Guia rápido do driver PHY Ethernet personalizado ESP-IDF

Nov 29 2022

“Gostaria de iniciar um novo design de produto com meu chip favorito, mas está esgotado! Oh não! Terei que projetar um novo layout e desenvolver novos drivers para ele!” Todo designer conhece muito bem esse sentimento hoje em dia... A boa notícia é que você não precisa mais se preocupar com isso, pelo menos em termos de suporte ao driver ESP-IDF Ethernet PHY. Neste artigo, vou demonstrar como é simples criar um novo driver Ethernet PHY.

“Gostaria de iniciar um novo design de produto com meu chip favorito, mas está esgotado! Oh não! Terei que projetar um novo layout e desenvolver novos drivers para ele!” Todo designer conhece muito bem esse sentimento hoje em dia…

A boa notícia é que você não precisa mais se preocupar com isso, pelo menos em termos de suporte ao driver ESP-IDF Ethernet PHY. Neste artigo, vou demonstrar como é simples criar um novo driver Ethernet PHY.

Em primeiro lugar, você precisa encontrar um substituto para o seu chip PHY atual. Tenho um amigo que trabalha para uma empresa de distribuição de semicondutores, então peguei meu telefone e pedi alguns conselhos. Ele recomendou ADIN1200. É um chip industrial robusto com um amplo conjunto de recursos. Por outro lado, é mais caro e também pode ficar mais difícil de ser encontrado em estoque se você não tiver sorte. De qualquer forma, é o candidato ideal para fins de demonstração, pois existe uma placa de avaliação, o chip é de um fornecedor que atualmente não é suportado pelo ESP-IDF (ou seja, limitamos a possibilidade de bloqueio do fornecedor para nossos clientes) e o chip é IEEE 802.3 reclamação. Este último fato é o que mais nos ajudará a reduzir o esforço necessário para a criação de um novo driver, pois uma interface de gerenciamento entre EMAC e PHY é padronizada e o ESP-IDFv5.0 tira proveito disso. O driver Ethernet ESP-IDF consiste basicamente em três camadas:

Os próprios objetos Ethernet, que são a API pública e que envolve as camadas MAC e PHY em uma unidade funcional.
A camada MAC, que controla o comportamento do Media Access Controller e fornece interface de dados para o aplicativo do driver.
A camada PHY, que controla as propriedades da camada física e reúne o status do link.

Indicação de status do link que é quase sempre específica do chip.
Inicialização do chip. Esta parte não é estritamente necessária, pois é mais comum. É bom ser adicionado para garantir que o chip esperado seja usado.
Configuração de recursos específicos do chip (como Wake on LAN, Ethernet com eficiência energética, vários recursos de diagnóstico, etc.).

Em termos de hardware, é mais fácil começar com a placa de avaliação EVAL-ADIN1200. Esta placa de avaliação requer apenas algumas modificações para ser conectada ao ESP32 via RMII. (Você pode, é claro, começar com um novo projeto de PCB se achar mais apropriado.)

Passos para preparar o hardware:

1) Estude os materiais na página do produto ADIN1200 e familiarize-se com o chip e a placa de avaliação.

2) Uma vez familiarizado com a banca de avaliação, são necessárias as seguintes modificações:

O ADIN1200 requer um RMII REF_CLK externo de 50 MHz, portanto dessolde o oscilador Y1 e seus capacitores de acoplamento associados.
Solda R120 com resistor 0R
Solde pull-ups de 10K em RX_CTL(High) e RX_CLK (High) para configurar o ADIN1200 no modo RMII.
Para opções de configuração adicionais, consulte “ Tabela 5. Definição de configuração do EVAL-ADIN1200FMCZ” no Guia do usuário do EVAL-ADIN1200FMCZ.

Observe que RMII REF_CLK precisa ser gerado externamente para ADIN1200 por um oscilador externo de 50 MHz ou por ESP32. É mais simples usar o ESP32 para fins de demonstração, então usei essa solução, mas lembre-se de que o módulo ESP32 WROOM é necessário.

╔════════════════════╦═════════════════╦═════════════╗
║ RMII Interface Pin ║  EVAL-ADIN1200  ║ ESP32 WROOM ║
╠════════════════════╬═════════════════╬═════════════╣
║ TX_EN              ║ R80             ║ GPIO21      ║
║ TXD[0]             ║ R90             ║ GPIO19      ║
║ TXD[1]             ║ R88             ║ GPIO22      ║
║ RXD[0]             ║ R99             ║ GPIO25      ║
║ RXD[1]             ║ R86             ║ GPIO26      ║
║ CRS_DV             ║ R81             ║ GPIO27      ║
║ RESET              ║ R213            ║ GPIO5       ║
║ REF_CLK            ║ C92             ║ GPIO17      ║
║ MDIO               ║ MDIO Test Point ║ GPIO18      ║
║ MDC                ║ MDC Test Point  ║ GPIO23      ║
╚════════════════════╩═════════════════╩═════════════╝

EVAL-ADIN1200 com ESP32 WROOM

Do ponto de vista do software, é ainda mais simples.

Etapas para criar o novo driver Ethernet PHY:

1) Crie uma cópia de esp_eth_phy_ip101.c ou qualquer outro arquivo de origem do chip PHY compatível com IEEE 802.3 da pasta ESP-IDF /components/esp_eth/src/ para uma nova pasta.

2) Renomeie todas as ocorrências de “ip101” para “adin1200”.

3) Atualize a seção de código “Registros Específicos do Fornecedor” com os registros ADIN1200 que você planeja usar. Eu apenas atualizei o “Registro PHY Status 1” já que não estou planejando usar nenhum dos recursos avançados ainda.