Мир встраиваемых систем (Embedded System) очень широк. Как с точки зрения технологий в нем участвующих, так и с точки зрения всего прикладного железа (hardware). С каждым годом в нем становится жить все интереснее.
Этот пост не будет введением в мир Embedded (возможно будут другие посты об этом потом), но здесь вы найдете краткое описание одного из главных действующих в нем лиц – загрузчика U–BOOT. Также я постараюсь дать легкое введение в сетевую среду Embedded платформ – в посте будет идти речь о контроллере eTSEC, об интерфейсе MII и его производных RGMII, SGMII, – а также показана работа с утилитой входящей в состав U–BOOT и предоставляющей базовую функциональность при работе с регистрами PHY устройств через интерфейс MII.
Прежде всего, стоит упомянуть то железо, на котором я буду проводить запуск команд и приводить результат их выполнения. Выбирать мне особо не из чего, потому загрузка U–BOOT будет происходить на плате Adbc7519 от Advatech с процем от Freescale – P1021. На плате доступны три контроллера eTSEC. Два из них сконфигурированы и инициализируются как SGMII, один – как RGMII. Все – гигабитные.
U–BOOT [Universal Bootloader] — универсальный системный загрузчик, используемый преимущественно во встраиваемых системах. Поддерживает просто огромное количество платформ (как популярныx, так и узкопрофильныx) и архитектур. Со списком можно ознакомиться открыв файл boards.cfg, лежащий в корне репозитория. В качестве апогея своего существования передает управление непосредственно образу ядра Linux. В ряде случаев, является первичным загрузчиком, однако есть платформы, на которых он является загрузчиком второго уровня (принимая подачу, к примеру, от X–Loader’а).
MII [Media Independent Interface] — стандартизированный интерфейс в сетевом Ethernet мире, используемый в соединениях между MAC уровнем и PHY чипом. Если точнее, то благодаря независимости среды (Media Independent) данной шины, становится возможным соединять разные типы PHY устройств (имеются в виду устройства для связи с разными средами передачи данных – витая пара, оптика, пр.) с MAC слоем. Физическим воплощением стандарта MII является шина MII (MII–bus). MII–bus осуществляет трансфер управляющей информации между MAC и PHY посредством последовательно управляющего интерфейса MDIO (Management Data Input/Output). Как обычно бывает в мире стандартов, всегда есть некая база, основа (в нашем случае, интерфейс MII). На этой основе со временем строятся дальнейшие технологии (типы интерфейсов, связи, прочее). Так и в случае с MII: на данный момент есть несколько основных подтипов данного интерфейса: RMII, GMII, RGMII, SGMII.
Останавливаться детально на их различии я не буду. В посте ниже упоминаться будут лишь два из них – SGMII и RGMII. Чтобы не вводить в ступор читателя, кратко (лишь для очертаний понимания) что это за звери.
RGMII (Reduced Gigabit Media Independent Interface), ключевое слово Reduced – означает, что для реализации сетевого общения через данный интерфейс понадобиться вдвое меньше физических контактов (основная идея уменьшения – уменьшение сложности обвязки схем за счет гораздо меньшего количества дорожек с сигналами, ведь представьте, современные чипы поддерживают более 10 портов на едином чипе, что вкупе с более 20 пинами на каждый интерфейс ведет к огромному количеству контактов, требующих разводки).
SGMII (Serial Gigabit Media Independent Interface), ключевое слово Serial. Данный интерфейс работает через последовательный интерфейс, а не через параллельный (как например тот же RGMII). Последовательный интерфейс требует лишь несколько пар для для передачи информации (минимум сейчас для SGMII – 2 пары контактов!). Ну и как минус, правда практически нулевой, наличие на плате промежуточного механизма, сериализирующего (из параллельного в последовательный) и десериализирующего (наоборот) поток данных с помощью еще одного интерфейса TBI. Этот механизм называется SerDes. К примеру на рассматриваемой плате, SerDes имеется в составе процессора P1021.
eTSEC (enhanced three-speed Ethernet controllers) – так называют конфигурируемый контроллер, в составе чипа или процессора на какой-либо плате (как в нашем случае, eTSEC контроллер входит в состав проца P1021 от Freescale, и не один, а целых три). Он является главным Ethernet контроллером на плате и имеет все необходимое для реализации разного рода интерфейсов (уже упомянутые MII, RMII, GMII, прочее) для связи с разной медийной средой (PHY слоем и PHY устройствами), как правило, внешней (external PHY). Контроллер eTSEC программируется через ряд регистров и может выполнять функции RGMII, а может (при наличии SerDes на плате) и SGMII. Правда в случае SGMII придется еще и TBI регистры прошивать (помните, я говорил, что с SerDes общение идет через TBI?).
Теперь объединим понятия. U–Boot в своем составе имеет не только желание и возможность общаться с ядром, но и обладает набором определенных специализированных утилит для выполнения разного рода задач на промежуточном этапе загрузки системы (когда загрузчик уже загружен, но ядру передавать бразды правления еще не собирается). Работа происходит в командной строке оболочки путем набора команд. Степень полноты этого набора (утилит и программ) определяется в заголовочных файлах конкретных платформ (открываем любой файл по пути u–boot/include/configs/ и смотрим секцию “Command line configuration”). Однако не стоит перечислять весь набор утилит (список существеннен). Большинство команд по умолчанию уже включено (каких именно? – смотрим в корень репозитория на файл README и просветляемся).
Если же желаемой и столь необходимой команды нет в списке доступных (команда help в шелле U–BOOT'а подсказывает), то в заголовочном файле для конкретной борды (все тот же путь ./u–boot/include/configs) прописываем определенную константу CONFIG_CMD_[tool-name].
Так, для работы с регистрами PHY устройств через MII в U–BOOT есть утилита mii, которая по-умолчанию как раз не входит в образ загрузчика. Соответствующая ей константа (читаем секцию файла README) называется CONFIG_CMD_MII. Добавляем строчку в конфиг борды:
#define CONFIG_CMD_MIIПодключили, радуемся. Теперь грузим плату с новый образом загрузчика для проведения тестов. Предположим, что все прошло удачно и перед вами окно терминала с командной строкой U–BOOT.
Команда man в U–BOOT отсутствует. Воспользуемся заменой:
| => help mii
mii - MII utility commands
Usage:
mii device – list available devices
mii device <devname> – set current device
mii info <addr> – display MII PHY info
mii read <addr> <reg> – read MII PHY <addr> register <reg>
mii write <addr> <reg> <data> – write MII PHY <addr> register <reg>
mii dump <addr> <reg> – pretty-print <addr> <reg> (0-5 only)
Addr and/or reg may be ranges, e.g. 2-7.
|
Команда help
По именам доступных команд (утилит) уже можно судить о роли ими выполняемой. Рассмотрим все команды кроме команды записи – думаю тут можно будет справиться самостоятельно.
Получаем список устройств (доступных интерфейсов) – команда mii device:
=> mii device
MII devices: 'eTSEC1' 'eTSEC2' 'eTSEC3'
Current device: 'eTSEC1'
=> mii device eTSEC2
=> mii device
MII devices: 'eTSEC1' 'eTSEC2' 'eTSEC3'
Current device: 'eTSEC2'Информация о всех PHY устройствах может быть получена через команду mii info (без указания адреса):
=> mii info
PHY 0x01: OUI = 0x5043, Model = 0x0D, Rev = 0x04, 1000baseX, FDX
PHY 0x02: OUI = 0xA0C3, Model = 0x0D, Rev = 0x04, 1000baseX, HDX
PHY 0x03: OUI = 0x5043, Model = 0x0D, Rev = 0x04, 1000baseX, HDX
PHY 0x04: OUI = 0x5043, Model = 0x0D, Rev = 0x04, 1000baseX, HDX
PHY 0x1F: OUI = 0x0000, Model = 0x00, Rev = 0x00, 1000baseX, HDXЗдесь:
Та же команда, но для конкретного устройства (дополняется адресом устройства):
=> mii info 1
PHY 0x01: OUI = 0x5043, Model = 0x0D, Rev = 0x04, 1000baseX, FDXТеперь самое вкусное – регистры. Их много и большую часть можно прочесть используя команды mii read и mii dump.
Стандарт MII определяет небольшой набор регистров:
Для быстрого просмотра содержимого регистров можно воспользоваться командой read. Прочтем для примера ID PHY устройства с адресом 1:
=> mii info 1
PHY 0x01: OUI = 0x5043, Model = 0x0D, Rev = 0x04, 1000baseX, FDXИли так:
=> mii read 1 2-3
addr=01 reg=02 data=0141
addr=01 reg=03 data=0CD4Значения равные 0xFFFF или 0×0000 могут судить о том, что устройство с указанным адресом не найдено на шине.
Другая команда (dump) позволяет получить более подробную информация о тех же самых регистров. Команда выводит побитную интерпретацию битов указанного регистра. Выведим информацию обо всех доступных регистрах. К сожалению, сделать это мы сможет только для первых 6 регистров (0–5), регистр #6 доступен лишь в интерпретации команды read.
=> mii dump 1 0
0. (1140) -- PHY control register --
(8000:0000) 0.15 = 0 reset
(4000:0000) 0.14 = 0 loopback
(2040:0040) 0. 6,13 = b10 speed selection = 1000 Mbps
(1000:1000) 0.12 = 1 A/N enable
(0800:0000) 0.11 = 0 power-down
(0400:0000) 0.10 = 0 isolate
(0200:0000) 0. 9 = 0 restart A/N
(0100:0100) 0. 8 = 1 duplex = full
(0080:0000) 0. 7 = 0 collision test enable
(003f:0000) 0. 5- 0 = 0 (reserved)=> mii dump 1 1
1. (796d) -- PHY status register --
(8000:0000) 1.15 = 0 100BASE-T4 able
(4000:4000) 1.14 = 1 100BASE-X full duplex able
(2000:2000) 1.13 = 1 100BASE-X half duplex able
(1000:1000) 1.12 = 1 10 Mbps full duplex able
(0800:0800) 1.11 = 1 10 Mbps half duplex able
(0400:0000) 1.10 = 0 100BASE-T2 full duplex able
(0200:0000) 1. 9 = 0 100BASE-T2 half duplex able
(0100:0100) 1. 8 = 1 extended status
(0080:0000) 1. 7 = 0 (reserved)
(0040:0040) 1. 6 = 1 MF preamble suppression
(0020:0020) 1. 5 = 1 A/N complete
(0010:0000) 1. 4 = 0 remote fault
(0008:0008) 1. 3 = 1 A/N able
(0004:0004) 1. 2 = 1 link status
(0002:0000) 1. 1 = 0 jabber detect
(0001:0001) 1. 0 = 1 extended capabilities=> mii dump 1 2
2. (0141) -- PHY ID 1 register --
(ffff:0141) 2.15- 0 = 321 OUI portion=> mii dump 1 3
3. (0cd4) -- PHY ID 2 register --
(fc00:0c00) 3.15-10 = 3 OUI portion
(03f0:00d0) 3. 9- 4 = 13 manufacturer part number
(000f:0004) 3. 3- 0 = 4 manufacturer rev. number=> mii dump 1 4
4. (01e1) -- Autonegotiation advertisement register --
(8000:0000) 4.15 = 0 next page able
(4000:0000) 4.14 = 0 reserved
(2000:0000) 4.13 = 0 remote fault
(1000:0000) 4.12 = 0 reserved
(0800:0000) 4.11 = 0 asymmetric pause
(0400:0000) 4.10 = 0 pause enable
(0200:0000) 4. 9 = 0 100BASE-T4 able
(0100:0100) 4. 8 = 1 100BASE-TX full duplex able
(0080:0080) 4. 7 = 1 100BASE-TX able
(0040:0040) 4. 6 = 1 10BASE-T full duplex able
(0020:0020) 4. 5 = 1 10BASE-T able
(001f:0001) 4. 4- 0 = 1 selector = IEEE 802.3=> mii dump 1 5
5. (45e1) -- Autonegotiation partner abilities register --
(8000:0000) 5.15 = 0 next page able
(4000:4000) 5.14 = 1 acknowledge
(2000:0000) 5.13 = 0 remote fault
(1000:0000) 5.12 = 0 (reserved)
(0800:0000) 5.11 = 0 asymmetric pause able
(0400:0400) 5.10 = 1 pause able
(0200:0000) 5. 9 = 0 100BASE-T4 able
(0100:0100) 5. 8 = 1 100BASE-X full duplex able
(0080:0080) 5. 7 = 1 100BASE-TX able
(0040:0040) 5. 6 = 1 10BASE-T full duplex able
(0020:0020) 5. 5 = 1 10BASE-T able
(001f:0001) 5. 4- 0 = 1 selector = IEEE 802.3Как видно, mii утилита сама подписывает что значит каждый бит каждого регистра. Очень удобно.
Если заинтересуют исходники утилиты, вот где лежит основной файл, отвечающий за прием и обработку команд утилиты: ./u–boot/common/cmd_mii.c
| Back to top | Next Blog Post »