基于MPC8560的吉比特以太网接口设计(图)

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作者：厦门大学时斌时间：2007-02-06 来源：

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随着网络技术的发展，网络通信控制器的应用已经越来越广泛。集成powerpc微处理器的mpc8560 powerquicc ⅲ作为一个多用途、高性能的通信微处理器，具有非常灵活的一体化单元系统和外围通信控制器，能被广泛运用于通信和网络系统，是目前为电信和网络市场而设计的最先进的集成通信微处理器之一。它集成了丰富的网络和通信外围设备，提供了更大的灵活性、扩展能力和更高的集成度。

mpc8560简介

mpc8560内部集成了两个处理模块：一个高性能嵌入式powerpc e500内核和一个通信处理模块（cpm）。此外，该芯片还提供了片内缓存、ddr控制器、可编程中断控制器、通用i/o口、dma和i2c等多种接口控制器。

与使用较多的mpc8260最大的不同是，mpc8560增加了两个三速以太网控制器（three-speed ethernet controller，tsec），实现了10mb/s、100mb/s和1gb/s三种不同速度的以太网协议接口控制。本文将主要讨论如何使用这两个tsec实现吉比特以太网接口。

吉比特以太网物理层协议及接口

参考文献上对于网络协议的介绍往往局限于对协议分层的理论分析，对网络协议尤其是吉比特以太网协议在实际应用中的接口讨论较少，本文将对吉比特以太网协议在应用中的接口作总结性的介绍。

吉比特以太网协议的数据链路层与传统的10/100mb/s以太网协议相同，但物理层有所不同。三种协议与osi七层模型的对应关系如图1所示。

图1 三种以太网协议与osi模型的对应关系

从图1可以看出，吉比特以太网协议与10/100mb/s以太网协议的差别仅仅在于物理层。图中的phy表示实现物理层协议的芯片；协调子层（reconciliation sublayer）用于实现指令转换；mii（介质无关接口）／gmii（吉比特介质无关接口）是物理层芯片与实现上层协议的芯片的接口；mdi（介质相关接口）是物理层芯片与物理介质的接口；pcs、pma和pmd则分别表示实现物理层协议的各子层。在实际应用系统中，这些子层的操作细节将全部由phy芯片实现，只需对mii和mdi接口进行设计与操作即可。

吉比特以太网的物理层接口标准主要有四种：gmii、rgmii（reduced gmii）、tbi（ten-bit interface）和rtbi（reduced tbi）。gmii是标准的吉比特以太网接口，它位于mac层与物理层之间。对于tbi接口，图1中pcs子层的功能将由mac层芯片实现，在降低phy芯片复杂度的同时，控制线也比gmii接口少。rgmii和rtbi两种接口使每根数据线上的传输速率加倍，数据线数目减半。

由此可见，使用tbi接口来实现吉比特以太网接口所用的控制线和数据线比gmii接口少，因此设计与使用相对容易。虽然tbi接口比rtbi接口的数据线多，但是每根数据线上的传输速率可以低一倍，大大降低了pcb布板的难度。因此，相对其他方式，使用tbi接口实现起来最简单，难度最低。此外，tbi接口的phy芯片比gmii接口的phy芯片成本低很多。对于同时提供gmii和tbi两种接口的芯片，推荐使用tbi接口设计方案。

mpc8560与phy芯片的接口设计

mpc8560对四种不同的接口标准都提供了支持，本文仅讨论tbi接口。

tlk2201芯片是支持tbi和rtbi两种接口的单信道吉比特以太网络收发器。它是业界第一批符合802.3规格的2.5v器件，无须任何外接电容，这可以节省电路板面积，减少零件的数目，从而降低产品的成本。此外，该芯片的功耗也相当低。

图2 mpc8560与tlk2201的接口设计

mpc8560与tlk2201的连接如图2所示。需要注意的是，td0～td9和rd0～rd9并不全是数据线。td8对应tx_er，作为发送出错标志位；td9对应tx_en，作为发送使能位；rd8对应rx_dv，作为接收数据有效位；rd9对应rx_er，作为接收差错检测位。

此外还应注意到，图中使用的是sfp（可插拔）光模块，这是因为tlk2201只提供了光模块吉比特以太网接口。

对tsec控制器的初始化

mpc8560对tsec控制器的初始化过程如下。只要按照顺序逐一完成相应的步骤，即可正确配置tsec的吉比特网络接口。

设置maccfg1寄存器，对mac进行软复位；
清除maccfg1寄存器的软复位；
设置maccfg2寄存器，选择tsec工作模式（如全双工或半双工、crc校验是否使能等）；
初始化寄存器ecntrl，设置接口为tbi标准；
设置mac地址、物理地址；
设置mii口的速率，使用mdio对phy进行初始化；
清除并设置中断相关的寄存器ievent和imask；
设置hash表和hash寄存器；
初始化接收控制寄存器rctrl；
设置dma控制寄存器dmatrl；
设置接收缓冲区大小；
设置收发缓冲描述符（buffer descriptor，bd）；
设置maccfg1中的收发使能位，完成tsec初始化。

在初始化tsec的过程中尤其要注意在设置寄存器后，控制器处于不稳定状态，不能马上执行下一步的操作，需要作一定的延迟等待。通常，可以读取相应的状态寄存器以判断是否可以继续下一步，也可以使用某些操作系统提供的定时延迟来完成，如vxworks中的taskdelay()。

测试及其结果

为了测试设计好的吉比特以太网接口的性能，将吉比特以太网接口与专门测试网络接口性能的仪器smartbits相连。一个最为简单的测试方法是使用smartbits发送数据包到mpc8560的吉比特以太网接口，mpc8560接到数据包后，将数据直接返还给smartbits。smartbits将会统计并显示测试结果。