Rockchip GMAC RGMII Delayline Guide

文件标识：RK-KF-YF-19

发布版本：V1.1.0

日期：2020-06-24

文件密级：公开资料

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前言

概述

Rockchip 芯片具有千兆以太网的功能，使用 RGMII 接口，为了兼容各种不同硬件所带来的信号差异，芯片增加了调整 (TX/RX) RGMII delayline 功能。本文档介绍的是如何得到一组合适的 delayline 以达到千兆以太网性能最优，和如何改善硬件以得到最大的 delayline 窗口。

产品版本

芯片名称	内核版本
所有芯片	所有版本

读者对象

本文档（本指南）主要适用于以下工程师：

技术支持工程师软件开发工程师

修订记录

版本号	作者	修改日期	修改说明
V1.0.0	吴达超	2020-02-07	初始版本
V1.1.0	吴达超	2020-06-24	支持所有内核版本

[TOC]

RGMII Delayline 获取步骤

如果你的项目具有千兆以太网功能，使用的是 RGMII 接口，只要有硬件差别，都需要重新做一次 delayline 的配置。因为如果配置的 delayline 值与你项目的硬件不匹配，将会影响你千兆以太网的性能，甚至正常的网络功能。

代码确认

代码实现部分都在 drivers/net/ethernet/stmicro/stmmac/dwmac-rk-tool.c 文件，所以也比较方便移植。如果你手头上的工程没有这部分代码，请在 Redmine 上索要补丁，有 Kernel-4.4 和 Kernel-3.10 版本，Kernel-4.19 和之后的版本本身已经包含这部分代码，无需补丁。

Kernel-4.4 补丁：Rockchip_RGMII_Delayline_Kernel4.4.tar.gz 4.4 内核有优化过性能，补丁代码是基于当前代码生成的，如果有编译不过的问题，先打上 kernel4.4_stmmac_optimize_output_performances_20191119.zip。
Kernel-3.10 补丁：Rockchip_RGMII_Delayline_Kernel3.10.tar.gz

节点确认

上一步的代码确认并编译后，新的固件会生成几个 sysfs 节点，如果没有生成则说明补打的有问题。以 RK3399 为例，在 /sys/devices/platform/fe300000.ethernet 目录下可以看到这几个节点：

![1](Rockchip_Developer_Guide_Linux_GMAC_RGMII_Delayline/1.Ethernet RGMII Delayline Node.png)

使用方法

注意，如果你使用的是 RTL8211E phy，测试前需要拔掉网线。

扫描 delayline 窗口

通过 phy_lb_scan 节点扫描到一个窗口，会得到一个中间坐标，需要使用千兆速度 1000 来扫描。

echo 1000 > phy_lb_scan

横轴表示 TX 方向的 delayline(坐标范围 <0x00, 0x7f>)，纵轴表示 RX 方向的 delayline， (坐标范围也是 <0x00, 0x7f>)。其中的 "O" 表示该点的坐标是可以 pass，空白处都是 failed。以 RK3399 为例，通过千兆扫描命令，丢弃掉有空缺的行或列，可以得到一个矩形窗口，并得到其中间点坐标，纵轴的 RX 坐标已经有打印，横轴坐标因为打印的关系，没有显示出来，需要手动找下，从 RX(0xXX): 的 : 开始算起。

![2](Rockchip_Developer_Guide_Linux_GMAC_RGMII_Delayline/2.Ethernet RGMII Delayline 1000M scan.png)

中心点坐标在扫描窗口的最后也会打印出来：

![3](Rockchip_Developer_Guide_Linux_GMAC_RGMII_Delayline/3.Ethernet RGMII Delayline 1000M scan result.png)

这里测试 RK3399 板子硬件信号并不是很好，所以窗口不是很大。同样百兆也可以得到一个窗口，echo 100 > phy_lb_scan 可以看到的是百兆窗口很大，几乎占据所有的坐标，因为百兆对信号要求不如千兆的高。

测试扫描出来的中间值

将扫描得到的值通过命令配置到 rgmii_delayline 节点，然后测试该配置下 TX/RX 数据传输是否正常，通过 phy_lb 节点测试，至少这个测试需要先 pass。

echo (tx delayline) (rx delayline) > rgmii_delayline
cat rgmii_delayline
echo 1000 > phy_lb

![4](Rockchip_Developer_Guide_Linux_GMAC_RGMII_Delayline/4.Ethernet RGMII Delayline 1000M phy loopback.png)

测试 pass 后，将 delayline 分别填到 dts： tx_delay = <0x2e>; 和 rx_delay = <0x0f>;，重新烧入固件，接着继续测试 ping 或者 iperf 性能测试，一般情况下到这一步就可以了。

&gmac {
        assigned-clocks = <&cru SCLK_RMII_SRC>;
        assigned-clock-parents = <&clkin_gmac>;
        clock_in_out = "input";
        phy-supply = <&vcc_lan>;
        phy-mode = "rgmii";
        pinctrl-names = "default";
        pinctrl-0 = <&rgmii_pins>;
        snps,reset-gpio = <&gpio3 RK_PB7 GPIO_ACTIVE_LOW>;
        snps,reset-active-low;
        snps,reset-delays-us = <0 10000 50000>;
        tx_delay = <0x2e>;
        rx_delay = <0x0f>;
        status = "okay";
};

自动扫描

如果遇到一组 delayline 的值无法适配所有硬件板子的时候，原因可能是硬件比较差，窗口很小冗余度差；可以打开自动扫描功能，menuconfig 上打开CONFIG_DWMAC_RK_AUTO_DELAYLINE。这边需要注意的是窗口很小的问题没有解决的话，打开这个宏也不能完全解决问题，一般来说不需要打开这个宏。

    Device Drivers →
        Network device support →
            Ethernet driver support →
                [*]           Auto search rgmii delayline

该功能只会在第一次开机的时候做一次探测，做完后会将 delayline 值存储到 vendor storage，之后的每次开机都是直接从 vendor storage 出来并覆盖 dts 的配置。只有在 vendor storage 被擦除后，才会在下次开机后执行该操作一次。

第一次开机的日志打印：

[   23.532138] Find suitable tx_delay = 0x2f, rx_delay = 0x10

之后开机的日志打印：

[   23.092358] damac rk read rgmii dl from vendor tx: 0x2f, rx: 0x10

硬件

参考图纸确认

请 Redmine 上与瑞芯微硬件窗口确认是否使用的是最新发布出来的参考图纸；例如我们的参考图纸已经将默认的 RTL8211E PHY 改成了 RTL8211F，这是因为 RTL8211E 有下面的问题：

RTL8211F 能兼容1.8V 和 3.3V IO, RTL8211E 只支持 3.3V；
RTL8211E PHY 眼图测试无法通过；
RTL8211E 执行上文所提到的 delayline 测试时候需要拔掉网线。

最新的参考图纸，还包括了如果使用3.3V IO, IO 需要分压等等修改。分压是在 MAC_CLK 靠近主控方向预留下地电阻，避免因布线较长，导致 PHY 送出的 125M 在 Rockchip 平台接收端占空比已超出规范或边沿过缓，经过 bypass 输出的 TX_CLK 信号不够好，留有下地电阻后，通过分压调整 MAC_CLK 的幅度，可以调整 TX_CLK 的信号质量。

测试 RGMII 接口的指标

按照最新的 RGMII 协议，需要满足以下时序要求，请测试你的板子是否符合，如果不会测试或者没有能测试的示波器进行测试，请在 Redmine 上提出需求。

![6](Rockchip_Developer_Guide_Linux_GMAC_RGMII_Delayline/5.Ethernet RGMII Timing Specifics.png)

比如确认千兆时 CLK 的信号质量，分别在靠近接收端的位置（不要在发送端量取，发送端信号反射严重，波形不能反应实际信号质量），测量 MAC_CLK、TX_CLK、RX_CLK 信号的波形，重点看占空比、幅度、以及上升下降时间，测量示波器及探头带宽需大于 125M 的 5 倍，如是单端探头注意接地回路要尽可能的短，最好是用差分探头测度，占空比控制在 45% ~ 55% 之间。在测试环境没问题时测出的信号应为方波，而非正弦波，一般客户自测是正玄波，且占空比为50%，基本都是测量不正确。

RX_CLK / MAC_CLK

MAC_CLK 或 RXCLK 由 PHY 提供，如果接收的 CLK 测量信号完整性有问题，因为一般 PHY 端没有寄存器可调，可能只能通过硬件手段调整，可以在发送端串高频电感来改善边沿过缓（不能用普通电感，带宽要满足才可用），通过发送端电阻分压，降低幅值调整占空比。

TX_CLK

TX_CLK 有问题，出现边沿过缓，可以通过 IO 读取相应寄存器，看 IO 驱动强度是否有调整到最大，可以接上示波器看；同时，直接通过 IO 命令来调整驱动强度观察波形的变化，驱动调整改善不明显也可偿试串高频电感，或将串接 22ohm 电阻改大；如出现占空比不在规范内，可以通过分压 MAC_CLK的幅度来调整 TX_CLK 占空比，分压值为串接 100ohm，下地电阻值因布板而异，不同的板子值不一样，可以从100 向上调，直到示波器观察到占空比符合要求为止。如果以上收效都不大，并且现在使用的 IO 是 3.3V，在 PHY 与 RK 平台端都支持 1.8V IO 的情况下，可以将 IO 电源改为 1.8V 再看信号完整性，1.8V IO 信号指标强于 3.3V，推荐使用1.8V IO。

FAQ

窗口大小

我们希望能 pass 的窗口越大越好，表明硬件信号好，冗余度大。如果扫描不到窗口或者扫到的窗口太小，一般是硬件问题，请参考硬件部分章节。

PHY 的选型

这里对 PHY 的选择没有特别的要求，只要符合 RGMII。但有以下两点需要注意下:

如果你项目计划使用的是 RTL8211E 千兆 PHY，建议你改成 RTL8211F 或者其他的PHY，原因上文 2.1 章节有阐明。
如果你所使用的 PHY 没有 loopback 功能，请参照下面的方法获取 delayline:

可以基于示波器测信号来调试，用大于 125M 5倍带宽的示波器，在靠近 PHY 端测量 TXC 与 TXD 之间的相位差，通过 IO 命令将相位调整在 1.5ns ~ 2ns 区间内（规范为 1 ~ 2.6ns 要留一定量），TX 问题就不大；RX 由于是在主控内部做延时，在 loopback 没用起来的情况下，只能借助于吞吐量来判断，在 tx_delay 寄存器确定的情况下，先将 rx_delay 设为 0x10, 改完后用 iperf 跑下行吞吐量，刚开始结果可能是不理想的，继续用 IO 命令去改 rxdelay寄存器，以 5 为步进向上加（0x10 ~ 0x7f 的区间），IO 写完寄存器后，当测到吞吐量大于 900M 以后，再缩小以 2 为步进，找出能上 900M 的寄存器区间,然后取中间值设定到 dts。

TXC&TXD 相位测试波形如下图： ![6](Rockchip_Developer_Guide_Linux_GMAC_RGMII_Delayline/6.Ethernet RGMII TXC TXD Skew.png)

RGMII Delayline 获取步骤​

代码确认​

节点确认​

使用方法​

扫描 delayline 窗口​

测试扫描出来的中间值​

自动扫描​

硬件​

参考图纸确认​

测试 RGMII 接口的指标​

RX_CLK / MAC_CLK​

TX_CLK​

FAQ​

窗口大小​

PHY 的选型​