Marvell交换芯片88E6321/88E6320驱动总结-硬件篇

芯片特性

• Marvell 88E6321/88E6320 是一个7-Port千兆以太网交换芯片。支持最新的IEEEE802.1 Audio Video Bridging标准。
• 芯片包含两个10、100、1000三速以太网收发器（PHYs），两个千兆SERDES，三个数字接口（GMII\RGMII\MII组合）。
• 芯片采用Marvell动态队列限制（Dynamic Queue Limit ），实现高速无阻塞4级QOS交换结构。包含一个高性能地址查询引擎，多达支持8K个节点和1Mbit的帧缓存。
• 内部MAC单元符合标准的IEEE802.3，最大支持10KByte帧长。
• 包含一个TCAM-based策略控制列表（TCAM-based Policy Control List）引擎，支持256条规则（仅88E6321支持）。
• 芯片的RGMII（或MII/RMII）接口支持直接连接管理器件或者路由器CPU作为MAC使用。2、6Port可以设置支持完整GMII接口。
• 千兆SERDES接口支持SGMII、1000BASE-X、100BASE-FX。
• PHY单元支持802.3az 节能以太网（Energy Efficient Ethernet）。
• 内部PHY单元、MAC单元均支持完整IEEE802.3标准。
• 支持帧唤醒和帧时间侦测唤醒功能，允许在连接cpu是进入睡眠模式，以达到降低系统功耗目的。
• 多达6个LED，可以通过寄存器配置相应功能。
• 可以使用SMI接口和以太网帧对芯片进行配置，也可以使用EEPROM进行配置。
• 支持8K条MAC地址自动学习和老化功能。
• 支持25MhzXTAL时钟源。

结构框图

从结构框图可以看出：

• Port2、5、6可以配置为MAC模式或者PHY模式，均支持RGMII/RMII/MII，2、6Port还支持GMII。
• Port3、4支持10、100、1000M自适应以太网接口。
• Port0、1支持100M、1000M光口（SFP）。

引脚定义

从引脚定义可以看出，许多引脚都有多种功能，这些复用的功能大多在RESETn为低电平时有效，RESETn上升沿时锁存。

1.NO_CPU模式选择：

在复位状态下（RESETn = low）时，设置NO_CPU引脚电平后，RESETn上升沿将锁存引脚电平。若此时NO_CPU=0则表示芯片由CPU控制，NO_CPU=1则表示芯片非CPU控制。
在NO_CPU=0模式下，所有的Port在初始化时都被关闭，PHY的供电关闭，使得CPU可以在芯片工作前进行启动与配置，该引脚内部上拉，默认上电所有Port打开。
为了方便，可以将NO_CPU置为1进行调试，调试通过后，考虑低功耗处理时，可以采用NO_CPU=0模式，以屏蔽不需要打开的Port。

2.P5和P2、6的模式选择（以P5为例）：

P5_OUT[3:0]为多功能引脚，在复位状态下（RESETn = low），引脚为输入状态，此时可以设置引脚电平（P5_MODE[2:0]）来决定该端口的工作模式（见下图），在设置好引脚电平后，RESETn上升沿过程中将会锁存引脚电平，进入对应的工作模式。

该引脚内部上拉，默认工作模式为RGMII，对于其他模式，可以在硬件上直接串4.7K电阻到GND来进行配置，我这里设置为0x04RMII模式，因此P5_MODE[1:0]引脚通过4.7K电阻接地。

在NO_CPU=1模式下，P5_CRS，P5_COL作为MDC_PHY，MDIO_PHY功能使用用于管理外接的SMI从设备（如外部PHY），否则为GPIO[8:7]使用。

3.寻址模式

由于88E6321本身功能强大，即可以做MAC也可以做PHY（2个Port）、SERDES（2个Port），因此虽然只是一个芯片，但却可以看作多个设备，这将面临一个地址确定的问题，如何给片内PHY、SERDES、MAC分配地址。为了解决这个问题，88E6321有两种芯片寻址模式：单芯片寻址与多芯片寻址。
通过在复位状态时设置ADDR[4:0]n引脚的电平可以设置设备地址（需要注意的是，ADDR所设置的地址为实际SMI地址的反码，即ADDR=0x1F对应的实际SMI地址为0x00,，ADDR=0x00对应的实际SMI地址0x1F，这点在下文中需要注意）。

• 单芯片寻址模式：
  当ADDR[4:0]n=0x1F时，进入单芯片寻址模式，此时通过内部地址直接访问，在这个模式下，88E6321会响应所有的32个SMI地址，因此必须确保他是惟一的SMI从设备，在设备寄存器映射图中，SMI设备地址0X10-0X16（对应Port0-Port7），0X1B-0X1D（对应特殊寄存器Global1-3）是可以直接访问的，而地址0X03、0X04（对应Port3、4的PHY）、0X0C、0X0D（对应Port0、1的SERDES）则需要使用Global2地址的SMI PHY Command和SMI PHY Data两个寄存器进行间接访问。
• 多芯片寻址模式：
  当ADDR[4:0]n!=0x1F时，则进入多芯片寻址模式，此时，88E6321只会响应ADDR设置的地址的反码，同时仅有两个寄存器可以直接访问（SMI Command寄存器与SMI Data寄存器），其他寄存器则通过这两个寄存器间接访问（包括在单芯片寻址模式下间接访问的寄存器）。

4.从SMI接口

当88E6321作为SMI从设备时，主控可以通过这个接口（MDC_CPU与MDIO_CPU）对88E6321进行管理。
MDC_CPU最高支持20MHz，MDIO_CPU需要外接一个4.7K到10K的上拉电阻。需要注意的是，该接口在INTn为低电平时才可以通信。
INTn为中断引脚，用于指示未被掩码屏蔽的中断是否产生。由于该引脚为开漏输出，且低电平有效，因此必须在其外部上拉，这样在未发生中断的情况下，始终未高电平。同时，该引脚低电平有效时也意味着SMI接口可以使用。（上电过程中，芯片会从外挂的EEPROM（如果有的话）加载寄存器设置，然后发出EEPROM处理完成中断，拉低INTn）

5.PHY接口

Port3、Port4支持10/100/1000三速PHY，支持IEEE标准中的10BASE-T，100BASE-TX，1000BASE-T。

6.SERDES接口

Port0、Port1是SERDES接口，可以通过配置选则其工作模式：

• 连接Marvell的三速PHY
  SERDES可以配置为三速PHY接口，用于连接外部PHY，此时SERDES使用SGMII协议，
• 连接到1000BASE-X的光纤模块
• SGMII接口
  通过设置Px_SMODE引脚电平可以配置SERDES工作模式：
  
• 与其他Marvell交换芯片级联

LED接口

88E6321采用矩阵LED接口，使得每个PHYPort都能分配到2个LED。LED的阴极都连接到一条行信号线上（Rx_LED），阳极连接到列信号线上（Cx_LED）。LED引脚能够形成3行2列的矩阵LED。
LED映射如下图：

典型电路连接图：

LED行信号（Cx_LED）与EEPROM共用，采用时分多路复用来避免LED与EEPROM操作的互相干扰。

• LED选项
  通过对各自Port的LED Control寄存器（offset=0x16）进行配置，可以设置各个LED的功能：
  
• 上电参数设置
  LED上电后的初始化功能可以由LED_SEL[1:0]来配置，这些硬件内部上拉，默认是0x03，可以复位状态通过外接下拉4.7K电阻，来改变初始配置。
  1.LED_SEL[1:0]=0x03
  一个LED显示网络连接(Link)与网络活动(Activity)，另一个LED用于显示更高速率的连接(Gig Link)。
  
  2.LED_SEL[1:0]=0x02
  一个LED显示千兆网络连接与网络活动，另一个LED用于显示10/100M网络连接与网络活动.
  
  3.LED_SEL[1:0]=0x01
  用于双色或三色LED，不同颜色显示不同网络速率下的网络连接与网络活动。
  
  4.LED_SEL[1:0]=0x00
  用于单LED显示，通过不同的闪烁频率来表示不同网络速率，连接，网络活动。默认的闪烁频率如下：1Gbps：84ms，100Mbps：170ms，10M：340ms。
  
  以上是88E6321关于硬件相关的介绍。

我这里使用stm32通过RMII连接至88E6321的Port5，Port4连接电口以太网，Port5连接SFP光口以太网。

不同于一般的功能单一的PHY器件（如LNA8720A），88E6321的PHY相关寄存器操作相对较复杂，具体操作方法见后续介绍。