的測(cè)試細(xì)節(jié)。
設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)
由于數(shù)據(jù)線上的傳輸速率相對(duì)較高,硬件部分的設(shè)計(jì)需要注意以下幾點(diǎn)。
- tbi接口每根數(shù)據(jù)線的傳輸速率是125mb/s,為了保證采樣與信號(hào)的同步,接收信號(hào)線rd0~rd9的長(zhǎng)度和接收時(shí)鐘線rxclk必須等長(zhǎng)。同理,發(fā)送信號(hào)線td0~td9的長(zhǎng)度和發(fā)送時(shí)鐘線txclk也必須等長(zhǎng)。
- 為了保證阻抗匹配,tbi接口所有信號(hào)線的阻抗必須控制在50ω
評(píng)論