RTL8201 以太网PHY芯片 调试记录

一、概述

为了尽量给甲方降低成本，决定使用较低成本的PHY芯片RTL8201F-VB-CG芯片。移植官网的以太网demo程序，git上下载了一份很好看的rtl8201F的驱动程序，用来替换官方demo的lan8742程序。并没有直接通，于是开始了调试之路。

二、平台

芯片型号：stm32h753
官网例程文件名：STM32Cube_FW_H7_V1.10.0

三、原理图

四、遇到的问题

使用官网lwip的demo，下载RTL8201F-VB-CG驱动程序并替换lan8742驱动芯片程序，使用PC机ping设备ping不通

五、调试过程

1.确定PHY驱动芯片的寄存器可以读取和写入。

通过函数接口HAL_ETH_ReadPHYRegister和HAL_ETH_WritePHYRegister进行读写。这里我是可以直接正常读写的，所以并没遇到太大阻力。但我还是请教了一下其他朋友，了解到PHY寄存器的读写依靠22,23引脚。22引脚为时钟线，测量波形约2M左右，没记错的话。

2.深入调试了STM32对于以太网的初始化程序

主要是HAL_ETH_Init函数，先上代码。

HAL_StatusTypeDef HAL_ETH_Init(ETH_HandleTypeDef *heth)
{
  uint32_t tickstart;

  if (heth == NULL)
  {
    return HAL_ERROR;
  }
  if (heth->gState == HAL_ETH_STATE_RESET)
  {
    heth->gState = HAL_ETH_STATE_BUSY;

#if (USE_HAL_ETH_REGISTER_CALLBACKS == 1)

    ETH_InitCallbacksToDefault(heth);

    if (heth->MspInitCallback == NULL)
    {
      heth->MspInitCallback = HAL_ETH_MspInit;
    }

    /* Init the low level hardware */
    heth->MspInitCallback(heth);
#else
    /* Init the low level hardware : GPIO, CLOCK, NVIC. */
    HAL_ETH_MspInit(heth);

#endif /* (USE_HAL_ETH_REGISTER_CALLBACKS) */
  }

  __HAL_RCC_SYSCFG_CLK_ENABLE();

  if (heth->Init.MediaInterface == HAL_ETH_MII_MODE)
  {
    HAL_SYSCFG_ETHInterfaceSelect(SYSCFG_ETH_MII);
  }
  else
  {
    HAL_SYSCFG_ETHInterfaceSelect(SYSCFG_ETH_RMII);
  }

  /* Dummy read to sync with ETH */
  (void)SYSCFG->PMCR;

  /* Ethernet Software reset */
  /* Set the SWR bit: resets all MAC subsystem internal registers and logic */
  /* After reset all the registers holds their respective reset values */
  SET_BIT(heth->Instance->DMAMR, ETH_DMAMR_SWR);

  /* Get tick */
  tickstart = HAL_GetTick();

  /* Wait for software reset */
  while (READ_BIT(heth->Instance->DMAMR, ETH_DMAMR_SWR) > 0U)
  {
    if (((HAL_GetTick() - tickstart) > ETH_SWRESET_TIMEOUT))
    {
      /* Set Error Code */
      heth->ErrorCode = HAL_ETH_ERROR_TIMEOUT;
      /* Set State as Error */
      heth->gState = HAL_ETH_STATE_ERROR;
      /* Return Error */
      return HAL_ERROR;
    }
  }

  /*------------------ MDIO CSR Clock Range Configuration --------------------*/
  HAL_ETH_SetMDIOClockRange(heth);

  /*------------------ MAC LPI 1US Tic Counter Configuration --------------------*/
  WRITE_REG(heth->Instance->MAC1USTCR, (((uint32_t)HAL_RCC_GetHCLKFreq() / ETH_MAC_US_TICK) - 1U));

  /*------------------ MAC, MTL and DMA default Configuration ----------------*/
  ETH_MACDMAConfig(heth);

  /* SET DSL to 64 bit */
  MODIFY_REG(heth->Instance->DMACCR, ETH_DMACCR_DSL, ETH_DMACCR_DSL_64BIT);

  /* Set Receive Buffers Length (must be a multiple of 4) */
  if ((heth->Init.RxBuffLen % 0x4U) != 0x0U)
  {
    /* Set Error Code */
    heth->ErrorCode = HAL_ETH_ERROR_PARAM;
    /* Set State as Error */
    heth->gState = HAL_ETH_STATE_ERROR;
    /* Return Error */
    return HAL_ERROR;
  }
  else
  {
    MODIFY_REG(heth->Instance->DMACRCR, ETH_DMACRCR_RBSZ, ((heth->Init.RxBuffLen) << 1));
  }

  /*------------------ DMA Tx Descriptors Configuration ----------------------*/
  ETH_DMATxDescListInit(heth);

  /*------------------ DMA Rx Descriptors Configuration ----------------------*/
  ETH_DMARxDescListInit(heth);

  /*--------------------- ETHERNET MAC Address Configuration ------------------*/
  /* Set MAC addr bits 32 to 47 */
  heth->Instance->MACA0HR = (((uint32_t)(heth->Init.MACAddr[5]) << 8) | (uint32_t)heth->Init.MACAddr[4]);
  /* Set MAC addr bits 0 to 31 */
  heth->Instance->MACA0LR = (((uint32_t)(heth->Init.MACAddr[3]) << 24) | ((uint32_t)(heth->Init.MACAddr[2]) << 16) |
                             ((uint32_t)(heth->Init.MACAddr[1]) << 8) | (uint32_t)heth->Init.MACAddr[0]);

  heth->ErrorCode = HAL_ETH_ERROR_NONE;
  heth->gState = HAL_ETH_STATE_READY;

  return HAL_OK;
}

在该代码的这一段发现程序返回了错误。于是查找手册对比这个bit位的作用

while (READ_BIT(heth->Instance->DMAMR, ETH_DMAMR_SWR) > 0U)
  {
    if (((HAL_GetTick() - tickstart) > ETH_SWRESET_TIMEOUT))
    {
      /* Set Error Code */
      heth->ErrorCode = HAL_ETH_ERROR_TIMEOUT;
      /* Set State as Error */
      heth->gState = HAL_ETH_STATE_ERROR;
      /* Return Error */
      return HAL_ERROR;
    }
  }

3.获取手册上关于这个bit位的描述

手册上关于这个bit位的描述如下，我的理解是，芯片需要检查所有的时钟，在检测到时钟的情况下，会自动复位完成。

4.测量PHY芯片各个时钟线的状态

通过向朋友的学习，测量了PHY芯片15引脚的时序，因为使用RMII模式，所以该时钟引脚理论值约为50M。而我的这次调试，问题的根源也在这里。
在运行程序时，我测量了PHY芯片15引脚，发现该引脚有时钟输出，我就误认为这里的时钟没问题，后面总结过后，才发现是寄存器配置后，PHY芯片的时钟才开始输出。所以在测量时，最好是打断点进行调试，断点要打在HAL_ETH_Init初始化之前。

5.阅读PHY芯片手册，找到在HAL_ETH_Init初始化之前提供时钟的办法

通过查看PHY芯片的芯片手册，关于该芯片12引脚的描述如下，在该引脚拉低或者浮空(芯片内部默认接地)的情况下，15引脚会默认输出时钟信号

六、解决的办法

将12引脚的上拉电阻去掉。stm32h7检测到PHY芯片的时钟信号后，以太网驱动的初始化会正常进行。再ping设备，通了！！！

七、总结

关于这个问题，也是请教朋友的过程中，意外学习到，一般来说以太网的时钟信号应该由控制芯片来提供，在这里也就是该由stm32h7芯片来提供时钟。但是我在手册上并没有看到输出时钟的方法（或许我看漏了吧）。所以在初始化流程并没有正常的进行。
而原理图的来源，是我们硬件工程师从一款海思的产品上copy下来的，所以他认为没什么问题。可能Soc芯片都有以太网时钟信号输出的能力吧。
所以不同的平台，驱动方式会略有差异，但问题终归是解决了。