Link Layer & Hardware¶

MAC và PHY¶

SoC [ CPU | MAC ] --MII/RMII/RGMII--> [ PHY ] --MDI (magnetics)--> RJ45
         ^
         '---- MDIO (quản lý PHY: thanh ghi, link status)

MAC nằm trong SoC: DMA, FIFO, bộ lọc địa chỉ, timestamp.
PHY là chip ngoài (hoặc tích hợp): mã hóa tín hiệu, auto-negotiation, phát hiện link.
MDIO là bus 2 dây (MDC/MDIO) để MAC đọc/ghi thanh ghi PHY.

Giao diện MAC - PHY¶

Giao diện	Tốc độ	Số tín hiệu data	Ghi chú
MII	10/100M	4 bit mỗi chiều	Cũ
RMII	10/100M	2 bit mỗi chiều	Ít chân hơn, cần clock 50 MHz
RGMII	10/100/1000M	4 bit mỗi chiều, DDR	Phổ biến nhất; cần xử lý clock delay
SGMII	10/100/1000M	1 cặp SerDes	Ít chân, cần SerDes

RGMII delay

Lỗi bring-up thường gặp: link lên nhưng mất gói hoặc lỗi CRC vì sai delay 2 ns của clock. Delay có thể do PHY, MAC hoặc trace PCB cung cấp; chọn đúng phy-mode trong Device Tree (rgmii, rgmii-id, rgmii-rxid, rgmii-txid) và không bật delay hai lần.

Device Tree¶

&eth0 {
    phy-mode = "rgmii-id";
    phy-handle = <&phy0>;
    status = "okay";

    mdio {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <0>;
        phy0: ethernet-phy@1 {
            reg = <1>;               /* địa chỉ PHY trên MDIO */
            reset-gpios = <&gpio1 5 GPIO_ACTIVE_LOW>;
            reset-assert-us = <10000>;
        };
    };
};

Kernel dùng framework phylib (hoặc phylink cho SFP và SerDes) để quản lý PHY, báo link up/down cho MAC.

ethtool¶

ethtool eth0                  # tốc độ, duplex, link detected
ethtool -s eth0 speed 100 duplex full autoneg off
ethtool -S eth0               # thống kê của driver (lỗi CRC, drop)
ethtool -i eth0               # driver, firmware
ethtool -k eth0               # offload (checksum, TSO, GRO)
ethtool -T eth0               # khả năng hardware timestamp (PTP)
ethtool --cable-test eth0     # TDR, nếu PHY hỗ trợ

Kiểm tra nhanh khi không lên link: ethtool eth0 | grep -i link, xem dmesg | grep -i phy, sau đó đọc thanh ghi PHY qua mii-tool hoặc phytool.

Switch (DSA)¶

Khi board có chip switch nối vào một cổng MAC của SoC, Linux mô hình hóa bằng DSA (Distributed Switch Architecture): mỗi cổng switch xuất hiện như một net_device riêng (lan1, lan2, ...), còn cổng nối SoC là conduit. Có thể gom các cổng vào bridge và được offload xuống phần cứng switch.

Xem thêm¶

Hardware timestamp và PTP: Linux PTP.
Layout PCB cho đường tín hiệu tốc độ cao: PCB Design.