11.3.2. 功能描述

11.3.2.1. RMII/RGMII接口选择

此GMAC模块可以通过SYSCFG的GMAC配置寄存器，选择配置成RMII接口或RGMII接口。 RMII接口对应连接百兆网口PHY，支持100M/10M Link速度； RGMII接口对应连接千兆网口PHY，支持1000M/100M/10M Link速度。

11.3.2.2. 时钟树

../../../_images/clktree.png — 图 11.7 GMAC Clock Tree

11.3.2.2.1. RMII接口时钟选择

MAC提供参考时钟

MAC提供50MHz时钟源至外部PHY，如下图所示，其中CLK_OUT可以输出25MHz替代PHY的外部晶振，取决于用户使用。

PHY提供参考时钟

MAC接收PHY提供的RMII 50MHz参考时钟源，如下图所示，其中CLK_OUT可以输出25MHz替代PHY的外部晶振，取决于用户使用。

11.3.2.2.2. RGMII时钟选择

仅支持MAC接收PHY提供的RGMII 125MHz参考时钟源的情况，如下图所示，其中CLK_OUT可以输出25MHz替代PHY的外部晶振，取决于用户使用。

11.3.2.3. MDIO

GMAC通过MDIO（Management Data In/Out）接口，可以对PHY的寄存器进行读写操作，进而控制PHY的工作模式以及获取PHY的工作状态。操作MDIO接口，可以操作寄存器MDIO_CTL和MDIO_DAT实现。

MDIO接口由MDC以及MDIO实现：

MDC，时钟输出信号，提供给PHY，需要根据D211 AHB0总线的时钟来配置时钟分频系数获得，具体配置见寄存器MDIO_CTL描述；

MDIO，数据输入输出信号，MDIO的帧的格式为：Idle + Preamble + Start + Opcode + Phy Addr + Reg Addr + TA + Data。

MDIO帧域	描述
IDLE	IDLE域
PREAMBLE	32个连续的Bit 1
START	标志帧的起始位置，2’b10
OPCODE	操作标识域，2’b10表示读，2’b01表示写
PHY ADDR	5-bit的PHY地址域
REG ADDR	PHY寄存器地址
TA	Turnaround域，读操作为2’bZ0，写操作为2’b10
DATA	16 bit数据，读操作MAC为接收数据，写操作MAC为发送数据。

11.3.2.4. MAC发送功能

SA源地址自动插入或替换功能
- 配置MAC_TX_FUNC寄存器[14:12]，MAC TX支持自动插入或替换发送帧的源地址，源地址可通过寄存器MAC_ADDR0或MAC_ADDR1配置。
TX Jabber Timer
- MAC TX支持Jabber Timer，用于检测发送的帧长度，若关闭Jabber Timer，发送帧的长度可以达到16383 bytes；若未关闭Jabber Timer的功能，最多只能发送2048 bytes（使能Jumbo Frame后，最大发送的长度为10240 bytes），并且会在TDES0的BIT14置1，指示发送的数据过长，发生Jabber Timeout。
CRC 插入/替换
- 配置TX DMA描述符TDES0 [27]，可以对发送帧进行CRC的插入；
- 配置TX DMA描述符TDES0 [24]，可以对发送帧进行CRC的替换，此时需要设置TDES0[27] = 1，关闭CRC的插入功能。
自动补0
- 配置TX DMA描述符TDES0 [27]，可以对长度低于64 bytes的发送帧进行自动补0，并且此时会强制产生4 bytes的CRC，即short frame + 0 pad + CRC = 64 bytes。若不需要进行自动补0，可以设置TDES0[27] = 1。
TX IP校验和插入
- MAC支持对发送帧的IP校验和进行计算和插入，通过配置MAC_CFG[7] = 1，打开IP Offload功能，然后通过TDES0[23:22]选择IP检验和的计算类型，MAC支持IP header校验和、IP Payload校验和以及伪header校验的硬件加速计算；
- 另外打开IP Offload功能后，TDES0[16]可以指示发送帧的IP校验和是否正确，置1表示发送帧存在IP校验和错误。

11.3.2.5. MAC接收功能

地址过滤
对于接收帧，MAC可以进行地址过滤，包括：
- 单播地址过滤
  源地址过滤
  
  反向源地址过滤
  
  目的地址过滤
  
  反向目的地址过滤
- 广播地址过滤
- 多播帧过滤
- 控制帧过滤
另外，RDES0[30]、[13]分别指示接收帧的目的地址、源地址过滤是否成功。
RX Watchdog
- MAC RX支持RX Watchdog，用于检测接收的帧长度，若关闭RX Watchdog，发送帧的长度可以达到16383 bytes；若未关闭RX Watchdog的功能，最多只能接收2048 bytes（使能Jumbo Frame后，最大接收的长度为10240 bytes），并且会在RDES0 [4]置1，指示接收的数据过长，发生Watchdog Timeout。
CRC/PAD剥离
MAC支持对接收帧进行CRC/PAD剥离：
- 配置EN_STRIP_FCS = 1，可以对长度≥1536 bytes的接收帧进行CRC剥离；
- 配置EN_STRIP_NML = 1，可以对长度<1536 bytes的接收帧进行CRC以及PAD剥离。
RX IP校验和计算
- MAC支持对接收帧的IP校验和进行计算，通过配置MAC_CFG[7] = 1，打开IP Offload功能。此时需要设置ALT_DES_SIZ = 0x1，激活RDES4的状态，软件通过RDES4可以获取接收帧IP检验和的校验结果，从而得知接收的IP帧的校验和结果。

11.3.2.6. 流控

流控功能包括如下，可通过寄存器FLOW_CTL控制：

TX流控
- 在全双工模式下，支持Pause帧的发送
- 在半双工模式下，支持背压操作
RX流控
- 支持Pause帧的解析，以及停止发送约定的Pause时间
单播Pause帧
- MAC模块支持单播的Pause帧

11.3.2.7. DMA结构

GMAC内部具有DMA，用于将发送BUFFER（DRAM地址）的数据传送到TXFIFO， RXFIFO接收到的数据传送到接收BUFFER（DRAM地址）。DMA可以支持两种结构，分别是环型结构和链型结构。

11.3.2.7.1. 环形结构

环型结构（Ring）的描述符，可以通过DES_SKIP_LEN来配置设定，两两描述符之间的跳跃长度，而另外通过描述符的START_DES和END_DES来决定环形结构的第一个描述符和最后一个描述符，从而形成环路。

11.3.2.7.2. 链型结构

链型结构（Chain）的描述符，则通过描述符的Next Descriptor Address来进行指向连接，在最后一个描述符的Next Descriptor Address域上设置为第一个描述符地址，此时也同样形成环路。

11.3.2.8. DMA发送描述符

注意：发送描述符TDES4~7（TDES4~5 Reserved，TDES6~7 时钟戳信息）的应用，需要设置寄存器DMA0/1_CONF的ALT_DES_SIZ = 1。

11.3.2.8.1. 发送描述符TDES0

Bit	域描述
31	TX_PRC Transmit in Process，发送进行中。 0x0：DMA空闲，DMA完成当前的描述符的数据发送 0x1：DMA发送进行中
30	EN_TX_COMP_INT Enable Transmit Complete Interrupt，使能发送完成中断，此位只有在BIT29有效时才有效。 0x0：未使能 0x1：使能，此位只有在BIT29有效
29	END_DES End Descriptor，最后一个描述符。 0x0：无效 0x1：有效，表示此描述符为最后一个描述符
28	START_DES Start Descriptor，第一个描述符。 0x0：无效 0x1：有效，表示此描述符为第一个描述符
27	DIS_CRC Disable CRC，禁止CRC功能，这里生效，只需在第一个描述符设置此位即可。 0x0：无效 0x1：有效，禁止CRC
26	DIS_PAD Disable Padding，禁止补0功能，这里生效，只需在第一个描述符设置此位即可。 0x0：无效 0x1：有效，禁止对帧长低于64 bytes进行补0
25	EN_TX_TMSTMP Enable Transmit Timestamp，使能发送添加时间戳功能。 0x0：未使能 0x1：使能
24	EN_CRC_REP Enable CRC Replacement，使能CRC替代功能。这里需要软件保证发送帧的内容包含了CRC，使能CRC替代功能后，会进行CRC重新计算并且替代。另外为了避免CRC重复，需要DIS_CRC =1 禁止CRC插入。 0x0：未使能 0x1：使能
23:22	EN_CIC Enable Checksum Insertion Control，使能校验和插入功能。 0x0：禁止校验和插入 0x1：开启IP Header校验和计算以及插入功能 0x2：开启IP Header、Payload校验和的计算及插入功能，未开启伪Header的校验和计算 0x3：开启IP Header、Payload校验和的计算及插入功能，并且开启伪Header的校验和计算
21	TX_END_RNG Transmit End of Ring，DMA发送环的末端，表示此描述符为DMA发送环的最后一个描述符，结束后跳回起始描述符。 0x0：无效 0x1：生效
20	EN_DMA_CHN_MOD Enable DMA Chain Mode，使能DMA Chain模式。 0x0：未使能，采用DMA Ring模式 0x1：使能，采用DMA Chain模式
19:18	VLAN_TAG_CTL VLAN Tag Control，VLAN 标签控制。 0x0：无效操作 0x1：删除发送帧中的VLAN标签内容 0x2：插入VLAN标签，标签内容 0x3：替代VLAN标签
17	TX_TMSTMP_STS Transmit Timestamp Status，发送时间戳状态，此域只有在最后一个描述符有效。 0x0：无操作 0x1：完成发送时间戳的捕捉，时间戳写入在TDES6和TDES7
16	IP_HD_ERR IP Header Error，此位置1表示MAC检测发送的IP报文的Header存在错误。
15	TXERR_STS Transmit Error Status，发送错误状态指示位。 0x0：无错误 0x1：出现错误，错误源可能由于BIT16/14/13/12/11/10/9/8/2/1相应的错误状态引起
14	JAB_TO_ERR Jabber Timout Error，发送Jabber超时错误，此位只有在Jabber检测功能未禁止的情况下有效。 0x0：无异常 0x1：出现发送超时错误
13	TXFIFO_FLSH_ERR TXFIFO Flush Error，清除错误，出现软件清除TXFIFO的帧数据的操作导致的错误。 0x0：无异常 0x1：出现错误状态
12	IP_PL_ERR IP Payload Error，此位置1指示MAC检测到发送的TCP、UDP、ICMP IP数据包payload存在错误。
11	LOS_CR Loss Carrier，此位置1指示在帧发送发生了载波丢失，此位只有在半双工模式下有效。
10	NO_CR No Carrier，此位置1指示在发送的过程中，PHY的载波侦听CS信号并没有生效，即没有检测到载波。
9	LT_COL Late Collision，此位置1指示由于碰撞导致发送终止，此碰撞发生在碰撞窗口之后。此位在TXFIFO_UF_ERR = 1的时候无效。
8	EXS_COL Excessive Collision，此位置1指示当前帧尝试发送的过程中，由于连续的16次碰撞的产生终止发送帧。如果取消重传（DIS_RETRY = 1），只要出现1次的碰撞，此位则立即置1。
7	VLAN_STS VLAN Status，VLAN帧状态。 0x0：发送帧为非VLAN帧 0x1：发送帧为VLAN帧
6:3	COL_CNT Collision Count，此域指示在发送前发生多少次碰撞。此域在TDES0. Bit8 =1的时候无效。
2	EX_DEF_ERR Excessive Deferral Error，发送终止由于回退时间过长，此位只有在EN_DEF_CHECK = 1的情况下有效。 0x0：未发生错误 0x1：出现回退过量错误
1	TXFIFO_UF_ERR TXFIFO Underflow Error，TXFIFO下溢出错误，DMA从Buffer地址读取帧数据错误。 0x0：未出现错误 0x1：发生下溢出错误
0	DEF_STS Defer Status，回退状态，在发送前检测到载波而引起的回退，此位只对于半双工模式有效。 0x0：未出现回退 0x1：发送时出现回退

11.3.2.8.2. 发送描述符TDES1

Bit	域描述
31:29	TX_SA_CTL Transmit Source Address Control，发送源地址控制。 BIT31 = 1，表示采用MAC Address1进行插入或替代； BIT31 = 0，表示采用MAC Address0 进行插入或替代。 Bit30:29 0x0：无操作 0x1：插入源地址 0x2：替代源地址 0x3：保留
28:16	TX_BUF2_SIZ Transmit Buffer2 Size，发送缓存2的空间大小。
15:13	Reserved
12:0	TX_BUF1_SIZ Transmit Buffer1 Size，接收缓存1的空间大小。

11.3.2.8.3. 发送描述符TDES2

Bit	域描述
31:0	BUF1_ADDR Buffer1 Address，Buffer1地址指针，Buffer1的物理地址。

11.3.2.8.4. 发送描述符TDES3

Bit	域描述
31:0	BUF2_ADDR/NXT_DES_ADDR 在DMA采用Ring模式时，这里为BUF2_ADDR，而采用Chain模式时，这里为NXT_DES_ADDR。 BUF2_ADDR Buffer2 Address，Buffer2地址指针，Buffer2的物理地址。 NXT_DES_ADDR Next Descriptor Address，下一个描述符的地址，指向下一个描述符的物理地址，从而将描述符连接起来。

11.3.2.8.5. 发送描述符TDES6

Bit	域描述
31:0	TX_STMP_LO Transmit Timestamp Low 32bit，发送时间戳的低32位，此域由DMA自动填写，与TDES7的高32bit组成完整的时间戳。

11.3.2.8.6. 发送描述符TDES7

Bit	域描述
31:0	TX_STMP_HI Transmit Timestamp High 32bit，发送时间戳的高32位，此域由DMA自动填写，与TDES6的低32bit组成完整的时间戳。

注意

发送描述符RDES4~7（RDES4状态信息，RDES5 Reserved，RDES6~7 时钟戳信息）的应用，需要设置寄存器DMA0/1_CONF的ALT_DES_SIZ = 1。

11.3.2.9. DMA接收描述符

11.3.2.9.1. 接收描述符RDES0

Bit	域描述
31	RX_PRC Receive in Process，接收进行中。 0x0：DMA空闲，DMA完成当前的描述符的数据接收 0x1：DMA接收进行中
30	DA_FLT Destination Address Filter Fail，目的地址过滤失败。 0x0：无效 0x1：指示接收帧的目的地址过滤失败
29:16	RX_FRM_LEN Receive Frame Length，接收到的帧的长度，此域在最后一个描述符有效，并且无异常发生。
15	RXERR_STS Receive Error Status，接收错误状态指示位。 0x0：无错误 0x1：出现错误，错误源可能由于RDES0的BIT14/11/7/6/4/3/1或RDES4的[4:3]相应的错误状态引起
14	RX_DES_ERR Receive Descriptor Error，接收描述符错误，此域在最后一个描述符有效。 0x0：无效 0x1：由于描述符异常导致的接收中断
13	SA_FLT Source Address Filter Fail，源地址过滤失败。 0x0：无效 0x1：指示接收帧的源地址过滤失败
12	RX_LEN_ERR Receive Length Error，接收长度错误。 0x0：无效 0x1：指示接收长度错误，接收帧的实际长度与帧的长度域值不一致
11	RXFIFO_OF_ERR RXFIFO Overflow Error，接收溢出错误。 0x0：无效 0x1：指示接收溢出错误，由于RXFIFO溢出，导致接收帧的损坏
10	VLAN_TAG VLAN Tag，此位置1表示接收的帧位VLAN帧。
9	START_DES Start Descriptor，第一个描述符。 0x0：无效 0x1：有效，表示此描述符为第一个描述符
8	END_DES End Descriptor，最后一个描述符。 0x0：无效 0x1：有效，表示此描述符为最后一个描述符
7	TMSTMP_AVL/ IP_CHSM_ERR/ GNT_FRM 此位可指示三种状态： TMSTMP_AVL，Timestamp Available，置1表示接收的帧已打时间戳，从RDES6~7可获得； IP_CHSM_ERR，IP Checksum Error，置1表示IP校验和错误或表示接收帧位非IPv4帧； GNT_FRM，Giant Frame，置1表示接收的帧位Giant Frame。
6	LT_COL_ERR Late Collision Error，Late Collision错误。 0x0：无效 0x1：接收发生Late Collision错误
5	RX_FRM_TYP Receive Frame Type，接收帧的类型。 0x0：接收帧为IEEE 802.3类型的帧 0x1：接收帧为以太网类型的帧
4	RX_WD_TO_ERR Receive Watchdog Timeout Error，接收看门狗的超时错误。 0x0：无效 0x1：发生接收看门狗的超时错误
3	RX_ERR Receive Error，接收过程出现RX_ERR信号。 0x0：无效 0x1：接收过程出现RX_ERR信号
2	Reserved
1	RX_CRC_ERR Receive CRC Error，接收CRC错误，此域只有在最后一个描述符有效。 0x0：无效 0x1：接收帧出现CRC错误
0	EXT_STS_AVA/ RX_MAC_ADDR EXT_STS_AVA Extend Status Available，当时钟戳或IP校验和Offload功能使能，此位置1表示RDES4生效。 RX_MAC_ADDR Rx MAC Address，当时钟戳、IP校验和Offload功能均未使能，此位置1表示接收帧的目的地址匹配MAC Address1~7之一。此位清0表示接收帧的目的地址匹配MAC Address0。

11.3.2.9.2. 接收描述符RDES1

Bit	域描述
31	DIS_COMP_INT Disable Complete Interrupt，禁止接收完成中断的产生。 0x0：未禁止 0x1：禁止
30:29	Reserved
28:16	RX_BUF2_SIZ Receive Buffer2 Size，接收缓存2的空间大小。
15	RX_END_RNG Receive End of Ring，指示在DMA的Ring模式下，此描述为最后的描述符，完成后跳转回起始描述符。
14	RX_DMA_MOD Receive DMA Mode，接收DMA的模式。 0x0：Ring模式 0x1：Chain模式
13	Reserved
12:0	RX_BUF1_SIZ Receive Buffer1 Size，接收缓存1的空间大小。

11.3.2.9.3. 接收描述符RDES2

Bit	域描述
31:0	BUF1_ADDR Buffer1 Address，Buffer1地址指针，Buffer1的物理地址。

11.3.2.9.4. 接收描述符RDES3

Bit	域描述
31:0	BUF2_ADDR/NXT_DES_ADDR 在DMA采用Ring模式时，这里为BUF2_ADDR，而采用Chain模式时，这里为NXT_DES_ADDR。 BUF2_ADDR Buffer2 Address，Buffer2地址指针，Buffer2的物理地址。 NXT_DES_ADDR Next Descriptor Address，下一个描述符的地址，指向下一个描述符的物理地址，从而将描述符连接起来。

11.3.2.9.5. 接收描述符RDES4

Bit	域描述
31:21	Reserved
20:18	VLAN_TAG_PRI_V VLAN Tag Priority Value，此域内容填入接收到的包的VLAN TAG用户值域。
17	AV_TAG_PKT_RCD AV Tagged Packet Received，此位置1表示接收到带AV标签的数据包。
16	AV_PKT_RCD AV Packet Received，此位置1表示接收到AV包。
15	Reserved
14	TMSTMP_DRP Timestamp Dropped，时钟戳丢失，由于RXFIFO溢出，导致时钟戳丢失。 0x0：无效 0x1：时钟戳丢失
13	PTP_VER PTP Version，PTP版本。 0x0：IEEE1588 0x1：IEEE1588V2
12	RX_PTP_FRM Received PTP Frame Type，接收到PTP帧的类型。 0x0：接收到PTP报文通过UDP-IPV4或UDP-IPV6的形式传送 0x1：接收到PTP报文直接通过以太网帧形式传送
11:8	PTP_RX_MSG_TYP Received PTP Message Type，接收到的PTP消息报文类型。 0x0：无PTP报文 0x1：SYNC报文 0x2：Follow Up报文 0x3：Delay_Req报文 0x4：Delay_Resp报文 0x5：Pdelay_Req报文 0x6：Pdelay_Resp报文 0x7：Pdelay_Resp_Follow_Up报文 0x8：Announce报文 0x9：Management报文 0xA：Signaling报文 0xB~0xE：Reserved 0xF：PTP Packet with Reserved message type
7	RX_IPV6_PKT Received IPV6 Packet，接收到IPV6包。 0x0：无效 0x1：接收到的IP包为IPV6包
6	RX_IPV4_PKT Received IPV4 Packet，接收到IPV4包。 0x0：无效 0x1：接收到的IP包为IPV4包
5	DIS_IP_CHSUM Disable IP Checksum Function，关闭IP校验和功能。 0x0：未关闭 0x1：关闭IP校验和功能
4	IP_PL_ERR IP Payload Error，IP包校验错误，接收到的IP包的TCP/UDP/ICMP的校验和错误，或长度错误。 0x0：无错误 0x1：出现IP包校验和错误
3	IP_HD_ERR IP Header Error，接收到的IP包的首部校验和与计算的校验和不一致，或者IP版本与Ethernet Type域值不一致。 0x0：无错误 0x1：出现首部校验和错误
2:0	IP_PKT_TYP IP Packet Type，IP包类型，此域只有在BIT6/7生效时才有效。 0x0：未知类型 0x1：UDP包 0x2：TCP包 0x3：ICMP包 others：Reserved

11.3.2.9.6. 接收描述符RDES6

Bit	域描述
31:0	RX_STMP_LO Receive Timestamp Low 32bit，接收时间戳的低32位，此域由DMA自动填写，与TDES7的高32bit组成完整的时间戳。

11.3.2.9.7. 接收描述符RDES7

Bit	域描述
31:0	RX_STMP_HI Receive Timestamp High 32bit，发送时间戳的高32位，此域由DMA自动填写，与TDES7的低32bit组成完整的时间戳。

11.3.2.10. IEEE1588

11.3.2.10.1. 时钟戳收发

IEEE1588 时钟戳的收发，在MAC发送或接收到报文后，则触发时钟戳的捕捉，对应的发送或接收描述符会记录相应的Timestamp信息在TDES6、TDES7和RDES6、RDES7。为了让DMA能够记录Timestamp，寄存器ALT_DES_SIZ = 1，配置描述符的大小为8 words。同时TDES0的TTSE（Transmit Timestamp Enable）需要使能。而接收需在Timestamp控制寄存器上配置对应的接收帧类型使能即可。

11.3.2.10.2. 时钟校准

IEEE1588功能支持内部系统时钟的校准，可以支持粗糙和精准校准两种方式。粗糙的校准通过PTP协议报文的交互计算出时钟偏差，通过Update寄存器更新系统时间；精准的校准则通过PTP协议报文的交互计数时钟偏差的频率比，更新Timestamp Addend寄存器，实现同步时钟。

../../../_images/ptp.png — 图 11.8 PTP时钟校准