6.4 GMAC以太网基础

GMAC 以太网设备原理

以太网（Ethernet）是一种基于 IEEE 802.3 标准的局域网技术，用于设备间数据通信，运行在 OSI 模型的物理层（Layer 1）和数据链路层（Layer 2）。数据链路层分为逻辑链路控制（LLC）和介质访问控制（MAC）子层。GMAC（Gigabit Media Access Controller）是 MAC 层的硬件实现，负责帧封装、校验和流控制，支持 10/100/1000 Mbps 速率。它通过 RGMII 或 SGMII 接口连接 PHY 芯片，处理以太网帧的发送和接收。以太网帧结构包含 6 字节目的 MAC 地址、6 字节源 MAC 地址、2 字节类型/长度、46~1500 字节负载和 4 字节 CRC 校验，支持 VLAN 标签（802.1Q）。GMAC 使用 CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）在半双工模式下避免冲突，检测总线空闲后发送帧，冲突时退避重传。全双工模式下无冲突，支持 PAUSE 帧流控制。GMAC 的 DMA 引擎通过批量传输（burst mode）搬移数据，减少 CPU 负载，中断机制（TX/RX 完成）优化性能。

以太网帧结构

工作流程包括：

• 发送：CPU 配置 NET_CFG（速度/双工），写入 TX FIFO，DMA 搬移数据到 PHY，GMAC 封装帧，发送后触发 TX_INTR 中断。
• 接收：PHY 接收帧，GMAC 验证 CRC，存入 RX FIFO，DMA 搬移到内存，触发 RX_INTR 中断。
• 中断：INTR_EN 使能 TX/RX 完成中断，INTR_STATUS 记录状态，PHY_MGMT 管理 PHY（如链路状态）。

飞腾派的网卡设备

飞腾派（Phytium Pi）基于飞腾 D2000 处理器（ARMv8-A），其网卡设备使用 Fxmac（Phytium MAC）控制器，支持双千兆以太网接口（1Gbps），通过 SGMII 接口连接 RTL8211F PHY 芯片，提供高效网络通信。Fxmac 是飞腾自研的 GMAC 实现，基址为 0x3200_C000（Ethernet1）和 0x3200_E000（Ethernet2），支持 DMA 传输、中断处理和流控制，适用于物联网、边缘计算等场景。设备通过 PAD（基址 0x32B30000）配置引脚（如 MIO for Ethernet），MIO（0x2801_4000~0x2803_2000）选择功能（x_reg0=0）。驱动在 ArceOS 的 axdriver_net 模块实现，通过 FxmacInit 配置速度（G1=1000 Mbps）、双工模式（全双工）和 DMA 参数（TX/RX BUF_SIZE=8）。中断通过 GIC 路由（IRQ 未知），支持 MSI（Message Signaled Interrupts）。

Fxmac 寄存器表

硬件特性：

• 接口：SGMII，连接 RTL8211F PHY，支持 10/100/1000 Mbps 自适应。
• 中断：TX_INTR（发送完成）、RX_INTR（接收完成）、LINK_INTR（链路状态变化）。
• DMA：支持 burst 传输（8~16 字节/次），TX/RX FIFO 深度可调（默认 8）。
• 扩展：Mini-PCIe 接口可连接外部网卡（如 Ixgeb 10GbE），但 Fxmac 为内置千兆网口。

设备树（phytium_pi.dts）

ethernet@3200c000 {
    compatible = "phytium,fxmac";
    reg = <0x0 0x3200C000 0x0 0x2000>;
    phy-mode = "sgmii";
    phy-handle = <&rtl8211f>;
};
ethernet@3200e000 {
    compatible = "phytium,fxmac";
    reg = <0x0 0x3200E000 0x0 0x2000>;
    phy-mode = "sgmii";
    phy-handle = <&rtl8211f>;
};

接收时序表