EMAC - 以太网络
以太网是一种局域网通信技术，遵循IEEE802.3协议规范，包括10 Mbps、100 Mbps、1000 Mbps和10 Gbps等多种速率的以太网。以太网与TCP/IP协议族的物理层（L1）和数据链路层（L2）相关，其中数据链路层包括逻辑链路控制（LLC）和媒体访问控制（MAC）子层。以太网在TCP/IP协议族中的位置如下图所示：
Linux 内核中网络设备框架如下图所示：
- 网络协议接口层：向网络协议层提供统一的数据包收发接口，通过dev_queue_xmit()发送数据，并通过netif_rx()接收数据
- 网络设备接口层：向协议接口层提供统一的用于描述网络设备属性和操作的结构体net_device，该结构体是设备驱动层中各函数的容器。
- 网络设备驱动层：实现net_device中定义的操作函数指针（通常不是全部），驱动硬件完成相应动作。
- 网络设备媒介层：完成数据包发送和接收的物理实体，包括网络适配器和具体的传输媒介。
模块配置
Kernel 协议栈配置
对于 Linux 系统，使用以太网需要配置以太网协议栈，包括如下配置项
CONFIG_PACKET
CONFIG_UNIX
CONFIG_UNIX_DIAG
CONFIG_NET_KEY
CONFIG_INET
CONFIG_IP_MULTICAST
CONFIG_IP_ADVANCED_ROUTER
CONFIG_IP_FIB_TRIE_STATS
CONFIG_IP_MULTIPLE_TABLES
Kernel 驱动配置
GMAC 配置说明
GMAC 控制器描述如下图所示，其支持最高千兆网络。
V821 芯片硬件只引出了 RMII 接口，仅支持外接百兆以太网 PHY，仅支持百兆网络。
内核配置项目为：
CONFIG_AW_GMAC
CONFIG_AW_GMAC_MDIO
设备树配置项目：
mdio0: mdio@44500048 {
compatible = "allwinner,sunxi-mdio";
#address-cells = <1>;
#size-cells = <0>;
reg = <0x0 0x44500048 0x0 0x8>;
status = "okay";
};
gmac0: gmac@44500000 {
compatible = "allwinner,sunxi-gmac";
reg = <0x0 0x44500000 0x0 0x1000>,
<0x0 0x43000030 0x0 0x160>;
interrupts-extended = <&plic0 47 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
interrupt-names = "gmacirq";
clocks = <&ccu CLK_BUS_GMAC>, <&ccu CLK_GMAC_FANOUT>, <&ccu CLK_HBUS_GMAC>, <&ccu CLK_MBUS_GMAC>;
clock-names = "gmac", "phy25m", "hbus", "mbus";
assigned-clocks = <&ccu CLK_GMAC_27M>, <&ccu CLK_GMAC_FANOUT>;
assigned-clock-parents = <&aon_ccu CLK_PLL_VIDEO_1X>, <&ccu CLK_GMAC_27M>;
assigned-clock-rates = <25000000>;
resets = <&ccu RST_BUS_GMAC>;
/*
* max-mtu < tx_fifo - head_size
* tx_fifo: 1024 (platform-dependent)
* head_size: 18 (fixed)
*/
max-mtu = <950>;
status = "disabled";
};
compatible表征具体的设备，用于驱动和设备的绑定；reg设备使用的地址；interrupts设备使用的中断；clocks设备使用的时钟；status是否使能该设备节点；phy-handlephy器件句柄；
板级设备树配置：
&pio {
gmac0_pins_default: gmac_pins@0 {
pins = "PD1", "PD2", "PD3",
"PD4", "PD5", "PD6", "PD7",
"PD8", "PD9", "PD10", "PD11";
function = "rmii";
allwinner,drive = <3>;
bias-pull-up;
};
gmac0_pins_sleep: gmac_pins@1 {
pins = "PD1", "PD2", "PD3",
"PD4", "PD5", "PD6", "PD7",
"PD8", "PD9", "PD10", "PD11";
function = "io_disabled";
};
};
&mdio0 {
status = "okay";
phy0: ethernet-phy@0 {
/* JL11x1 */
compatible = "ethernet-phy-id937c.4024",
"ethernet-phy-ieee802.3-c22";
reg = <0>;
max-speed = <100>; /* Max speed capability for rmii */
reset-gpios = <&pio PC 16 GPIO_ACTIVE_LOW>;
/* PHY datasheet rst time */
reset-assert-us = <200000>;
reset-deassert-us = <150000>;
status = "okay";
};
};
&gmac0 {
phy-mode = "rmii";
pinctrl-names = "default", "sleep";
pinctrl-0 = <&gmac0_pins_default>;
pinctrl-1 = <&gmac0_pins_sleep>;
sunxi,phy-clk-type = <0>;
phy-handle = <&phy0>;
tx-delay = <0>;
rx-delay = <0>;
status = "okay";
};
phy-modeGMAC与PHY之间的物理接口，如MII、RMII、RGMII等；pinctrl-0设备active状态下的GPIO配置；sunxi,phy-clk-type配置phy使用的时钟，0表示使用soc内置的25 M 时钟；tx-delaytx时钟延迟，tx-delay取值0-7，一档约536 ps（皮秒）；rx-delayrx时钟延迟，rx-delay取值0-31，一档约186 ps（皮秒）；gmac3v3-supplygmac电源脚，根据实际情况配置；status是否使能该设备节点。- phy子节点配置（注：更换PHY器件需要更改此属性）：
reg表征phy地址，max-speed表征phy的最大速率，reset-gpios表征phy硬件复位的引脚，reset-assert-us硬件复位拉低时间，reset-deassert-us硬件复位拉
调试说明
常用以太网调试的软件包：
ifconfig
使用ifconfig -h查看支持的参数，如下所示：
/ # ifconfig -h
Usage:
ifconfig [-a] [-v] [-s] <interface> [[<AF>] <address>]
[add <address>[/<prefixlen>]]
[del <address>[/<prefixlen>]]
[[-]broadcast [<address>]] [[-]pointopoint [<address>]]
[netmask <address>] [dstaddr <address>] [tunnel <address>]
[outfill <NN>] [keepalive <NN>]
[hw <HW> <address>] [mtu <NN>]
[[-]trailers] [[-]arp] [[-]allmulti]
[multicast] [[-]promisc]
[mem_start <NN>] [io_addr <NN>] [irq <NN>] [media <type>]
[txqueuelen <NN>]
[[-]dynamic]
[up|down] ...
<HW>=Hardware Type.
List of possible hardware types:
loop (Local Loopback) slip (Serial Line IP) cslip (VJ Serial Line IP)
slip6 (6-bit Serial Line IP) cslip6 (VJ 6-bit Serial Line IP) adaptive (Adaptive Serial Line IP)
ash (Ash) ether (Ethernet) ax25 (AMPR AX.25)
netrom (AMPR NET/ROM) rose (AMPR ROSE) tunnel (IPIP Tunnel)
ppp (Point-to-Point Protocol) hdlc ((Cisco)-HDLC) lapb (LAPB)
arcnet (ARCnet) dlci (Frame Relay DLCI) frad (Frame Relay Access Device)
sit (IPv6-in-IPv4) fddi (Fiber Distributed Data Interface) hippi (HIPPI)
irda (IrLAP) x25 (generic X.25) infiniband (InfiniBand)
eui64 (Generic EUI-64)
<AF>=Address family. Default: inet
List of possible address families:
unix (UNIX Domain) inet (DARPA Internet) inet6 (IPv6)
ax25 (AMPR AX.25) netrom (AMPR NET/ROM) rose (AMPR ROSE)
ipx (Novell IPX) ddp (Appletalk DDP) ash (Ash)
x25 (CCITT X.25)
- -a：显示全部接口信息；
- -s：显示摘要信息；
- add/del：添加对应网口的ipv6地址；
- netmask：设置子网掩码；
- hw：设置mac地址；
- arp：打开或者关闭对应网口是否支持arp功能，如下图所示，关闭arp协议，ping不通，打开之后就可以ping通；
route
设置和查看路由表都可以用 route 命令，设置内核路由表的命令格式是：
# route [add|del] [-net|-host] target [netmask Nm] [gw Gw] [[dev] If]
其中：
- add：添加一条路由规则；
- del：删除一条路由规则；
- -net：目的地址是一个网络；
- -host：目的地址是一个主机；
- target：目的网络或主机；
- netmask：目的地址的网络掩码；
- gw：路由数据包通过的网关；
- dev：为路由指定的网络接口。
示例：
route add -host 192.168.200.9 dev eth0 #添加eth0的目的地址为192.168.200.9
route add -host 192.168.200.9 gw 192.168.200.1 #添加到目的地址192.168.200.9经过网关192.168.200.1
mii_reg
mii_reg 工具是GMAC驱动中提供的调试节点，其主要作用是对外部PHY寄存器地址进行读写操作。
启动网卡：
ifconfig eth0 up
进入操作目录：
cd sys/devices/platform/soc@3000000/450000.eth
注：不同的目录可能会因板卡不同有差异，此处为大致路径。
读取对应的phy寄存器：
addr: PHY地址
reg: PHY寄存器
val: 数据
写操作：
echo addr reg val > mii_write; cat mii_write
eg:
echo 0x00 0x1f 0xa43 > mii_write; cat mii_write
读操作：
echo addr reg > mii_read; cat mii_read
eg:
echo 0x10 0x06 > mii_read; cat mii_read
一次读多位寄存器操作: 0x01~0x0a
cat mii_reg
udhcpcethtool
常用测试方法
查看网络设备信息
- 查看网口状态：
ifconfig eth0 -a - 查看收发包统计：
cat /proc/net/dev - 查看当前速率：
cat /sys/class/net/eth0/speed
打开/关闭网络设备
- 打开网络设备：
ifconfig eth0 up
对于 GMAC 会显示 LOG：
sunxi-gmac 4500000.gmac0 eth0: eth0: Type(9) PHY ID 001cc916 at 1 IRQ poll (4500048.mdio0-mii:01)
插上网线
- 关闭网络设备：
ifconfig eth0 down
sunxi-gmac 4500000.gmac0 eth0: Link is Down
配置网络设备
- 配置静态IP地址：
ifconfig eth0 192.168.1.110 - 配置MAC地址：
ifconfig eth0 hw ether 00:11:22:aa:bb:cc - 动态获取IP地址：
udhcpc -i eth0 - PHY强制模式：
ethtool -s eth0 speed 1000 duplex full autoneg on（设置1000 Mbps速率、全双工、开启自协商）
测试网络联通
- 设备连通性测试
ping 对端 ip 地址，本机ip和对端ip的前三个网段需相同才能ping通。
ping 192.168.1.100
- TCP 吞吐测试
假设 Server 端 IP 为：192.168.1.100
Server端：iperf3 -s -i 1
Client端：iperf3 -c 192.168.1.100 -i 1 -t 60
- UDP 吞吐测试
假设 Server 端 IP 为：192.168.1.100
Server端：iperf3 -s -u -i 1
Client端：iperf3 -c 192.168.1.100 -u -b 1000M -i 1 -t 60
本地网络环路性能测试
iperf3 -s &;iperf3 -c 127.0.0.1
delay参数节点
delay参数调试节点是GMAC驱动中提供的调整千兆RGMII接口时序的节点。
进入操作目录：
cd /sys/devices/platform/soc/gmac/
注：不同的目录可能会因板卡不同有差异，此处为大致路径。
调整rxdelay时序：
#rx_delay：val - rxdelay参数，0~31共32挡，每档将采样时间推迟约130ps
echo val > rx_delay; cat rx_delay
调整txdelay时序：
#tx_delay：val - txdelay参数，0~7共8档，每档将采样时间推迟约536ps
echo val > tx_delay; cat tx_delay
jumbo帧测试方法
准备两台均支持jumbo帧的板卡直连对测。
步骤：
以千兆网卡为例；
（1）板卡A：ifconfig eth0 mtu 8100，板卡B：ifconfig eth0 mtu 8100（设置eth0的mtu大小为8100）；
（2）板卡A：ifconfig eth0 192.168.200.10，板卡B：ifconfig eth0 192.168.200.9；
（3）板卡A：ping 192.168.200.9 -s 8000（传输8000长度的数据）。
注：
（1）百兆网卡不存在带宽不足情况，一般不需要使用jumbo帧；
（2）百兆网卡支持的 jumbo 帧范围为1500至4000，千兆网卡支持的 jumbo 帧范围为 1500 至 8100；
（3）测试时两端mtu无需设置成相同大小；
（4）ping通即表明测试通过；
（5）ping传输8000长度的原因：mtu为整个以太网帧的长度，ping工具指定的长度8000为纯数据长度，不包括ICMP及以太网报头的长度。
以太网回环测试
问题背景：
以太网能正常up，但是ping不通。
复现步骤：
ping对端设备，例如ping 192.168.200.9。
问题分析：
- PHY被设置成回环模式后，从MAC经过RMII/RGMII发送过来的数据不会再被发送到MDI上，而是在PHY内部PCS层进行回环，被回环到RGMII/RMII的接收通道，如下图所示；
- 当设置了PHY的回环模式后，往外发包，如果小机端的rx能正常接收到数据，说明需要检查PHY到对端的硬件电路有无异常，反之需要检查RMII/RGMII接口的硬件电路有无异常；
测试办法：
- 通过GMAC驱动提供的节点，设置PHY的回环模式；
cd /sys/devices/platform/soc@3000000/4500000.gmac0 #注：此处为大致路径，不同版本内核路径有轻微差异
echo 2 > loopback_test; cat loopback_test
- 往外ping包，观察tx和rx的增长数量是否一致，若tx和rx的增长数量一致，则需要重点排查PHY到对端的硬件电路有无异常；若不一致（例如rx收不到包或数量少于tx），则需要重点排查RMII/RGMII接口的硬件电路有无异常。
以太网带宽测试
- 对端准备一块经过验证的千兆带宽达标（>=900Mbps）或百兆带宽达标的（>=90Mbps）板子/PC；
- 保持测试板卡系统处于低负载状态，关闭无关DEBUG选项及不跑非原生应用；
- 将对端与测试板卡用网线直连；
- 指定双方IP地址为同一网段，例如：测试板卡
ifconfig eth0 192.168.200.10，对端：ifconfig eth0 192.168.200.9，PC的IP地址修改请参考7.2章节； - 发送测试：对端输入
iperf -s -i 1，测试板卡输入iperf -c 192.168.200.9 -i 1 -t 60； - 接收测试：测试板卡输入
iperf -s -i 1，对端输入iperf -c 192.168.200.10 -i 1 -t 60。
若按照上述步骤测试后，千兆带宽不达标，可能的影响因素包括：
- 单核CPU算力： DDR频率、CPU自身算力、CPU频率、CPU的访存能力都会影响到CPU算力；
- IP差异： GMAC使用AHB总线比GMAC-200的AXI总线带宽少10~40M左右；
- 系统负载： 以太网性能测试属于CPU消耗型任务，测试时系统需要保持在低负载的状态下，并且关闭无关的内核DEBUG选项；
- 硬件信号： 硬件信号时序（保证建立保持时间最优，请使用7.4章节节点调试），硬件信号质量；
- 对端的发送与接收能力： 以太网测试时确保对端是经过验证的千兆带宽达标的平台；
- 总线抢占： 其他模块抢占GMAC的AHB总线及新GMAC的AXI总线带宽；
- 中断抢占及调度抢占： Android固件建议在测试时把GMAC中断放在单独的核上（比如大核，命令例如：
echo f0 > /proc/irq/498/smp_affinity，注：498是指GMAC的中断号，具体请以实际平台为准），Linux固件由于场景简单，一般无此需求。
注：
- 为什么要使用一块经过验证千兆带宽达标的板子直连对测；
- 千兆达标的板子：对端的带宽吞吐能力会直接影响到测试板卡的吞吐；
- 直连对测：避免引入无关因素，比如路由器的吞吐能力；
- 若测试千兆请使用千兆网线；
常见问题
ifconfig命令无eth0节点
问题现象
执行ifconfig eth0无相关log信息。
常见原因
以太网模块配置未打开或存在GPIO冲突。
排查步骤：
（1）抓取内核启动log，检查驱动probe是否成功；
（2）如果无驱动相关打印，请确认以太网基本配置是否打开；
（3）如果驱动probe失败，请log定位具体原因，常见原因是GPIO冲突导致。
网络不通或网络丢包
问题现象：
ping不通对端设备、无法动态获取ip地址或有丢包现象。
问题分析：
一般原因是tx/rx通路不通
排查步骤：
（1）检查 ifconfig eth0 up 是否正常；
（2）检查 eth0 能否动态获取 IP 地址；
（3）若步骤1正常，但步骤2异常，需首先确认 TX/RX 哪条通路不通；
（4）若无法动态获取 IP 地址，可配置静态 IP，和对端设备互相 ping，如果和电脑对测，确保防火墙不会影响测试；
（5）检查对端设备能否收到数据包，若能收到，则说明 TX 通路正常，否则 TX 通路异常；
（6）检查本地设备能否收到数据包，若能收到，则说明 RX 通路正常，否则 RX 通路异常；
（7）若 TX 通路异常，可调整 tx-delay 参数或对照原理图检查 TX 通路是否异常，如漏焊关键器件；
（8）若 RX 通路异常，可调整 rx-delay 参数或对照原理图检查 RX 通路是否异常，如漏焊关键器件；
（9）若经过上述排查步骤问题仍未解决，需检查 PHY 供电与 GPIO 耐压是否匹配。
内核打印 Link is Up
- 保持网线插入网口，并连接以太网功能正常的对端设备；
ifconfig up网卡后，软件会起一个 1s 的轮询机制；- 轮询查询
PHY的02寄存器的Link status标志位，若为1，则根据PHY的速率/双工 更改MAC的速率/双工，并打印Link is up - xxxMbps/Full，若为0，则打印Link is Down； - 只有
Link status发生改变时才会打印，比如0->11->0； PHY的Link status标志位是只读的，根据两端PHY的自协商情况完成置1/清0，若遇到频繁Up/Down的情况，请参考第六章排查硬件问题。
找不到 PHY
运行 ifconfig eth0 up 显示如下输出
# GMAC
[ 25.506200] sunxi-gmac gmac0 eth0: Error：Could not connect to phy
-
检查
PHY是否正确初始化：确保给PHY供给了25M时钟，正确设置了PINMUX，以及确保PIN BANK电压已开启（如果适用）。如果出现PHY供电异常，可以检查供电电路以确保正常工作。此外，确保在激活网卡之前给PHY做了复位操作，以确保其处于正确的状态。如果遇到问题，请参考第六章的指南来检查PHY的硬件最小系统。 -
在更换了
PHY之后，要特别注意PHY地址是否发生了变化。如果PHY地址发生了变化，需要相应地更新配置文件或软件中的PHY地址。这可能涉及到重新编译驱动程序或更新设备树等操作。确保在更新后，系统能够正确识别并与新的PHY进行通信。 -
使用示波器检查
PHY的25M时钟是否正常，并使用万用表检查PHY的供电情况，包括AVDD33、DVDDIO、ADVDD10OUT、DVDD10OUT等电压是否正常。 -
在设备树（
dts）中配置PHY的复位引脚：请参考原理图，将复位引脚配置到设备树的phy子节点的reset-gpios属性中。 -
处理
PHY地址变更：结合原理图上PHYADD相关引脚的电平，将PHY地址配置到设备树的phy子节点的reg属性中。如果无法确定PHY地址，有以下两种方法可以获取：-
使用
mii_reg工具手动读取对应地址的PHY寄存器，若能正确读取到寄存器（例如phyid寄存器），则表示PHY的地址为当前地址。 -
打开
mdio驱动（GMAC对应sunxi-mdio.c，GMAC200对应stmmac_mdio.c）开头的DEBUG宏，启动日志会打印PHY地址。以GMAC-200为例，日志如下所示，PHYADDR即为PHY地址，将这个值写入设备树phy子节点的reg属性中。
-
[ 2.814160] dwmac-sunxi 4510000.ethernet: PHYADDR = 1, PHYID = 0x1cc916
MAC复位失败
运行 ifconfig eth0 up 显示如下输出
# GMAC
[ 11.315214] sunxi-gmac gmac1 eth0: Error: Mac reset failed, please check phy and mac clk
- 时钟引脚方向不正确：
- 对于
RMII接口，确保MAC的TXCK引脚是输入，由PHY输出该信号。 - 对于
RGMII接口，确保MAC的RGMII_CLKIN是输入，由PHY输出该信号。
- 对于
- 供给
PHY的25M时钟偏差过大：- 检查供给
PHY的25M时钟频率是否在合理范围内（一般为25Mhz±0.02Mhz），请参考PHY的数据手册。 - 如果时钟频率偏差过大，可能需要调整时钟源或修复时钟信号的源头问题。
- 检查供给
- 时钟信号频率不稳定：
- 对于
RMII接口，确保回给MAC的时钟信号频率在合理范围内。对于10M和100M的速率，时钟频率应为5Mhz和50Mhz；对于1000M的速率，时钟频率应为125Mhz。 - 对于
RGMII接口，时钟频率应为25Mhz（对应100M速率）或125Mhz（对应1000M速率）。 - 如果时钟频率不稳定，可能需要检查时钟信号的源头和信号线路，确保其稳定性和质量，可能需要重新布线或者使用更稳定的时钟源。
- 对于
一般情况下PHY不需要PHY驱动，走内核的通用驱动，但某些厂商的PHY需要特殊的PHY驱动支持，如果按照通用PHY的调试方法仍无法调通，请联系PHY厂商提供资料。
以太网PHY硬件排查方法
电源检查
- 电压检查：用万用表测试电压，需满足规格书要求。对于PHY，需要检查PHY的电源电压和IO供电，以RTL8211，为例，VDD与IO供电要求如下：
- 上电时序（示波器测量）、电压值（万用表测量）满足规格书要求。
- 上电波形检查：用示波器测试电源供电和IO供电的上电波形，核对是否存在电压过冲或跌落；若有电压波动，要求不能超过规格书的电压要求的范围，否则PHY可能工作异常；
- 上电时序检查：根据规格书，确定PHY的上电时序是否正常；
PHY 复位检查
用示波器测试上电波形是否满足规格书要求的Reset时序，一般要求PHYRST拉低10ms。示波器测量实际波形如下，实测PHYRSTB低电平为20.1ms，满足时序要求：
时钟检查
PHY的基准时钟一般由晶振或SOC 25M_CLK提供，用示波器测试信号是否存在，频率偏差是否过大：
外围电路配置
根据PHY规格书检查电路配置，如rtl8211，其兼容了RGMII和GMII两个模式，IO电压可以配置为3.3V、2.5V、1.8V、1.5V等，需要通过外围电路配置，若配置错误，可能引起工作异常；
- 信号检查：检查SOC端输出信号（RMII与RGMII）是否存在错接，少接的情况；
- PHY地址检查：确认是否与软件设定相匹配；
- 时钟配置以选择晶振输入或SOC 25M时钟输入；
- 其中使用PHY使用SOC时钟输入时，XTAL-IN引脚需要接GND；
- IO电压配置：要求SOC IO供电与PHY IO供电相匹配；
- 参考时钟配置：以RTL8201为例，REF_CLK 下拉，表示时钟输出;
- 模式配置：以RTL8201为例，可以配置RMII 或 MII两个2模式，SOC一般只支持RMII/RGMII两种，需要配置RMII/RGMII
