ZYNQ PL通过EMIO ETHE1外接PHY由GMII转RGMII

ZYNQ使用AXI_Ethernet编译系统扩展多网口：

详见博客：https://mp.csdn.net/editor/html/104765046

一，硬件简介

1，3个以太网口，1个在PS，2个在PL；1个PS网口，1个PL网口在LINUX上同时使用，PL的网口挂到EMIO上。

2，从GMII过度到RGMII

GMII：

发送 gmii_tx_clk gmii_tx_d[7:0] gmii_tx_en gmii_tx_er

接收 gmii_rx_clk gmii_rx_d[7:0] gmii_rx_dv gmii_rx_er

RGMII：

发送 tx_clk tx_d[3:0] tx_ctrl

接收 rx_clk rx_d[3:0] rx_ctrl

首先数据总线从时钟单边沿采样8bit转变为了双边沿采样4bit，从88E1512 Datasheet中时序图可以直观看出这一点。RGMII中上升沿发送一字节数据的低四位，下降沿发送剩余的高四位数据。接收端时钟双边沿采样，因此125MHZ*8bit = 125MHZ*4bit*2 = 1000Mbit/s。至于GMII中的数据有效和数据错误指示信号被ctrl信号复用：tx_ctrl在时钟tx_clk上升沿发送是tx_en，在下降沿发送是tx_en ^ tx_er。rx_ctrl在时钟rx_clk上升沿接收是rx_dv，在下降沿接收是rx_en ^ rx_er。综上，RGMII接口引脚数从25个降低到14个。

从上边的时序图分析，数据在时钟的边沿变化。因此如果不做额外处理，接收端无法稳定采样。为了解决这一问题，常见的做法是为时钟信号添加延时，使其边沿对准数据总线的稳定区间。可以在控制器端、PCB走线以及PHY芯片内部添加时钟偏移，本文使用最后一种方式实现。

3，add clock skew

　在第三阶段中添加延迟。数据发送方向，FPGA侧的TX_CLK信号不需要额外处理，也就是说FPGA发送与数据边沿对齐的时钟信号。TXD和TX_CLK信号波形如图。使PHY芯片工作在延迟模式下时，FPGA单不需要添加额外的逻辑来保证稳定采样。发送方向直接将数据驱动时钟作为TX_CLK信号发送，接收方向直接利用RX_CLK对RXD信号采样。

二，vivado工程搭建配置

1，设置EMIO方式引出ETHE1

2，IP核设置

（1）vector unity logic设置

（2）gmii to rgmii设置

3，整体vivado设计方案

使用ZYNQ内部的MAC控制器实现数据链路层功能。但由于其接口为GMII，需要用到GMII_to_RGMII IP Core转换接口逻辑。上层网络协议则通过LWIP开源协议栈完成。首先配置ZYNQ IP，使能ENET1并以EMIO方式引出。

4，管教约束示例

FPGA与RGMII接口的PHY芯片之间的时序关系按照数据接口同步和数据采样方式属于源同步DDR采样。input delay约束对应接收方向，时序关系是中心对齐。output delay约束对应发送方向，时序关系是边沿对齐。前者由于很多时候不知道上游器件Tcko信息，会使用示波器测量有效数据窗口来计算。而后者因为是边沿对齐，通过示波器测量抖动窗口并使用skew based method计算。生成HDL文件之后接着我们从原理图上找到这些引脚的对应，做成XDC约束文件：

set_property PACKAGE_PIN K15 [get_ports mdio_rtl_0_mdio_io]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports mdio_rtl_0_mdio_io]
set_property PACKAGE_PIN L16 [get_ports mdio_rtl_0_mdc]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports mdio_rtl_0_mdc]
set_property PACKAGE_PIN K21 [get_ports {rgmii_rtl_0_rd[3]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {rgmii_rtl_0_rd[3]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {rgmii_rtl_0_rd[2]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {rgmii_rtl_0_rd[1]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {rgmii_rtl_0_rd[0]}]
set_property PACKAGE_PIN L21 [get_ports {rgmii_rtl_0_rd[2]}]
set_property PACKAGE_PIN L19 [get_ports {rgmii_rtl_0_rd[1]}]
set_property PACKAGE_PIN K18 [get_ports {rgmii_rtl_0_rd[0]}]
set_property PACKAGE_PIN J18 [get_ports {rgmii_rtl_0_td[3]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {rgmii_rtl_0_td[3]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {rgmii_rtl_0_td[2]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {rgmii_rtl_0_td[1]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {rgmii_rtl_0_td[0]}]
set_property PACKAGE_PIN K19 [get_ports {rgmii_rtl_0_td[2]}]
set_property PACKAGE_PIN J21 [get_ports {rgmii_rtl_0_td[1]}]
set_property PACKAGE_PIN J22 [get_ports {rgmii_rtl_0_td[0]}]
set_property PACKAGE_PIN L17 [get_ports rgmii_rtl_0_rx_ctl]
set_property PACKAGE_PIN L18 [get_ports rgmii_rtl_0_rxc]
set_property PACKAGE_PIN J16 [get_ports rgmii_rtl_0_tx_ctl]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports rgmii_rtl_0_rx_ctl]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports rgmii_rtl_0_rxc]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports rgmii_rtl_0_tx_ctl]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports rgmii_rtl_0_txc]
set_property PACKAGE_PIN K20 [get_ports rgmii_rtl_0_txc]
set_property PACKAGE_PIN P18 [get_ports {reset_rtl_0[0]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {reset_rtl_0[0]}]
set_property SLEW FAST [get_ports rgmii_rtl_0_txc]
set_property SLEW FAST [get_ports rgmii_rtl_0_tx_ctl]
set_property SLEW FAST [get_ports {rgmii_rtl_0_td[*]}]

三，debian系统配置

把里面的dts文件替换掉/mnt/workspace/osrc-lab/boards/MZ7X/debian/dts下的system-top.dts，然后再把FPGA工程也替换掉。

运行source settings64.sh