基于I.MX6Q PCIE的千兆以太网（intel I210）的扩展设计

基于I.MX6Q PCIE的千兆以太网扩展设计

                             

      作者：卢浩  

                                     时间：2017.2.20

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前言：我们在使用I.MX6Q的过程中，由于CPU只带一个以太网控制器，而我们的设计需要2个甚至多个，此时就设计到以太网扩展的问题，以太网扩展方案其实挺多的，打个比方：

1.基于localbus总线的DM9000以太网控制器的扩展设计；

2.基于USB总线的USB9514的以太网+USBHUB控制器的扩展设计；

3.基于PCIE总线的I210 PCIE PHY以太网控制器的扩展设计。

前两种扩展设计早些年都玩过，但是速度上不是很满意，后来ARM上有了PCIE总线之后，终于可以扩展PCIE以太网了。

PCIE以太网扩展设计涉及到PCIE PHY芯片的选型，我之前选过realtek的RTL8111E，marvel的88E8057，也都进行过测试，由于RTL没有工业级的芯片，marvel的88E8057后期又被告之停产，所以才选型intel的I210芯片，这款芯片支持光口以及电口，要注意的是，所有的模式的配置，都是由外置的SPI FLASH或者片内的INVM的配置，没有这些的话，I210的默认型号是0X1531，这是无法使用的，准确的使用型号如下：

2.13 What are the PCI Device IDs for the I210/I211?
• I210-AT – 0x1531 (hardware default, indicating an unprogrammed device)
• I211-AT – 0x1532 (hardware default, indicating an unprogrammed device)
• I210-AT – 0x1533
• I210-IS/AS - 0x1536 SERDES Fiber
• I210-IS/AS - 0x1537 SERDES Backplane (KX, BX)
• I210-IS/AS - 0x1538 SGMII (external PHY controlled via MDIO or I2C)
• I211-AT – 0x1539
• I210-IS/AS – 0x157C using iNVM (no flash memory)
• I210-AT – 0x157B using iNVM (no flash memory)

所以在设计的时候，建议把SPI FLASH设计进去，后期通过SPI FLASH烧写器来批量烧写SPI FLASH，较为方便快捷。

如果需要通过I210出百兆光口设计的话，需要在后端增加一个88E1112 PHY芯片，流程：The I210 in SGMII mode <-> Marvell 88e112 <-> SFP cage.

I210原理图参考设计如下图：

这里我主要提几点：

1.关于外部有源晶振的选型设计，第一，由于I210  XTAL脚电平比较低，一般3V3的晶振不使用，所以需要选一款1V8的，或者也可以通过电容分压来实现输出CLK脚电平的控制；

2.PCIE的时钟，FSL官方本身就不建议使用I.MX6自带的PCIE CLK，所以我这里选型的是pericom的PCIE100外部有源差分时钟；

3.PCIE TX RX的输入输出的对应；

4.reset脚3V3上拉，外部连接到CPU的GPIO，用来控制I210的复位，一般是电源和时钟稳定后的100ms，对I210进行复位，时序上要把握好，大于100ms都可以。

5.如果外部用的是100光口，接的88E1112的话，请把I210的MDIO MDC连接到SFP座子上，这样驱动才能通过MDIO MDC读取外部PHY的信息，否则无法正常使用。

6.对于PCIE这种高速总线的走线，尽量不要走表层和底层，可能会导致辐射发射超标，另外就是过孔尽量少，一般PCIE过孔不超过6个hole，我记得SATA总线的要求更高，一般不超过2个hole。

7.一再强调，SPI FLASH一定要预留好，否则后期调试，全是坑。

linux内核方面，主要记得添加对I210的支持，配置如下：

 .config - Linux/arm 4.1.15 Kernel Configuration
 → Device Drivers → Network device support → Ethernet driver support ──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────
  ┌────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────── Ethernet driver support ──────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
  │  Arrow keys navigate the menu.   selects submenus ---> (or empty submenus ----).  Highlighted letters are hotkeys.  Pressing includes, excludes, modularizes features.  Press    │  
  │   to exit, for Help, for Search.  Legend: [*] built-in  [ ] excluded   module  < > module capable                                                                                                                             │ │  
  │ │                                                             < >     Intel(R) PRO/100+ support                                                                                                   │ │  
  │ │                                                             < >     Intel(R) PRO/1000 Gigabit Ethernet support                                                                                  │ │  
  │ │                                                             < >     Intel(R) PRO/1000 PCI-Express Gigabit Ethernet support                                                                                                           <*>     Intel(R) 82575/82576 PCI-Express Gigabit Ethernet support                                                    
                                                                     [*]       Intel(R) PCI-Express Gigabit adapters HWMON support 

编译内核，测试linux下网卡性能，差不多能达到880M/s.结果较为满意。