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【ZYNQ Ultrascale+ MPSOC FPGA教程】第二十五章PS端以太

时间：2021-01-28 10:01

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作者：admin

标签： MPSoC  以太网  FPGA  Zynq  LwIP 

导读：开发板有两路千兆以太网，通过RGMII接口连接，本实验演示如何使用Vitis自带的LWIP模板进行PS端千兆以太网TCP通信。LWIP虽然是轻量级协议栈，但如果从来没有使用过，使用起来会有一定的...

原创声明：

本原创教程由芯驿电子科技（上海）有限公司（ALINX）创作，版权归本公司所有，如需转载，需授权并注明出处。

适用于板卡型号：

AXU2CGA/AXU2CGB/AXU3EG/AXU4EV-E/AXU4EV-P/AXU5EV-E/AXU5EV-P /AXU9EG/AXU15EG

vivado工程目录为“ps_hello/vivado”

vitis工程目录为“ps_net/vitis”

软件工程师工作内容

以下为软件工程师负责内容。

开发板有两路千兆以太网，通过RGMII接口连接，本实验演示如何使用Vitis自带的LWIP模板进行PS端千兆以太网TCP通信。

LWIP虽然是轻量级协议栈，但如果从来没有使用过，使用起来会有一定的困难，建议先熟悉LWIP的相关知识。

1. Vitis程序开发

1.1 LWIP库修改

由于自带的LWIP库只能识别部分phy芯片，如果开发板所用的phy芯片不在默认支持范围内，要修改库文件。也可以直接使用修改过的库替换原有的库。

1） 找到库文件目录“X:\xxx\Vitis\2020.1\data\embeddedsw\ThirdParty\sw_services”

pIYBAGAKMfOAU-Q8AACBDpL7-JA233.jpg

2）找到要修改的文件目录“lwip211_v1_2\src\contrib\ports\xilinx\netif”中文件“xaxiemacif_physpeed.c”和“xemacpsif_physpeed.c”要修改。

o4YBAGAKMfSAddqAAABpnrM5KTw961.jpg

3）修改PL端的“xaxiemacif_physpeed.c”文件，添加相关宏定义

pIYBAGAKMfSASeYRAAAtm9-hs70006.jpg

4）添加phy速度获取函数

unsignedintget_phy_speed_ksz9031(XAxiEthernet*xaxiemacp,u32phy_addr){
	u16control;
	u16status;
	u16partner_capabilities;
	xil_printf("StartPHYautonegotiation\r\n");

	XAxiEthernet_PhyWrite(xaxiemacp,phy_addr,IEEE_PAGE_ADDRESS_REGISTER,2);
	XAxiEthernet_PhyRead(xaxiemacp,phy_addr,IEEE_CONTROL_REG_MAC,&control);
	//control|=IEEE_RGMII_TXRX_CLOCK_DELAYED_MASK;	control&=~(0x10);
	XAxiEthernet_PhyWrite(xaxiemacp,phy_addr,IEEE_CONTROL_REG_MAC,control);

	XAxiEthernet_PhyWrite(xaxiemacp,phy_addr,IEEE_PAGE_ADDRESS_REGISTER,0);

	XAxiEthernet_PhyRead(xaxiemacp,phy_addr,IEEE_AUTONEGO_ADVERTISE_REG,&control);
	control|=IEEE_ASYMMETRIC_PAUSE_MASK;
	control|=IEEE_PAUSE_MASK;
	control|=ADVERTISE_100;
	control|=ADVERTISE_10;
	XAxiEthernet_PhyWrite(xaxiemacp,phy_addr,IEEE_AUTONEGO_ADVERTISE_REG,control);

	XAxiEthernet_PhyRead(xaxiemacp,phy_addr,IEEE_1000_ADVERTISE_REG_OFFSET,
																	&control);
	control|=ADVERTISE_1000;
	XAxiEthernet_PhyWrite(xaxiemacp,phy_addr,IEEE_1000_ADVERTISE_REG_OFFSET,
																	control);

	XAxiEthernet_PhyWrite(xaxiemacp,phy_addr,IEEE_PAGE_ADDRESS_REGISTER,0);
	XAxiEthernet_PhyRead(xaxiemacp,phy_addr,IEEE_COPPER_SPECIFIC_CONTROL_REG,
																&control);
	control|=(7<<12);	/* max number of gigabit attempts */
	control |=(1<<11);	/* enable downshift */
	XAxiEthernet_PhyWrite(xaxiemacp, phy_addr, IEEE_COPPER_SPECIFIC_CONTROL_REG,
																control);
	XAxiEthernet_PhyRead(xaxiemacp, phy_addr, IEEE_CONTROL_REG_OFFSET,&control);
	control |= IEEE_CTRL_AUTONEGOTIATE_ENABLE;
	control |= IEEE_STAT_AUTONEGOTIATE_RESTART;

	XAxiEthernet_PhyWrite(xaxiemacp, phy_addr, IEEE_CONTROL_REG_OFFSET, control);

	XAxiEthernet_PhyRead(xaxiemacp, phy_addr, IEEE_CONTROL_REG_OFFSET,&control);
	control |= IEEE_CTRL_RESET_MASK;
	XAxiEthernet_PhyWrite(xaxiemacp, phy_addr, IEEE_CONTROL_REG_OFFSET, control);

	while(1){
		XAxiEthernet_PhyRead(xaxiemacp, phy_addr, IEEE_CONTROL_REG_OFFSET,&control);
		if(control & IEEE_CTRL_RESET_MASK)
			continue;
		else
			break;
	}
	xil_printf("Waiting for PHY to complete autonegotiation.\r\n");

	XAxiEthernet_PhyRead(xaxiemacp, phy_addr, IEEE_STATUS_REG_OFFSET,&status);
	while(!(status & IEEE_STAT_AUTONEGOTIATE_COMPLETE)){
		sleep(1);
		XAxiEthernet_PhyRead(xaxiemacp, phy_addr, IEEE_STATUS_REG_OFFSET,
																&status);
		}

	xil_printf("autonegotiation complete \r\n");

	XAxiEthernet_PhyRead(xaxiemacp, phy_addr,0x1f,&partner_capabilities);

	if((partner_capabilities &0x40)==0x40)/* 1000Mbps */
		return1000;
	elseif((partner_capabilities &0x20)==0x20)/* 100Mbps */
		return100;
	elseif((partner_capabilities &0x10)==0x10)/* 10Mbps */
		return10;
	else
		return0;}

5） 修改函数“get_IEEE_phy_speed”，添加对KSZ9031的支持。

unsignedget_IEEE_phy_speed(XAxiEthernet*xaxiemacp){
	u16phy_identifier;
	u16phy_model;
	u8phytype;#ifdefXPAR_AXIETHERNET_0_BASEADDR
	u32phy_addr=detect_phy(xaxiemacp);

	/*GetthePHYIdentifierandModelnumber*/
	XAxiEthernet_PhyRead(xaxiemacp,phy_addr,PHY_IDENTIFIER_1_REG,&phy_identifier);
	XAxiEthernet_PhyRead(xaxiemacp,phy_addr,PHY_IDENTIFIER_2_REG,&phy_model);/*DependinguponwhatmanufacturerPHYisconnected,adifferentmaskis*neededtodeterminethespecificmodelnumberofthePHY.*/
	if(phy_identifier==MARVEL_PHY_IDENTIFIER){
		phy_model=phy_model&MARVEL_PHY_MODEL_NUM_MASK;

		if(phy_model==MARVEL_PHY_88E1116R_MODEL){
			returnget_phy_speed_88E1116R(xaxiemacp,phy_addr);
		}elseif(phy_model==MARVEL_PHY_88E1111_MODEL){
			returnget_phy_speed_88E1111(xaxiemacp,phy_addr);
		}
	}elseif(phy_identifier==TI_PHY_IDENTIFIER){
		phy_model=phy_model&TI_PHY_DP83867_MODEL;
		phytype=XAxiEthernet_GetPhysicalInterface(xaxiemacp);

		if(phy_model==TI_PHY_DP83867_MODEL&&phytype==XAE_PHY_TYPE_SGMII){
			returnget_phy_speed_TI_DP83867_SGMII(xaxiemacp,phy_addr);
		}

		if(phy_model==TI_PHY_DP83867_MODEL){
			returnget_phy_speed_TI_DP83867(xaxiemacp,phy_addr);
		}
	}
	elseif(phy_identifier==MICREL_PHY_IDENTIFIER)
	{
		xil_printf("Phy%disKSZ9031\n\r",phy_addr);
		get_phy_speed_ksz9031(xaxiemacp,phy_addr);
	}
	else{
	LWIP_DEBUGF(NETIF_DEBUG,("XAxiEthernetget_IEEE_phy_speed:DetectedPHYwithunknownidentifier/model.\r\n"));
	}#endif#ifdefPCM_PMA_CORE_PRESENT
	returnget_phy_negotiated_speed(xaxiemacp,phy_addr);#endif}

6） 修改PS端“xemacpsif_physpeed.c”文件添加宏定义

o4YBAGAKMfWAL1qCAAFDXT1SXp0069.jpg

7） 添加phy速度获取函数

staticu32_tget_phy_speed_ksz9031(XEmacPs*xemacpsp,u32_tphy_addr){
	u16_ttemp;
	u16_tcontrol;
	u16_tstatus;
	u16_tstatus_speed;
	u32_ttimeout_counter=0;
	u32_ttemp_speed;
	u32_tphyregtemp;

	xil_printf("StartPHYautonegotiation\r\n");

	XEmacPs_PhyWrite(xemacpsp,phy_addr,IEEE_PAGE_ADDRESS_REGISTER,2);
	XEmacPs_PhyRead(xemacpsp,phy_addr,IEEE_CONTROL_REG_MAC,&control);
	control|=IEEE_RGMII_TXRX_CLOCK_DELAYED_MASK;
	XEmacPs_PhyWrite(xemacpsp,phy_addr,IEEE_CONTROL_REG_MAC,control);

	XEmacPs_PhyWrite(xemacpsp,phy_addr,IEEE_PAGE_ADDRESS_REGISTER,0);

	XEmacPs_PhyRead(xemacpsp,phy_addr,IEEE_AUTONEGO_ADVERTISE_REG,&control);
	control|=IEEE_ASYMMETRIC_PAUSE_MASK;
	control|=IEEE_PAUSE_MASK;
	control|=ADVERTISE_100;
	control|=ADVERTISE_10;
	XEmacPs_PhyWrite(xemacpsp,phy_addr,IEEE_AUTONEGO_ADVERTISE_REG,control);

	XEmacPs_PhyRead(xemacpsp,phy_addr,IEEE_1000_ADVERTISE_REG_OFFSET,
					&control);
	control|=ADVERTISE_1000;
	XEmacPs_PhyWrite(xemacpsp,phy_addr,IEEE_1000_ADVERTISE_REG_OFFSET,
					control);

	XEmacPs_PhyWrite(xemacpsp,phy_addr,IEEE_PAGE_ADDRESS_REGISTER,0);
	XEmacPs_PhyRead(xemacpsp,phy_addr,IEEE_COPPER_SPECIFIC_CONTROL_REG,
																&control);
	control|=(7<<12);	/* max number of gigabit attempts */
	control |=(1<<11);	/* enable downshift */
	XEmacPs_PhyWrite(xemacpsp, phy_addr, IEEE_COPPER_SPECIFIC_CONTROL_REG,
																control);
	XEmacPs_PhyRead(xemacpsp, phy_addr, IEEE_CONTROL_REG_OFFSET,&control);
	control |= IEEE_CTRL_AUTONEGOTIATE_ENABLE;
	control |= IEEE_STAT_AUTONEGOTIATE_RESTART;
	XEmacPs_PhyWrite(xemacpsp, phy_addr, IEEE_CONTROL_REG_OFFSET, control);

	XEmacPs_PhyRead(xemacpsp, phy_addr, IEEE_CONTROL_REG_OFFSET,&control);
	control |= IEEE_CTRL_RESET_MASK;
	XEmacPs_PhyWrite(xemacpsp, phy_addr, IEEE_CONTROL_REG_OFFSET, control);

	while(1){
		XEmacPs_PhyRead(xemacpsp, phy_addr, IEEE_CONTROL_REG_OFFSET,&control);
		if(control & IEEE_CTRL_RESET_MASK)
			continue;
		else
			break;
	}

	XEmacPs_PhyRead(xemacpsp, phy_addr, IEEE_STATUS_REG_OFFSET,&status);

	xil_printf("Waiting for PHY to complete autonegotiation.\r\n");

	while(!(status & IEEE_STAT_AUTONEGOTIATE_COMPLETE)){
		sleep(1);
		XEmacPs_PhyRead(xemacpsp, phy_addr,
						IEEE_COPPER_SPECIFIC_STATUS_REG_2,&temp);
		timeout_counter++;

		if(timeout_counter ==30){
			xil_printf("Auto negotiation error \r\n");
			return;
		}
		XEmacPs_PhyRead(xemacpsp, phy_addr, IEEE_STATUS_REG_OFFSET,&status);
	}
	xil_printf("autonegotiation complete \r\n");

	XEmacPs_PhyRead(xemacpsp, phy_addr,0x1f,
					&status_speed);

	if((status_speed &0x40)==0x40)/* 1000Mbps */
		return1000;
	elseif((status_speed &0x20)==0x20)/* 100Mbps */
		return100;
	elseif((status_speed &0x10)==0x10)/* 10Mbps */
		return10;
	else
		return0;
	return XST_SUCCESS;}

8）修改函数“get_IEEE_phy_speed”，添加对KSZ9031的支持

staticu32_tget_IEEE_phy_speed(XEmacPs*xemacpsp,u32_tphy_addr){
	u16_tphy_identity;
	u32_tRetStatus;

	XEmacPs_PhyRead(xemacpsp,phy_addr,PHY_IDENTIFIER_1_REG,
					&phy_identity);
	if(phy_identity==MICREL_PHY_IDENTIFIER){
		RetStatus=get_phy_speed_ksz9031(xemacpsp,phy_addr);
	}elseif(phy_identity==PHY_TI_IDENTIFIER){
		RetStatus=get_TI_phy_speed(xemacpsp,phy_addr);
	}elseif(phy_identity==PHY_REALTEK_IDENTIFIER){
		RetStatus=get_Realtek_phy_speed(xemacpsp,phy_addr);
	}else{
		RetStatus=get_Marvell_phy_speed(xemacpsp,phy_addr);
	}

	returnRetStatus;}

1.2 创建APP工程时基于LWIP模板

pIYBAGAKMfWAOM7gAACB6jCWI8U605.jpg

2.下载调试

测试环境要求有一台支持dhcp的路由器，开发板连接路由器可以自动获取IP地址，实验主机和开发板在一个网络，可以相互通信。

2.1 以太网测试

1） 连接串口打开串口调试终端，连接好PS端以太网网线到路由器，运行Vitis下载程序

o4YBAGAKMfaAOkikAAC-VTzkxIQ600.jpg

2）可以看到串口打印出一些信息，可以看到自动获取到地址为“192.168.1.63”，连接速度1000Mbps，tcp端口为7

pIYBAGAKMfeAC7CzAAAii8BYH1c749.jpg

3） 使用telnet连接

o4YBAGAKMfeAPb9gAABmDuxiihY816.jpg

4） 当输入一个字符时，开发板返回相同字符

pIYBAGAKMfiAfnF9AAAUaLJ0BRk562.jpg

3. 实验总结

通过实验我们更加深刻了解到Vitis程序的开发，本实验只是简单的讲解如何创建一个LWIP应用，LWIP可以完成UDP、TCP等协议，在后续的教程中我们会提供基于以太网的具体应用，例如ADC采集数据通过以太网发送，摄像头数据通过以太网发送上位机显示。

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