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Iwip驱动8211FS项目——MPSOC实战1

ds 2025/9/6 8:30:45

硬件设计采用RTL8211FS芯片，vitis默认的IWIP库不支持此芯片。

网口相关知识可以翻看前期文章

以太网PHY_MDIO通信（基于RTL8211）--FPGA学习笔记22-CSDN博客

以太网ARP协议——FPGA学习笔记23_fpga以太网学习-CSDN博客

以太网ICMP协议(ping指令)——FPGA学习笔记25_icmp报文以太网类型-CSDN博客

以太网UDP协议栈实现（支持ARP、ICMP、UDP）--FPGA学习笔记26_description: 接收arp、icmp、udp三种以太网报文,并对相应的数据进行解析,输出给-CSDN博客

感谢小梅哥论坛大佬文章

【Zynq】【Lwip】解决频繁打印link up/down、绿灯不亮、自协商结束后插入网线无反应的问题
https://www.corecourse.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=29789
(出处: 芯路恒电子技术论坛)
【Zynq】【Lwip】解决使用官方lwip模板时自动协商失败的问题
https://www.corecourse.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=29166
(出处: 芯路恒电子技术论坛)

关于芯片兼容修改问题，重点关注以下函数

void init_emacps(xemacpsif_s *xemacps, struct netif *netif)；

static u32_t get_Realtek_phy_speed(XEmacPs *xemacpsp, u32_t phy_addr)

LWIP环回代码简解：

1、板级前置初始化

为芯片分配MAC地址，可修改

初始化平台，关闭 I/D Cache、初始化 UART、注册中断控制器、映射 GEM 寄存器等（板级支持包干的事）。

2、协议栈内存 + 网络接口数据结构清零

把 lwIP 全局结构（内存池、定时器、PCB 链表等）全部清零，为后续添加网卡做准备。

3、向 lwIP 注册“唯一”的网卡

把前面得到的 MAC、IP、网关、子网掩码、GEM 基地址打包，创建一个 struct netif 实例 server_netif，并挂到 lwIP 全局链表。

让 lwIP 后续发送默认走这张网卡。

开启指定网口

4、定时器与中断

开启中断功能。使能 IRQ，GEM 接收完成中断、定时器中断等开始工作。

后面主循环会周期性置位：
- TcpFastTmrFlag = 1 每 250 ms（TCP 快速定时器）
- TcpSlowTmrFlag = 1 每 500 ms（TCP 慢速定时器）
  这两标志在 xemacif_input() 内部由中断服务程序刷新。

5、DHCP而客户端

#if LWIP_DHCP==1

dhcp_start(echo_netif);
启动 DHCP 状态机，开始 Discover-Offer-Request-Ack 四步舞。

while((ip_addr == 0) && (dhcp_timoutcntr > 0))
主循环里不断调用 xemacif_input() 收包，让 DHCP 状态机跑起来；24×0.5 s = 12 s 超时。

超时仍未拿到地址就 fallback 到静态 192.168.1.10。

6、用户代码绑定

print_app_header() // 打印一条提示

start_application() // 创建 PCB、绑定端口、注册回调

transfer_data() // 周期发送或处理数据

一些函数详解：

void init_emacps(xemacpsif_s xemacps, struct netif netif)；

Xilinx GEM（PS 端千兆以太网）在 lwIP 下的“一站式硬件启动器”，把 MAC 控制器、PHY、链路速率全部配置到可收发状态。

1、拿到MAC控制器句柄

xemacps 是 Xilinx 驱动库 XEmacPs 的实例，后续所有寄存器操作都靠它。

2、打开巨型帧 / 组播选项（可选）

巨型帧（9018 B）需要提前使能，否则硬件会截断。
组播选项让 MAC 接受多播哈希表过滤，为 IGMP 服务。

3、把软件 MAC 地址写进硬件寄存器

第 3 个参数 1 表示使用“地址槽 1”（0 留给特殊帧）。
失败直接打印调试信息并继续往下走（后面还可改）。

4、配置 MDIO 时钟

根据 CPU 频率把 MDC 降到 ≤2.5 MHz，满足 IEEE 802.3 要求。

5、探测并初始化 PHY

分两条路：

a) 板载 PCS/PMA 1000Base-X 或 SGMII 口
→ 直接调用 phy_setup_emacps(xemacpsp, 固定地址)
→ 地址由 xparameters.h 给出（例如 1 或 7）。

b) 标准 RGMII/MDIO 总线
→ detect_phy() 先把 0-31 号 PHY 扫一遍，把在位 PHY 记录到数组 phymapemac0/1[]；
→ 然后对每一个在位地址调用 phy_setup_emacps()，完成：
- 软件复位
- 设置自动协商通告（10/100/1000）
- 等待协商完成
- 回传实际链路速率（10/100/1000 Mbps）

先遍历 1–31 号地址里所有被标记为 TRUE 的 PHY，全部初始化；如果一个都没找到，就退而求其次用广播地址 0 再试一次。

执行完这段代码后：

phyaddrforemac 保存了实际使用的 PHY 地址；
link_speed 要么等于 10/100/1000，要么标记失败；
后续 XEmacPs_SetOperatingSpeed() 就依据 link_speed 给 MAC 设速。

void detect_phy(XEmacPs *xemacpsp)；

在 MDIO 总线上把 0–31 号地址全部扫一遍，找到真正挂着的 PHY

（1）先确定是 EMAC0 还是 EMAC1

Zynq/MP 有两路 GEM 控制器，函数根据基地址区分当前扫描的是哪一路，然后把结果写到 全局数组 phymapemac0[] 或 phymapemac1[]

（2）从 31 到 1 号地址倒序扫描

地址 0 是广播地址，跳过；
倒序可以避免某些交换芯片伪应答带来的误判。

（3）读 “PHY ID 寄存器” 做存在性检测

此处注意兼容，板载PHY是否为此寄存器地址。

PHY_DETECT_REG 通常是 寄存器 2（PHY Identifier 1）；
如果读到 0xFFFF，说明该地址没有芯片响应，直接跳过。

（4）判断芯片是否真实存在

PHY_DETECT_MASK 把厂商 OUI 的固定位拉出来做匹配；
满足条件就把 phymapemacX[phy_addr] = TRUE，后面 init_emacps() 会只对这些“真正在位”的地址进行初始化。

（5）打印调试信息

打开 LWIP_DEBUG 时会看到类似XEmacPs detect_phy: PHY detected at address 1.

（6）进一步读寄存器 2 做厂商识别

这一步只是提示如果 PHY 不是这三家，初始化脚本里对特殊寄存器的配置可能不适用，需要你自己确认。

扫描结束后，phymapemac0[] / phymapemac1[] 里为 TRUE 的索引就是本总线上实际存在的 PHY 地址；init_emacps() 会遍历这些地址，分别调用 phy_setup_emacps() 完成真正的配置。

6、链路失败退出

此时 MAC 仍处于复位态，lwIP 不会收到任何包。

7、把协商到的速率写回 MAC

告诉 GEM 控制器当前是 10/100/1000 Mbps，内部会重新计算 MII/RGMII 时钟分频。
后面紧跟一段空转延时，让硬件锁定时钟——经验值 20 000 空循环 ≈ 几十微秒。（该部分延时可适当加长）参考文章：

【Zynq】【Lwip】解决频繁打印link up/down、绿灯不亮、自协商结束后插入网线无反应的问题

8、全局链路状态变量供后续查询

xemacpsif_input() 里会定期查这个变量，发现掉线就丢弃收包，防止错误中断淹掉 CPU。

关于`init_emacps()的调用：`

init_emacps() 的调用路径只有一条，而且 完全藏在 Xilinx 的 lwIP 适配层内部，用户代码里根本看不到它的名字：

xemac_add() ← 用户唯一显式调用
└─ netif_add(netif, ..., xemacpsif_init, ...) ← lwIP 标准 API
└─ xemacpsif_init(netif) ← 在 xemacpsif.c 里
└─ init_emacps(netif) ← 就在这里被调用

xemac_add() 只在 main() 里被用户显式调用一次；它的使命就是“把 MAC 地址、IP 地址、底层初始化函数挂到 lwIP 的 netif 链表”，成功后退出，后续数据收发不再经过它。

static u32_t get_IEEE_phy_speed(XEmacPs *xemacpsp, u32_t phy_addr)

get_IEEE_phy_speed() 是一个 “厂商识别 + 分发” 的派发函数，根据 PHY 芯片的厂商 ID，把速率解析工作转给对应的专用函数，返回 10/100/1000 或失败。

1、读取寄存器 2（PHY Identifier 1）的高 16 位，拿到 OUI 前缀。

三家常量已定义：
- PHY_TI_IDENTIFIER 0x2000
- PHY_REALTEK_IDENTIFIER 0x001C
- 其余默认走 Marvell 分支（0x0141 或其他）

此处注意兼容，以防进入错误分支

2、直接调用对应的厂商函数：

3、返回协商速率

关于static u32_t get_IEEE_phy_speed(XEmacPs *xemacpsp, u32_t phy_addr)的调用

get_IEEE_phy_speed() 只被 phy_setup_emacps() 调用一次，负责 “识别厂商 → 转交对应的寄存器解析函数 → 拿到链路速率”。

main()
└─ xemac_add()
└─ xemacpsif_init()
└─ init_emacps()
└─ phy_setup_emacps()
└─ get_IEEE_phy_speed() ← 这里

static u32_t get_Realtek_phy_speed(XEmacPs *xemacpsp, u32_t phy_addr)

这段代码就是 Realtek PHY 专用的速率获取函数 get_Realtek_phy_speed()，作用与之前的通用协商流程完全一致，只不过把“读速率”这一步固定到 Realtek 的 SPECIFIC_STATUS_REG（通常是 0x1A） 上。

被 get_IEEE_phy_speed() 调用，参数已确认 phy_identity == 0x001C（Realtek）。
MDIO 时钟已通过 XEmacPs_SetMdioDivisor() 降到 ≤2.5 MHz。
函数运行在裸机，中断关闭，CPU 主频 666 MHz（Zynq-7000 典型值）。

1、读取并修改 10/100 通告寄存器（地址 0x04）

MDIO 帧：Start (2b) + Op(2b) + PHYaddr(5b) + Reg(5b) + TA(2b) + 16-bit data
实际总线波形 64 位，约 25 µs 完成。
读回值假设为 0x01E1（出厂默认值）。

control |= IEEE_ASYMMETRIC_PAUSE_MASK   // bit11 = 1| IEEE_PAUSE_MASK              // bit10 = 1| ADVERTISE_100                // bit8  = 1| ADVERTISE_10;                // bit7  = 1

新值 0x05E1 → 表示“本端支持 10/100 全双工 + 对称/非对称流控”。

再次产生 MDIO 写帧，PHY 内部立即更新通告寄存器。

2 、读取并修改 1000 M 通告寄存器（地址 0x09）

写入数据0000 0011 0000 0000

读回 0x0000（Realtek RTL8211 默认未设 1000 M 通告）。

control |= ADVERTISE_1000;   // bit9 = 1

新值 0x0200 → 表示“本端支持 1000 M 全双工”。(实际代码为0x0300，可以兼容YT8531)
写入完成，PHY 内部把 1000 M 能力加入下次自协商 FLP 脉冲。

3、重启自协商 + 软复位

XEmacPs_PhyRead(xemacpsp, phy_addr, 0x00, &control);
control |= IEEE_CTRL_AUTONEGOTIATE_ENABLE  // bit12 = 1| IEEE_STAT_AUTONEGOTIATE_RESTART // bit9  = 1

新值 0x1200（保持之前设置的 0x1200，再置 bit9）

写完后 PHY 立即发出携带新通告的 Fast Link Pulse (FLP) 序列，链路伙伴开始协商。

软复位：PHY 内部状态机回到初始态，寄存器除 0x00 外全部恢复默认值，但 0x04/0x09 的通告值已被锁存，复位后仍保留。
复位期间 bit15 保持 1，典型耗时 < 100 µs（RTL8211 数据手册标称 60 µs）。

4、轮询等待复位完成

5、等待自协商完成（最耗时）

初始 status 读回 0x7849（bit5 = 0，协商未完成）。

while (!(status & IEEE_STAT_AUTONEGOTIATE_COMPLETE)) {  // bit5sleep(1);            // 裸机 sleep(1) ≈ 1 stimeout_counter++;if (timeout_counter == 30) return XST_FAILURE;XEmacPs_PhyRead(xemacpsp, 0x01, &status);
}