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功能描述

19 Nov 2024

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RMII/ RGMII 接口选择

GMAC 模块可以择配置成 RMII 接口或 RGMII 接口。RMII 接口对应连接百兆网口 PHY，支持 100M/10M Link 速度。RGMII 接口对应连接千兆网口 PHY，支持 1000M/100M/10M Link 速度。

GMAC 连接 RMII PHY (采用内部时钟)

MAC 提供参考时钟

MAC 提供 50 MHz 时钟源至外部 PHY，如下图所示，其中 CLK_OUT 可以输出 25 MHz 替代 PHY 的外部晶振，取决于用户使用。

GMAC 连接 RMII PHY (采用外部时钟)

PHY 提供参考时钟

MAC 接收 PHY 提供的 RMII 50 MHz 参考时钟源，如下图所示，其中 CLK_OUT 可以输出 25 MHz 替代 PHY 的外部晶振，取决于用户使用。

GMAC 连接 RGMII PHY (采用外部时钟)

MAC 采用外部 125 MHz 时钟

RMII 接口时钟选择

RMII 支持内部参考时钟和外部参考时钟：

支持内部参考时钟，即 MAC 提供 50 MHz 时钟源至外部 PHY：
- MAC 内部选通 PLL_EMAC_50M 作为 RMII 50 MHz 参考时钟源，通过 SYSCFG 的寄存器配置。
- RMII_TX_CK 输出时钟，提供给外部 PHY 使用。
支持外部参考时钟，即 MAC 接收 PHY 提供的 RMII 50 MHz 参考时钟源：
- REF_CLK 时钟使能，并且选通作为 RMII 50 MHz 参考时钟源，通过 SYSCFG 的寄存器配置。
- RMII_TX_CK 不使能，无需提供时钟信号。

MDIO

通过 Management Data In/Out (MDIO) 接口，GMAC 可以对 PHY 的寄存器进行读写操作，进而控制 PHY 的工作模式以及获取 PHY 的工作状态。操作寄存器 MDIO_CTL 和 MDIO_DAT 可实现操作 MDIO 接口。

MDIO 接口由 MDC 以及 MDIO 实现：

MDC：时钟输出信号，提供给 PHY。根据 AHB 总线的时钟来配置时钟分频系数获得，具体配置见寄存器 0x090 MDIO_CTL 描述。

MDIO：数据输入输出信号。

MDIO 的帧的格式：Idle + Preamble + Start + Opcode + Phy Addr + Reg Addr + TA + Data。


MDIO 帧域	描述
IDLE	IDLE 域
PREAMBLE	32 个连续的 bit 1
START	标志帧的起始位置，2'b10
OPCODE	操作标识域，2'b10 表示读，2'b01 表示写
PHY ADDR	5-bit 的 PHY 地址域
REG ADDR	PHY 寄存器地址
TA	Turnaround 域，读操作为 2'bZ0，写操作为 2'b10
DATA	16 bit 数据，读操作 MAC 为接收数据，写操作 MAC 为发送数据。

MAC 发送功能

SA 源地址自动插入或替换功能
- 配置0x01C MAC_TX_FUNC 寄存器[14:12]，MAC TX 支持自动插入或替换发送帧的源地址，源地址可通过寄存器 MAC_ADDR0 或 MAC_ADDR1 配置。
TX Jabber Timer：MAC TX 支持 Jabber Timer，用于检测发送的帧长度。
- 若关闭 Jabber Timer，发送帧的长度可以达到 16383 bytes。
- 若未关闭 Jabber Timer 功能，最多只能发送 2048 bytes。使能 Frame 后，最大发送的长度为 10240 bytes），并且会在 TDES0 的 BIT14 置 1，指示发送的数据过长，发生 Jabber Timeout。
CRC 插入/替换
- 配置 TX DMA 描述符 TDES0 [27]，可以对发送帧进行 CRC 的插入。
- 配置 TX DMA 描述符 TDES0 [24]，可以对发送帧进行 CRC 的替换。此时需要设置 TDES0[27] = 1，关闭 CRC 的插入功能。
自动补 0
- 配置 TX DMA 描述符 TDES0 [27]，可以对长度低于 64 bytes 的发送帧进行自动补 0，并且此时会强制产生 4 bytes 的 CRC，即 short frame + 0 pad + CRC = 64 bytes。
- 若不需要进行自动补 0，可以设置 TDES0[27] = 1。
TX IP 校验和插入：MAC 支持对发送帧的 IP 校验和进行计算和插入。
1. 配置 MAC_CFG[7] = 1，打开 IP Offload 功能。
2. 通过 TDES0[23:22] 选择 IP 检验和的计算类型。MAC 支持 IP header 校验和、IP Payload 校验和以及伪 header 校验的硬件加速计算。
3. 打开 IP Offload 功能后，TDES0[16] 可以指示发送帧的 IP 校验和是否正确，置 1 表示发送帧存在 IP 校验和错误。

MAC 接收功能

地址过滤。对于接收帧，MAC 可以进行地址过滤，包括：
- 单播地址过滤
  - 源地址过滤
  - 反向源地址过滤
  - 目的地址过滤
  - 反向目的地址过滤
- 广播地址过滤
- 多播帧过滤
- 控制帧过滤
RDES0[30]、[13] 分别指示接收帧的目的地址、源地址过滤是否成功。
RX Watchdog：MAC RX 支持 RX Watchdog，用于检测接收的帧长度
- 若关闭 RX Watchdog，发送帧的长度可以达到 16383 bytes
- 若未关闭 RX Watchdog，最多只能接收 2048 bytes。使能 Jumbo Frame 后，最大接收的长度为 10240 bytes，并且会在 RDES0 [4] 置 1，指示接收的数据过长，发生 Watchdog Timeout。
CRC/ PAD 剥离：MAC 支持对接收帧进行 CRC/ PAD 剥离。
- 配置 EN_STRIP_FCS = 1，可以对长度 ≥ 1536 bytes 的接收帧进行 CRC 剥离。
- 配置 EN_STRIP_NML = 1，可以对长度 < 1536 bytes 的接收帧进行 CRC 以及 PAD 剥离。
RX IP 校验和计算：MAC 支持对接收帧的 IP 校验和进行计算。
- 配置 MAC_CFG[7] = 1，打开 IP Offload 功能。此时需要设置 ALT_DES_SIZ = 0x1，激活 RDES4 的状态，软件通过 RDES4 可以获取接收帧 IP 检验和的校验结果，从而得知接收的 IP 帧的校验和结果。

流控

流控功能可通过寄存器 0x034 FLOW_CTL 控制，包括：

TX 流控
- 在全双工模式下，支持 Pause 帧的发送。
- 在半双工模式下，支持背压操作。
RX 流控
- 支持 Pause 帧的解析，以及停止发送约定的 Pause 时间。
单播 Pause 帧
- MAC 模块支持单播的 Pause 帧。

DMA 结构

GMAC 内部具有 DMA，用于将发送 BUFFER（DRAM 地址）的数据传送到 TXFIFO， RXFIFO 接收到的数据传送到接收 BUFFER（DRAM 地址）。DMA 可以支持两种结构，分别是环型结构和链型结构。

环型结构 (Ring) 的描述符，可以通过 DES_SKIP_LEN 来配置设定两两描述符之间的跳跃长度。

通过描述符的 START_DES 和 END_DES 来决定环形结构的第一个描述符和最后一个描述符，从而形成环路。
链型结构 (Chain) 的描述符，则通过描述符的 Next Descriptor Address 来进行指向连接。

在最后一个描述符的 Next Descriptor Address 域上设置为第一个描述符地址，可以形成环路。

DMA 发送描述符

发送描述符 TDES4~7 的应用，需要设置寄存器 0x004 DMA0_CONF 的 ALT_DES_SIZ = 1。其中，TDES4~5 Reserved，TDES6~7 时钟戳信息。

表 1. 发送描述符 TDES0
Bit	域描述
31	TX_PRC，Transmit in Process，发送进行中。 0x0：DMA 空闲，DMA 完成当前的描述符的数据发送。 0x1：DMA 发送进行中。
30	EN_TX_COMP_INT，Enable Transmit Complete Interrupt，使能发送完成中断，此位只有在 BIT29 有效时才有效。 0x0：未使能。 0x1：使能，此位只有在 BIT29 有效
29	END_DES，End Descriptor，最后一个描述符。 0x0：无效。 0x1：有效，表示此描述符为最后一个描述符
28	START_DES，Start Descriptor，第一个描述符。 0x0：无效。 0x1：有效，表示此描述符为第一个描述符
27	DIS_CRC，Disable CRC，禁止 CRC 功能时生效，只需在第一个描述符设置此位即可。 0x0：无效。 0x1：有效，禁止 CRC
26	DIS_PAD，Disable Padding，禁止补 0 功能时生效，只需在第一个描述符设置此位即可。 0x0：无效。 0x1：有效，禁止对帧长低于 64 bytes 进行补 0
25	EN_TX_TMSTMP，Enable Transmit Timestamp，使能发送添加时间戳功能，只需在第一个描述符设置此位即可。 0x0：未使能 0x1：使能
24	EN_CRC_REP，Enable CRC Replacement，使能 CRC 替代功能。必须保证软件发送帧的内容包含了 CRC，使能 CRC 替代功能后，会进行 CRC 重新计算并替代。另外为了避免 CRC 重复，需要 DIS_CRC =1 禁止 CRC 插入。在第一个描述符设置此位即可。 0x0：未使能 0x1：使能
23:22	EN_CIC，Enable Checksum Insertion Control，使能校验和插入功能，只需在第一个描述符设置此位即可。 0x0：禁止校验和插入。 0x1：开启 Header 校验和计算以及插入功能。 0x2：开启 Header、Payload 校验和的计算及插入功能，未开启伪 Header 的校验和计算。 0x3：开启 Header、Payload 校验和的计算及插入功能，并且开启伪 Header 的校验和计算。
21	TX_END_RNG，Transmit End of Ring，DMA 发送环的末端，表示此描述符为 DMA 发送环的最后一个描述符，结束后跳回起始描述符。 0x0：无效 0x1：生效
20	EN_DMA_CHN_MOD，Enable DMA Chain Mode，使能 Chain 模式。 0x0：未使能，采用 DMA Ring 模式 0x1：使能，采用 DMA Chain 模式
19:18	VLAN_TAG_CTL，VLAN Tag Control，VLAN 标签控制，只需在第一个描述符设置此位即可。 0x0：无效操作。 0x1：删除发送帧中的 VLAN 标签内容。 0x2：插入 VLAN 标签，标签内容。 0x3：替代 VLAN 标签。
17	TX_TMSTMP_STS，Transmit Timestamp Status，发送时间戳状态，此域只有在最后一个描述符有效。 0x0：无操作 0x1：完成发送时间戳的捕捉，时间戳写入在 TDES6 和 TDES7。
16	IP_HD_ERR，IP Header Error 此位置 1 表示 MAC 检测发送的 IP 报文的 Header 存在错误，此域只有在最后一个描述符有效。
15	TXERR_STS，Transmit Error Status，发送错误状态指示位。 0x0：无错误。 0x1：出现错误，错误源可能由于 BIT16/14/13/12/11/10/9/8/2/1 相应的错误状态引起
14	JAB_TO_ERR，Jabber Timout Error，发送 Jabber 超时错误，此位只有在 Jabber 检测功能未禁止的情况下有效。 0x0：无异常 0x1：出现发送超时错误
13	TXFIFO_FLSH_ERR，TXFIFO Flush Error，清除错误，出现软件清除 TXFIFO 的帧数据的操作导致的错误。 0x0：无异常 0x1：出现错误状态
12	IP_PL_ERR，IP Payload Error，此位置 1 指示 MAC 检测到发送的 TCP、UDP、ICMP IP 数据包 payload 存在错误。
11	LOS_CR，Loss Carrier，此位置 1 指示在帧发送发生了载波丢失，此位只有在半双工模式下有效。
10	NO_CR，No Carrier，此位置 1 指示在发送的过程中，PHY 的载波侦听 CS 信号并没有生效，即没有检测到载波。
9	LT_COL，Late Collision，此位置 1 指示由于碰撞导致发送终止，此碰撞发生在碰撞窗口之后。此位在 TXFIFO_UF_ERR = 1 时无效。
8	EXS_COL，Excessive Collision，此位置 1 指示当前帧尝试发送的过程中，由于连续的 16 次碰撞的产生终止发送帧。如果取消重传（DIS_RETRY = 1），只要出现 1 次的碰撞，此位则立即置 1。
7	VLAN_STS，VLAN Status，VLAN 帧状态。 0x0：发送帧为非 VLAN 帧 0x1：发送帧为 VLAN 帧
6:3	COL_CNT，Collision Count，此域指示在发送前发生多少次碰撞。此域在 TDES0. Bit8 =1 的时候无效。
2	EX_DEF_ERR，Excessive Deferral Error，发送终止由于回退时间过长，此位只有在 EN_DEF_CHECK = 1 的情况下有效。 0x0：未发生错误。 0x1：出现回退过量错误
1	TXFIFO_UF_ERR，TXFIFO Underflow Error，TXFIFO 下溢出错误，DMA 从 Buffer 地址读取帧数据错误。 0x0：未出现错误 0x1：发生下溢出错误
0	DEF_STS，Defer Status，回退状态，在发送前检测到载波而引起的回退，此位只对于半双工模式有效。 0x0：未出现回退 0x1：发送时出现回退

表 2. 发送描述符 TDES1
Bit	域描述
31:29	TX_SA_CTL，Transmit Source Address Control，发送源地址控制。BIT31 = 1，表示采用 Address1 进行插入或替代。BIT31 = 0，表示采用 Address0 进行插入或替代。 Bit30:29 0x0：无操作 0x1：插入源地址 0x2：替代源地址 0x3：保留
28:16	TX_BUF2_SIZ，Transmit Buffer2 Size，发送缓存 2 的空间大小。
15:13	Reserved
12:0	TX_BUF1_SIZ，Transmit Buffer1 Size，接收缓存 1 的空间大小。

表 3. 发送描述符 TDES2
Bit	域描述
31:0	BUF1_ADDR，Buffer1 Address，Buffer1 地址指针，Buffer1 的物理地址。

表 4. 发送描述符 TDES3
Bit	域描述
31:0	BUF2_ADDR/NXT_DES_ADDR DMA 采用 Ring 模式时，此域为 BUF2_ADDR BUF2_ADDR，Buffer2 Address，Buffer2 地址指针，Buffer2 的物理地址。采用 Chain 模式时，此域为 NXT_DES_ADDR。 NXT_DES_ADDR，Next Descriptor Address，下一个描述符的地址，指向下一个描述符的物理地址，从而将描述符连接起来。

表 5. 发送描述符 TDES6
Bit	域描述
31:0	TX_STMP_LO，Transmit Timestamp Low 32bit，发送时间戳的低 32 位，此域由 DMA 自动填写，与 TDES7 的高 32bit 组成完整的时间戳。

表 6. 发送描述符 TDES7
Bit	域描述
31:0	TX_STMP_HI，Transmit Timestamp High 32bit，发送时间戳的高 32 位，此域由 DMA 自动填写，与 TDES6 的低 32bit 组成完整的时间戳。

注：

发送描述符 RDES4~7（RDES4 状态信息，RDES5 Reserved，RDES6~7 时钟戳信息）的应用，需要设置寄存器 DMA0/1_CONF 的 ALT_DES_SIZ = 1。

DMA 接收描述符

接收描述符 RDES4~7（RDES4 状态信息，RDES5 Reserved，RDES6~7 时钟戳信息）的应用，需要设置寄存器 DMA0/1_CONF 的 ALT_DES_SIZ = 1。

表 7. 接收描述符 RDES0
Bit	域描述
31	RX_PRC，Receive in Process，接收进行中。 0x0：DMA 空闲，DMA 完成当前的描述符的数据接收 0x1：DMA 接收进行中
30	DA_FLT，Destination Address Filter Fail，目的地址过滤失败。 0x0：无效 0x1：指示接收帧的目的地址过滤失败
29:16	RX_FRM_LEN，Receive Frame Length，接收到的帧的长度，此域在最后一个描述符有效，并且无异常发生。
15	RXERR_STS，Receive Error Status，接收错误状态指示位。 0x0：无错误 0x1：出现错误，错误源可能由于 RDES0 的 BIT14/11/7/6/4/3/1 或 RDES4 的[4:3] 相应的错误状态引起
14	RX_DES_ERR，Receive Descriptor Error，接收描述符错误，此域在最后一个描述符有效。 0x0：无效 0x1：由于描述符异常导致的接收中断
13	SA_FLT，Source Address Filter Fail，源地址过滤失败。 0x0：无效 0x1：指示接收帧的源地址过滤失败
12	RX_LEN_ERR，Receive Length Error，接收长度错误。 0x0：无效 0x1：指示接收长度错误，接收帧的实际长度与帧的长度域值不一致
11	RXFIFO_OF_ERR，RXFIFO Overflow Error，接收溢出错误。 0x0：无效 0x1：指示接收溢出错误，由于 RXFIFO 溢出，导致接收帧的损坏
10	VLAN_TAG，VLAN Tag，此位置 1 表示接收的帧位 VLAN 帧。
9	START_DES，Start Descriptor，第一个描述符。 0x0：无效 0x1：有效，表示此描述符为第一个描述符
8	END_DES，End Descriptor，最后一个描述符。 0x0：无效 0x1：有效，表示此描述符为最后一个描述符
7	TMSTMP_AVL/ IP_CHSM_ERR/ GNT_FRM 此位可指示三种状态： TMSTMP_AVL，Timestamp Available，置 1 表示接收的帧已打时间戳，从 RDES6~7 可获得。 IP_CHSM_ERR，IP Checksum Error，置 1 表示 IP 校验和错误或表示接收帧位非 IPv4 帧。 GNT_FRM，Giant Frame，置 1 表示接收的帧位 Frame。
6	LT_COL_ERR，Late Collision Error，Late Collision 错误。 0x0：无效 0x1：接收发生 Collision 错误
5	RX_FRM_TYP，Receive Frame Type，接收帧的类型。 0x0：接收帧为 IEEE 802.3 类型的帧 0x1：接收帧为以太网类型的帧
4	RX_WD_TO_ERR，Receive Watchdog Timeout Error，接收看门狗的超时错误。 0x0：无效 0x1：发生接收看门狗的超时错误
3	RX_ERR，Receive Error，接收过程出现 ERR 信号。 0x0：无效 0x1：接收过程出现 ERR 信号
2	Reserved
1	RX_CRC_ER，RReceive CRC Error，接收 CRC 错误，此域只有在最后一个描述符有效。 0x0：无效 0x1：接收帧出现 CRC 错误
0	EXT_STS_AVA/ RX_MAC_ADDR EXT_STS_AVA，Extend Status Available，当时钟戳或 IP 校验和 Offload 功能使能，此位置 1 表示 RDES4 生效。 RX_MAC_ADDR，Rx MAC Address，当时钟戳、IP 校验和 Offload 功能均未使能，此位置 1 表示接收帧的目的地址匹配 MAC Address1~7 之一。此位清 0 表示接收帧的目的地址匹配 Address0。

表 8. 接收描述符 RDES1
Bit	域描述
31	DIS_COMP_INT，Disable Complete Interrupt，禁止接收完成中断的产生。 0x0：未禁止 0x1：禁止
30:29	Reserved
28:16	RX_BUF2_SIZ，Receive Buffer2 Size，接收缓存 2 的空间大小。
15	RX_END_RNG，Receive End of Ring，指示在 DMA 的 Ring 模式下，此描述为最后的描述符，完成后跳转回起始描述符。
14	RX_DMA_MOD，Receive DMA Mode，接收 DMA 的模式。 0x0：Ring 模式 0x1：Chain 模式
13	Reserved
12:0	RX_BUF1_SIZ，Receive Buffer1 Size，接收缓存 1 的空间大小。

表 9. 接收描述符 RDES2
Bit	域描述
31:0	BUF1_ADDR，Buffer1 Address，Buffer1 地址指针，Buffer1 的物理地址。

表 10. 接收描述符 RDES3
Bit	域描述
31:0	BUF2_ADDR/NXT_DES_ADDR DMA 采用 Ring 模式时，此域为 BUF2_ADDR BUF2_ADDR，Buffer2 Address，Buffer2 地址指针，Buffer2 的物理地址。 DMA 采用 Chain 模式时，此域为 NXT_DES_ADDR。NXT_DES_ADDR， Next Descriptor Address，下一个描述符的地址，指向下一个描述符的物理地址，从而将描述符连接起来。

表 11. 接收描述符 RDES4
Bit	域描述
31:21	Reserved
20:18	VLAN_TAG_PRI_V，VLAN Tag Priority Value，此域内容填入接收到的包的 TAG 用户值域。
17	AV_TAG_PKT_RCD，AV Tagged Packet Received，此位置 1 表示接收到带 AV 标签的数据包。
16	AV_PKT_RCD，AV Packet Received，此位置 1 表示接收到 AV 包。
15	Reserved
14	TMSTMP_DRP，Timestamp Dropped，时钟戳丢失，由于 RXFIFO 溢出，导致时钟戳丢失。 0x0：无效 0x1：时钟戳丢失
13	PTP_VER，PTP Version，PTP 版本。 0x0：IEEE1588 0x1：IEEE1588V2
12	RX_PTP_FRM，Received PTP Frame Type，接收到 PTP 帧的类型。 0x0：接收到 PTP 报文通过 UDP-IPV4 或 IPV6 的形式传送 0x1：接收到 PTP 报文直接通过以太网帧形式传送
11:8	PTP_RX_MSG_TYP，Received PTP Message Type，接收到的 PTP 消息报文类型。 0x0：无 PTP 报文 0x1：SYNC 报文 0x2：Follow Up 报文 0x3：Delay_Req 报文 0x4：Delay_Resp 报文 0x5：Pdelay_Req 报文 0x6：Pdelay_Resp 报文 0x7：Pdelay_Resp_Follow_Up 报文 0x8：Announce 报文 0x9：Management 报文 0xA：Signaling 报文 0xB~0xE：Reserved 0xF：PTP Packet with Reserved message type
7	RX_IPV6_PKT，Received IPV6 Packet，接收到 IPV6 包。 0x0：无效 0x1：接收到的 IP 包为 IPV6 包
6	RX_IPV4_PKT，Received IPV4 Packet，接收到 IPV4 包。 0x0：无效 0x1：接收到的 IP 包为 IPV4 包
5	DIS_IP_CHSUM，Disable IP Checksum Function，关闭 IP 校验和功能。 0x0：未关闭 0x1：关闭 IP 校验和功能
4	IP_PL_ERR，IP Payload Error，IP 包校验错误，接收到的 IP 包的 TCP/UDP/ICMP 的校验和错误，或长度错误。 0x0：无错误 0x1：出现 IP 包校验和错误
3	IP_HD_ERR，IP Header Error，接收到的 IP 包的首部校验和与计算的校验和不一致，或者 IP 版本与 Ethernet Type 域值不一致。 0x0：无错误 0x1：出现首部校验和错误
2:0	IP_PKT_TYP，IP Packet Type，IP 包类型，此域只有在 BIT6/7 生效时才有效。 0x0：未知类型 0x1：UDP 包 0x2：TCP 包 0x3：ICMP 包 others：Reserved

表 12. 接收描述符 RDES6
Bit	域描述
31:0	RX_STMP_LO，Receive Timestamp Low 32bit，接收时间戳的低 32 位，此域由 DMA 自动填写，与 TDES7 的高 32bit 组成完整的时间戳。

表 13. 接收描述符 RDES7
Bit	域描述
31:0	RX_STMP_HI，Receive Timestamp High 32bit，发送时间戳的高 32 位，此域由 DMA 自动填写，与 TDES7 的低 32bit 组成完整的时间戳。