本案例描述了一個由于CPU和PHY之間RGMII時序不滿要求導(dǎo)致通信異常問題,最后通過電感材料(磁珠)對信號相位的移位特性來改變信號延時,從而解決RGMII信號延時不夠的案例,實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過。
一、問題描述
某單板上某物理層芯片和CPU之間的接口,采用的是RGMII方式。在該單板調(diào)試過程中,發(fā)現(xiàn)物理層芯片發(fā)送給CPU的方向,數(shù)據(jù)一直不通。測量芯片輸出的RGMII信號發(fā)現(xiàn),芯片已經(jīng)有發(fā)出時鐘和數(shù)據(jù)信號,但是CPU接收端無法識別,在CPU的RGMII接收寄存器中,接收到的數(shù)據(jù)個數(shù)一個為0。
經(jīng)實(shí)測信號分析,由于時序不滿足要求,沒法達(dá)到接收端建立時間要求導(dǎo)致該問題。如下對該問題進(jìn)行分析和解決。
二、問題分析
在CPU接收端,RGMII的接收時序如下:
圖1. RGMII接收端時序要求
從上面的時序要求看,在接收端,要求RGMII的時鐘信號邊沿比數(shù)據(jù)信號的邊沿延遲最小1ns,典型的延遲時間是2ns。延遲2ns的時候,RGMII的時鐘邊沿正好在數(shù)據(jù)的中間。
還硬件方案中CPU端RGMII工作電壓為2.5V,在物理層RGMII工作電壓是3.3V。CPU和物理層芯片之間,通過轉(zhuǎn)換芯片74AVC164245進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。具體的連接圖如下:
圖2. 物理層端的RGMII原理圖
圖3. RGMII接口中的電平轉(zhuǎn)換原理圖
圖4. CPU端的RGMIII原理圖
在CPU接收端,測量接收到的RGMII時鐘和數(shù)據(jù),邊沿是對齊的,建立時間不夠不符合時序要求1ns的延時。在CPU的RGMII控制寄存器中,對時鐘延遲時間進(jìn)行設(shè)置,但依然不能達(dá)到要求。經(jīng)與CPU廠家溝通以及實(shí)測,這個RGMII控制寄存器能調(diào)整的接收時鐘延遲,最大只能到600ps。在發(fā)送端芯片內(nèi),無法對RGMII的發(fā)送時鐘進(jìn)行延時設(shè)置。
三、問題解決
為了驗(yàn)證該問題,首先做如下驗(yàn)證分析:
(1)為解決這個問題,考慮到增加走線長度,按照信號在PCB上的傳輸特性,1ns的延時,PCB內(nèi)層走線的話,要繞5600mil,明顯不現(xiàn)實(shí)。
(2)電平轉(zhuǎn)換芯片74AVC164245手冊中輸入輸出信號的延時,在1ns到4ns之間。正好在單板上,74AVC164245芯片有空余的PIN還沒有使用,通過飛線的方式,把RGMII的時鐘,在轉(zhuǎn)換芯片上,多繞了一次,測試發(fā)現(xiàn),數(shù)據(jù)可以通了。通過示波器測量信號,發(fā)現(xiàn)此時時鐘比數(shù)據(jù),延遲了大概1.5ns,滿足接收端的RGMII時序要求。用這個飛線的方式,做大流量跑流測試,丟包嚴(yán)重,性能不穩(wěn)定。
通過以上驗(yàn)證分析,在不改板前提下兩種方式都無法解決該問題。經(jīng)分析和頭腦風(fēng)暴,考慮到電感對信號的延時的特性,嘗試使用感性材料來實(shí)現(xiàn)時鐘的延遲。從理論上看,串聯(lián)在鏈路中的電感,可以使交流信號相位延遲90度,這里的RGMII信號,時鐘是125MHz,延遲90度,正好就是2ns,符合RGMII的接收時序要求。
把物理層芯片的RGMII輸出端的匹配電阻R26,換為100MHz@220歐的磁珠,測試發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)可以正常通訊,在大流量,長時間的拷機(jī)過程中,未出現(xiàn)丟包的情況。測量磁珠前后的時鐘波形,發(fā)現(xiàn)時鐘結(jié)果磁珠后,延時大概1.6ns。更換100MHz@600歐姆的磁珠,時鐘延時2ns,但磁珠交流阻值越大,對信號的衰減也越大。考慮到時鐘衰減和和延遲的結(jié)合,使用100MHz@180歐的磁珠,測試發(fā)現(xiàn)時鐘信號幅度滿足要求,延時1.5ns,能滿足要求。經(jīng)過大流量測試,無丟包情況,通過實(shí)驗(yàn)。
四、問題總結(jié)
本案例利用一個“野路子”解決硬件調(diào)試中常見的問題,該解決思路拓寬了我們思維邊界;同時也告訴我們當(dāng)遇到問題時,堅(jiān)持第一性原則,追本溯源到最底層最原始的物理原理去,定能柳暗花明又一村。
來源: 本文轉(zhuǎn)載自硬件電子工程師公眾號
審核編輯:湯梓紅
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原文標(biāo)題:硬件調(diào)試:一個“野路子”解決RGMII延時不夠問題
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