在Xilinx Zynq系統(tǒng)·上如何實(shí)現(xiàn)IEEE1588協(xié)議

IEEE1588/PTP 協(xié)議是實(shí)時(shí)工業(yè)軟件的一個(gè)重要的協(xié)議，本博文討論該協(xié)議在Xilinx Zynq 系統(tǒng)·上如何實(shí)現(xiàn)IEEE1588 協(xié)議。

ZYNQ 系統(tǒng)的以太網(wǎng)

Zynq 系統(tǒng)中有兩類Ethernet 接口，一種是PS 端的硬件千兆以太網(wǎng)，另一種是PL 實(shí)現(xiàn)的以太網(wǎng)接口。

PS 端以太網(wǎng)

zynq 中帶有兩個(gè)硬核千兆以太網(wǎng)MAC，ENET0，ENET1。與普通SOC 芯片不同，zynq PS 斷地外設(shè)可以通過MIO連接到芯片的引腳上，也可以通過EMIO 接口連接到PL 端。連接到PL端后，帶來了靈活性，可以轉(zhuǎn)換成各種接口。比如設(shè)計(jì)一個(gè)交換機(jī)。定義端其它的引腳。

PS 端MIO 引出的以太網(wǎng)接口是RGMII接口，可以連接具有RGMII 的Phy 芯片。

PS 端的Ethernet 透過EMIO 連接各種接口（通過1000BASE-X/SGMII PCS/PMA IP）

PL 端以太網(wǎng)

PL 端的以太網(wǎng)是通過IP核實(shí)現(xiàn)的。vivado 中有下列幾種以太網(wǎng)IP。

tri mode Ethernet MAC

AXI 1G/2.5G Ethernet Subsystem

100M/1G TSN Subsystem

其中

AXI 1G/2.5G Ethernet Subsystem 支持IEEE1588 ，但是只有在使用SGMII和SFP(small form factor pluggable)接口。并且?guī)в蠫TX 功能的Zynq 芯片才支持IEEE1588。如此看來只能在光纖接口，或者SGMII接口上實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)上資料也不多。

*小貼士*

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*GTX*

GTX是一種就是G級(jí)速率以上的SERDES串行/解串器。Xilinx芯片里內(nèi)嵌的串行/解串器GTX,GTH,GTP等模塊。

7系列中，按支持的最高線速排序，GTP

100M/1G TSN Subsystem 也支持IEEE1588 但是看上去也是比較復(fù)雜的樣子。

SGMII

SGMII協(xié)議是CISCO公司提出來的，可以減少芯片間互聯(lián)的管腳。傳統(tǒng)的GMII前面說了是8bits數(shù)據(jù)線，此外還需要時(shí)鐘，和一些控制線，雙向加起來要20根線左右。而SGMII接口是1根數(shù)據(jù)線加1根時(shí)鐘線，雙向共4根。如果去掉時(shí)鐘線（采用CDR），那么2根線就可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)了。

SGMII本質(zhì)上并沒有對(duì)以太網(wǎng)協(xié)議的分層做改動(dòng)，還是MAC層，PCS層和PMA層。原來GMII模式下，MAC層一般做在SOC側(cè)，PHY層包括PCS+PMA做在另一個(gè)單獨(dú)的芯片上。而SGMII的實(shí)施是將PCS層也同時(shí)放在了原來的MAC側(cè)。這樣SOC芯片和PHY芯片各有一個(gè)PCS層。

對(duì)于SOC發(fā)送來說，數(shù)據(jù)包有MAC層過來，經(jīng)過tx 的pcs，從SGMII接口發(fā)送出去。在PHY芯片上，有一個(gè)rx的pcs先將SGMII的信號(hào)解出GMII信號(hào)，然后再經(jīng)過傳統(tǒng)的PHY層處理發(fā)送到介質(zhì)上。對(duì)于SOC接收來說，則反過來。

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tri mode Ethernet MAC在100Mbps 時(shí)可以使用MAC 接口，可以通過一個(gè)MAC to RMII 的IP 轉(zhuǎn)換成為RMII 接口。

IEEE1588/PTP實(shí)現(xiàn)方案

IEEE1588 的硬件實(shí)現(xiàn)的方法有兩種：

在MAC控制器中實(shí)現(xiàn)

在Phy 芯片中實(shí)現(xiàn)，比較常見的有TI 公司的DP83640 芯片

ZYNQ 中實(shí)現(xiàn)IEEE1588 協(xié)議的方式

筆者做了一些廠商，在PL 端使用現(xiàn)成的IP 支持1588 似乎只有1g/2.5g ethernet subsystem 這一種。但是它只有在帶有GT 傳輸?shù)膠ynq 中使用，而且并沒有多少成功的參考。

基于本人的經(jīng)驗(yàn)，使用帶有IEEE1588 /PTP 功能的PHY 芯片實(shí)現(xiàn),比較簡(jiǎn)單。

使用DP83640

使用DP83640 實(shí)現(xiàn)IEEE1588 協(xié)議相對(duì)比較簡(jiǎn)單。主要的問題是要通過RMII接口與DP83640 相連接。

使用rtl8211fs-vs-cg

realtek 公司的rtl8211fs-vs-cg 支持IEEE1588.注意：一定要帶有vs 后綴的才支持IEEE1588/PTP.

使用高通atheros AR8031 芯片

Linux 下訪問mdio 的方法

測(cè)試程序

我是在Z7 nano開發(fā)板的pynq 操作系統(tǒng)下調(diào)試通過的。

使用AXI 1G/2.5G Ethernet Subsystem

只有在使用SGMII和FDP接口。并且?guī)в蠫TX 功能的Zynq 芯片才支持IEEE1588。

結(jié)束語

筆者更傾向使用帶有IEEE1588/PTP 的PHY 芯片實(shí)現(xiàn)zynq 的IEEE1588

審核編輯 ：李倩