以太网 GMAC 驱动

1. 概述

1.1 功能简介

GMAC（Gigabit Media Access Control）千兆以太网控制器，是嵌入式系统中最常用的有线网络接口。RK3576 内置 GMAC 控制器，支持 10/100/1000Mbps 自适应以太网，支持 RGMII/RMII 接口模式，适用于网络通信、工业控制、数据传输等场景。M4-R2 底板提供 2 路千兆以太网接口（RJ45，eth0/eth1）。

1.2 应用场景

  • 网络通信：有线以太网连接，支持 TCP/IP 协议栈
  • 工业控制：工业以太网通信（Modbus TCP、PROFINET）
  • 数据传输：高速数据采集和传输
  • 远程管理：通过网络进行远程调试和管理
  • NAS 存储：网络附加存储服务

1.3 工作原理

RK3576 的 GMAC 控制器支持以下特性：

特性说明
速率10/100/1000Mbps 自适应
接口RGMII / RMII
PHY支持外部 PHY 芯片
DMA支持 DMA 传输
TSO支持 TCP Segmentation Offload
VLAN支持 802.1Q VLAN 标记

详见 RK 官方文档：[《Rockchip_Developer_Guide_Linux_Software_CN.pdf》]

2. 硬件准备

2.1 硬件清单

组件型号/规格数量备注
主控板C-3576BQ 核心板 + M4-R2 底板1
调试串口线USB 转 TTL（3.3V）1波特率 1500000
网线CAT5e/CAT61用于以太网连接
路由器/交换机任意1用于网络测试

2.2 引脚连接

M4-R2 底板已集成 2 路 RJ45 千兆网口（含网络变压器和 PHY 芯片），直接连接网线即可。

主控板引脚RJ45 引脚功能说明
GMAC_TXD[0:3]TX+/-发送数据
GMAC_RXD[0:3]RX+/-接收数据
GMAC_TX_CLK—发送时钟
GMAC_RX_CLK—接收时钟
GMAC_TX_EN—发送使能
GMAC_CRS_DV—载波侦听

网口 PHY 芯片型号和连接方式详见底板原理图（S-04）。

2.3 硬件确认

# 查看网络接口
ip link show
# 输出示例：eth0: <BROADCAST,MULTICAST,UP> ...

# 查看以太网 PHY 信息
ethtool eth0
# 输出示例：Speed: 1000Mb/s, Duplex: Full

# 查看网络统计
ifconfig eth0

3. 软件准备

3.1 内核配置

确认以下内核配置已启用：

CONFIG_NETDEVICES=y
CONFIG_NET_VENDOR_ROCKCHIP=y
CONFIG_STMMAC_ETH=y
CONFIG_DWMAC_ROCKCHIP=y
CONFIG_PHYLIB=y
CONFIG_ROCKCHIP_PHY=y
CONFIG_OF=y
CONFIG_OF_NET=y

CONFIG_STMMAC_ETH 是 Synopsys DesignWare MAC 驱动，RK3576 使用该 IP。CONFIG_DWMAC_ROCKCHIP 是 Rockchip 平台适配层。

3.2 设备树

RK3576 的 GMAC 控制器在设备树中定义（以下为 RK 平台通用结构示例）：

gmac0: ethernet@fe1c0000 {
    compatible = "rockchip,rk3576-gmac", "snps,dwmac";
    reg = <0x0 0xfe1c0000 0x0 0x10000>;
    interrupts = <GIC_SPI 32 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
    clocks = <&cru CLK_GMAC0_SRC>, <&cru CLK_GMAC0_PCLK_REF>,
             <&cru CLK_GMAC0_TX_OUT>, <&cru CLK_GMAC0_RX_OUT>,
             <&cru HCLK_GMAC0>, <&cru PCLK_GMAC0>,
             <&cru CLK_GMAC0PTP_REF>;
    clock-names = "stmmaceth", "pclk",
                  "tx", "rx",
                  "master_bus", "slave_bus",
                  "ptp_ref";
    resets = <&cru SRST_A_GMAC0>;
    reset-names = "stmmaceth";
    phy-mode = "rgmii";
    phy-handle = <&rgmii_phy0>;
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&gmac0_miim &gmac0_tx_bus2 &gmac0_rx_bus2
                 &gmac0_rgmii_clk &gmac0_rgmii_bus>;
    snps,reset-gpio = <&gpio3 RK_PB0 GPIO_ACTIVE_LOW>;
    snps,reset-delays-us = <0 20000 100000>;
    status = "disabled";

    mdio0: mdio {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <0>;

        rgmii_phy0: phy@0 {
            compatible = "ethernet-phy-ieee802.22-c22";
            reg = <0>;
            resets = <&cru SRST_PHY0>;
            reset-assert-us = <20000>;
            reset-deassert-us = <100000>;
        };
    };
};

以上寄存器基地址、中断号与时钟标识为 RK 平台通用结构示例，具体数值以实际发布的 RK3576 SDK 设备树为准（待板上确认）。

4. 操作步骤

4.1 配置网络接口

# 查看网络接口（M4-R2 提供 2 路：eth0/eth1）
ip link show eth0

# 配置 IP 地址
ifconfig eth0 192.168.1.100 netmask 255.255.255.0
# 或使用 ip 命令
ip addr add 192.168.1.100/24 dev eth0
ip link set eth0 up

# 配置默认网关
ip route add default via 192.168.1.1

# 配置 DNS
echo "nameserver 8.8.8.8" > /etc/resolv.conf

4.2 测试网络连通性

# ping 网关
ping -c 4 192.168.1.1

# ping 外网
ping -c 4 8.8.8.8

# DNS 解析测试
nslookup www.baidu.com

# 网络速度测试（需安装 iperf3）
iperf3 -c 192.168.1.1  # 客户端模式
iperf3 -s               # 服务端模式

4.3 ethtool 网络管理

# 查看网卡信息
ethtool eth0
# 输出示例：
# Speed: 1000Mb/s
# Duplex: Full
# Auto-negotiation: on

# 查看网卡统计
ethtool -S eth0

# 调整 Ring Buffer
ethtool -g eth0
ethtool -G eth0 rx 512 tx 512

# 查看网卡驱动信息
ethtool -i eth0

4.4 设备树中配置 GMAC

&gmac0 {
    status = "okay";
    phy-mode = "rgmii";
    phy-handle = <&rgmii_phy0>;
    // 配置 RGMII 延迟
    rx_delay = <0x4f>;
    tx_delay = <0x26>;
};

5. 代码详解

5.1 内核中 GMAC 驱动的注册

// RK3576 GMAC 控制器驱动（简化）
// drivers/net/ethernet/stmicro/stmmac/dwmac-rk3576.c

static struct platform_driver rockchip_gmac_driver = {
    .probe  = rockchip_gmac_probe,
    .remove = rockchip_gmac_remove,
    .driver = {
        .name = "rockchip-gmac",
        .of_match_table = rockchip_gmac_match,
    },
};

static const struct of_device_id rockchip_gmac_match[] = {
    { .compatible = "rockchip,rk3576-gmac" },
    { /* sentinel */ }
};

5.2 用户空间网络操作的内核调用链

用户空间 send()
  → sock_sendmsg()
    → dev_queue_xmit()
      → stmmac_xmit()
        → 设置 DMA 描述符
          → 将数据写入 DMA 发送缓冲区

6. 常见问题

6.1 网络无法连接

现象： ip link show eth0 显示 DOWN 状态

解决方案：

# 检查网络接口
ip link show eth0

# 检查 PHY 状态
ethtool eth0

# 检查 GMAC 时钟
cat /sys/kernel/debug/clk/clk_gmac0_src/clk_rate

# 检查设备树中 GMAC 节点状态
# 具体节点路径以实际 DTB 反编译结果为准
dtc -I dtb -O dts /sys/firmware/fdt | grep -A3 "ethernet@"

确认设备树中 GMAC 节点 status = "okay"，检查 PHY 芯片供电和连接。

6.2 网络速度慢

现象： 千兆网卡只有百兆速度

解决方案：

# 查看网卡速度
ethtool eth0

# 强制千兆模式
ethtool -s eth0 speed 1000 duplex full autoneg off

# 检查 RGMII 延迟配置
cat /sys/kernel/debug/stmmac.eth0/des0

确认 PHY 芯片支持千兆，检查 RGMII 延迟配置（rx_delay/tx_delay）。

6.3 网络丢包

现象： 网络通信丢包率高

解决方案：

# 查看网络统计
ifconfig eth0
# 关注 errors、dropped 计数

# 调整 Ring Buffer 大小
ethtool -g eth0
ethtool -G eth0 rx 1024

# 启用 RSS（Receive Side Scaling）
ethtool -l eth0

检查网线质量，排查网络风暴和 CRC 错误。

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