基于xilinx的tri-mode-eth-mac IP设置与使用详解

1 概述

本文是关于tri-mode-eth-mac IP学习过程中的设置与代码使用详解。

tri-mode-eth-mac IP是FPGA做以太网设计时的MAC IP。

它支持10/100 Mb/s, 1 Gb/s, 2.5 Gb/s, 或者10/100/1000 Mb/s自适应类型。支持RGMII、GMII、以及MII接口，支持全双工/半双工控制。

2 引用文件

《pg051》

3 IP设置

IP设置的第1页 主要设置最大通信速率，一般默认即可。1Gb/s支持高达1Gb/s的以太网速度。支持四种类型的物理接口，即GMII，MII，RGMII和内部接口均可用。2.5 Gb / s 指的是以太网速度设置为2.5Gb/s，只支持内部连接。如下所示。

图 1 IP设置的第1页

IP设置的第2页 主要设置接口，根据项目实际使用，选择PHY的接口。当内部连接时不需要MDIO，如果是连接外部的PHY芯片则需要MDIO接口。管理配置接口用AXI4-LITE默认即可。

图 2 IP设置的第2页

IP第4页主要是帧滤波功能选择，以及流控选择。

图 3 IP设置的第4页

1）帧过滤器选项（Frame Filter Options）

可以使用帧过滤器生成内核，从而阻止接收与此MAC不匹配的帧。这最常用于识别专门针对此MAC的数据包。默认为使用帧过滤器。

2）表条目数（Number of Table Entries）

可以使用查找表来生成帧过滤器，该查找表最多可以包含16个其他有效MAC帧匹配模式。您可以选择0到16之间的整数来定义表中存在的匹配模式的数量。默认值为使用四个表条目。

3）启用优先流控制（Enable Priority Flow Control）

选择此选项可在核心中包括Priority Flow Control支持。如果包括在内，则包括在发送时生成PFC帧并在接收时解释PFC帧的电路，以及对IEEE 802.3暂停请求的增强XON / XOFF支持。默认设置为禁用。

4）统计计数器（Statistics Counters）

可以使用内置的统计计数器生成内核。可用的计数器数量取决于内核的双工设置，全双工需要34个计数器，半双工需要41个计数器。仅当内核配置有AXI4-Lite管理接口时，才能选择此选项。默认值为包括统计信息计数器

5）统计宽度（Statistics Width）

统计信息计数器可以是32位或64位宽。这使您可以控制必须轮询计数器的频率，以避免由于溢出而导致信息丢失。默认值为使用64位宽的计数器。

6）统计重置（Statistics Reset）

当包括统计计数器时，可以包括逻辑以确保在硬件复位时将计数器清除为零。没有此逻辑，计数器值将在复位后保持不变，并且仅在设备配置时清除。默认值为包括计数器重置功能

4 接口说明

例化的IP核的用户接口如下表所示那些，已经封装为axis接口了，而且人家给了IP读写fifo及相关的状态标识，我们只需要用就可以。

5 以太网收发数据的格式字段说明

s_axis_tx* 与m_axis_rx分别是以太网数据的发送与接收。而我们要与外部通信，则需要按照一定的数据格式来。以太网数据格式如下图所示。

在实际使用中FCS、PAD可以配置为IP自动补齐，前面的preadmble 与SFD也是IP自动添加。在使用过程中只需要管 DA、SA、L/T、Data即可。

AXIS时序中正常的帧格式时序如下所示。

此外在使用过程中需要注意TUSER信号，当这个信号为高时，说明这一个帧有问题，需要手动丢弃。如下图所示。

6 MDIO的设置

在连接外部PHY芯片时一般都需要配置芯片的寄存器，配置PHY的寄存器常规就是用的MDIO接口。而本IP是通过AXI接口来控制MDIO接口，从而达到配置PHY芯片MDIO的目的。

6.1 MDC的速率情况

​ 本IP在MDIO接口中是做主，且最大MDC的频率为2.5MHZ，MDC的速率计算如下所示。

6.2 MDIO配置寄存器情况

6.3 MDIO 传输情况

7 MAC speed 说明，三速自适应设置

这个MAC支持的速率选择设置如上所示，这里不做太多的展开。这里来说下在rti-speed模式下怎么自适应的事。

在IP上的有2个输出信号speedis100与speedis10100，分别反应MAC核工作在什么状态。如下表所示

表 1 三速速率状态信号对应关系

{ speedis100，speedis10100}	模式
2’b00	1000M
2’b01	10M
2’b11	100M

用于根据这个状态再反写寄存器内容即可实现自适应。速率的配置寄存器为0x041。配置情况如下所示。

当然在实际使用中不用这么麻烦的一个个去配置AXI4-lite的寄存器。在IP的example design中有AXI4-LITE的使用例程，直接拿来用即可.。然后在这个AXI_lite_controller中有关于速率的配置接口，只需要根据当前速率状态修改这两个信号即可，如下所示:mac_speed为速率值，update_speed为更新速率的使能信号，当速率改变时需要给一个高脉冲信号。

8 AXI4-lite 控制状态机

9 IP例程简述

IP的例程有以下一些模块，这里只简单说下各个模块的功能，以及备注实际要使用的模块。

表 2 例程模块说明

序号	模块名	功能简介	备注
1.	tri_mode_ethernet_mac_0_example_design	顶层，用于整合各个模块
2.	example_design_clocks	时钟模块	需要使用
3.	example_design_resets	复位模块	需要使用
4.	rx_stats_sync	信号同步模块	需要使用
5.	tx_stats_sync	信号同步模块	需要使用
6.	axi_lite_controller	AXI4寄存器控制模块	特别重要
7.	trimac_fifo_block	IP的调用模块示例	根据使用修改
8.	basic_pat_gen_inst	静态数据产生模块	不需要

例程代码的功能框图如下图所示。