尧图网页设计 
目录前言一、整体方案设计1、以太网通信接口?2、具体方案分析二、外围电路主要芯片和网口选型1、RTL8367系列2、PHY芯片RTL82113、网口RJ45选择前言在本系统中采用RK3588来运行系统采用ZYNQ7020采集64通道麦克风数据需要建立RK3588和ZYNQ7020以及与外界的通信。原有设计采用一个交换机模块通过插网线建立三者之间的通信现在将RK3588,ZYNQ7020和交换机进行集成化设计。一、整体方案设计1、以太网通信接口?在讲如何锁定这款芯片之前笔者认为有必要大概了解一下以太网通信接口是什么有哪些ZYNQ7020和RK3588有哪些以太网通信接口。接口全称类型Ethernet速率数据宽度典型时钟主要特点典型用途MIIMedia Independent Interface并行10/100M4 bit2.5/25 MHz老、简单、引脚较多MAC ↔ 百兆PHYRMIIReduced MII并行10/100M2 bit50 MHzMII减引脚版MCU/SoC ↔ 百兆PHYGMIIGigabit MII并行10/100/1000M8 bit125 MHz1G逻辑简单但引脚很多FPGA内部/MAC↔PHYRGMIIReduced GMII并行DDR10/100/1000M4 bit DDR125 MHz1G千兆SoC最常见SoC ↔ 千兆PHY/SwitchSGMIISerial GMII高速串行10/100/1000M1 lane串行1.25 GBd引脚极少、需SerDes/PCSSoC/FPGA ↔ PHY/Switch1000BASE-X1000BASE-X PCS/PMA高速串行1000M1 lane串行1.25 GBd固定千兆常用于光纤FPGA/Switch ↔ SFP/光PHYZYNQ7020以太网接口接口ZYNQ-7020 支持情况典型速率怎么实现RGMII✅ 原生支持10/100/1000MPS GEM → MIOGMII✅1000MPS GEM → EMIO → PLMII✅10/100MPS GEM → EMIO → PLSGMII✅ 可实现10/100/1000MGEM → EMIO/PL → PCS → GTP1000BASE-X✅ 可实现1000MGEM → PL PCS → GTPRMII⚠️ 非 PS 原生直出10/100M需要 PL 转换逻辑RK3588以太网接口接口RK3588速率用途RGMII✅10/100/1000M最常用的千兆 PHY/Switch 接口RMII具体 GMAC/引脚配置需核对 TRM/原理图10/100M百兆 PHYSGMII⚠️ 不能仅凭“有 GMAC”判断1G需要核对具体 RK3588 GMAC/PCS 支持GMII通常不是 RK3588 板级首选1G引脚较多2、具体方案分析由于本设计中采用ZYNQ7020来采集64通道麦克风数据而ZYNQ7020又分为PL端和PS端其中PL端为FPGAPS端为ARM。PL端的优势就在于硬件并行性适合高速数据流处理、精确时序控制和并行接口可生成精确时钟并行读取多路麦克风数据并进行实时信号处理。因而在PL端来负责采集麦克风数据PS端负责后续的数据管理与传输。所以对于我们以太网的接口自然就应该使用PS端接口以减少对PL端资源的占用。那么对于ZYNQ7020,我们的方案就是在ZYNQ Processing System IP中保持Ethernet 0/1的接口为默认的MIO并选择RGMII。将宝贵的PL资源逻辑单元、DSP、BRAM全部留给麦克风数据采集与预处理PS端则专注于通过成熟的驱动管理网络通信。由于本设计中RK3588为系统主控我们需要的是 稳定 Linux驱动成熟 千兆够用 硬件简单RGMII 正好处在很好的平衡点。接口最高速率RK3588跑系统是否合适主要优点主要问题建议RGMII1Gbps非常合适Linux成熟、千兆、无需额外SerDes、成本低125MHz DDR时序需要处理好首选SGMII1Gbps合适只有两对高速差分线、布线少需要PCS/SerDes必须确认RK3588具体支持路径Switch明确要求时选RMII100Mbps能用但不推荐简单、引脚少只有百兆不建议你的项目用GMII1Gbps理论可用接口逻辑直接引脚非常多板级不划算通常不选但是RK3588里面有GMAC0和GMAC1两个层来控制RGMII,这里又应该如何选择GMAC Gigabit Media Access Controller 负责 Ethernet 的 MAC 层由于我们使用的Core-3588J规格书管脚表里GMAC0 的 TXD/RXD/CLK 各脚电源域都标 1.8VGMAC1 标 3.3V而最终选用的交换机芯片RTL8367S 的 RGMII 扩展口只支持 3.3V 和 2.5V 两种 IO 电压因而采用GMAC1。那么对于RK3588,我们的方案就是选择GMAC1的RGMII接口。OK,目前我们就确定两个核心板都采用RGMII接口在这个条件下我们去寻找我们所需要的交换机芯片。由于两个主控的 RGMII 电平不同RK3588 GMAC1 是 3.3VZYNQ PS 网口在 MIO BANK501是 1.8V。所以真正要找的是两路 RGMII 各自独立供电并且至少一路支持 1.8V。按这个条件利用AI筛选有大概这三种方案对比项A RTL8367SB 双 RGMII芯片C 无交换芯片主要芯片RTL8367S RTL8211FDYT9215RTL8211F电源只要 3.3V3.3V 外部 1.1V约 0.7A 级 1.8V沿用现有电源吞吐每条链路 1G无阻塞同 AZYNQ → RK3588 独占 1G不与外网流量争带宽功耗多跑一对 PHY估计多零点几瓦较低最低ZYNQ 链路上电即通是PHY 口默认就工作否要先配置交换芯片两端 fixed-link无需配置RGMII 延时调试1 条2 条ZYNQ 那条两个方向都要靠交换芯片补1 条RK 的 tx/rx_delay 能补两个方向ZYNQ 能否独立对外能能配置好之后不能要经 RK3588 桥接在性能上来说B是由于其他方案的但是成本上B 最贵。 立创国际站只有工业级 RBH单价是 RTL8367S 的好几倍。对于C方案由于直连RK3588和ZYNQ7020但是ZYNQ 不能独立对外本设计考虑到以后ZYNQ对外通信的兼容性因而采用方案A来设计这部分交换机电路。二、外围电路主要芯片和网口选型1、RTL8367系列型号封装集成PHY端口结构扩展接口供电特点定位RTL8367RLQFP1285×Gb PHY52MII/RGMII3.3V体系老型号RTL8367RBLQFP128 EP5×Gb PHY52双RGMII/MII3.3V最成熟RTL8367SLQFP1285×Gb PHY52SGMII RGMII3.3V/IO可配置新主流RTL8367NMQFN/QFN5×Gb PHY52RGMII/SGMII更低功耗小型化RTL8367SBQFN/LQFP5×Gb PHY52多GMAC模式低功耗优化新平台根据上表我们可以发现RTL8367RB_CG有两路RGMII刚好适配我们需要的应用场景但是经过仔细分析发现仍然存在很大问题A、库存和价格RTL8367RB_CG目前库存为0且单片价格更高B、实际项目中电压不匹配RTL8367RB_CG两路 RGMII 都只支持 3.3V 或 2.5V和 RTL8367S 一样。RK3588 的 GMAC1 是 3.3V可以接一路但 ZYNQ PS 网口MIO是 1.8V接不了第二路。对比项目RTL8367SRTL8367RB扩展接口1 路 RGMII 1 路 HSGMII2 路 RGMIIRGMII 电压3.3V / 2.5V3.3V / 2.5V不支持 1.8V1.1V 电源片内开关稳压只需 3.3V需外部 DC-DCZYNQ 怎么接RTL8211FD 走 PHY 口上电即通走 PHY 口第二路配置走 PL 则占引脚需软件配置RK3588 怎么接GMAC1 直连GMAC1 直连对标项目的净收益——没有反而更复杂排除这款型号之后其余的型号中我们至少需要有一路RGMII接口3.3V可以直接连接RK3588。RTL8367N、RTL8367S、RTL8367R这三种中我们选择RTL8367S因为是目前较主流芯片开发资料相对更丰富。简单说明芯片尾缀含义后缀常见含义说明对硬件设计影响-CGCommercial Green商业温度等级 无铅绿色封装最常见量产版本-VCVersion / Package Code特定封装或版本需要查具体datasheet-VB-CGVB版本 GreenVB封装/版本 无铅常见于QFN/MQFN版本-VG-CGVG版本 Green不同封装/芯片修订需核对PIN定义-LFB-CGLead Free Green无铅封装环保认证相关-TRTape Reel编带包装影响贴片生产不影响电气2、PHY芯片RTL8211首先什么是PHY?PHYPhysical Layer Transceiver物理层收发器是负责把芯片内部的数字以太网数据转换成网线上传输的模拟电信号同时把网线收到的模拟信号转换回数字数据的芯片。其次为什么还需要一款PHY芯片由于在RTL8367S_CG这款芯片中以及集成了5个PHY为啥还需要再添加一个PHY芯片这里我们需要大概分析RTL8367S_CG的芯片架构RTL8367S_CG芯片里集成的 5 个 PHY 都在网线那一侧只能接网线信号而ZYNQ输出的是 RGMII 数字信号两者对不上。RTL8211FD 的作用就是在 ZYNQ 这一侧把 RGMII 转换成网线信号好插进交换芯片的某个 PHY 口。RK3588的 GMAC1 是 3.3V RGMII正好能直接接到EXT2 这个 RGMII 扩展口和交换芯片之间是MAC 对 MAC 的数字连接不经过任何 PHY。然后、我们来筛选RTL8211型号型号定位工业级封装主要特点推荐场景RTL8211F-CG标准千兆PHY❌WQFN40 EP 5×5主流版本成本低消费电子、普通设备RTL8211FD-CGF增强版❌WQFN40 EP 5×5优化设计常用于嵌入式ARM/Linux设备RTL8211FI-CG工业版F✅WQFN40宽温工业应用工业控制RTL8211FDI-CG工业版FD✅WQFN40工业增强版工业网关RTL8211FS-CG新封装/版本视版本QFN小型化版本小尺寸设备RTL8211SI-CG工业/特殊版本✅QFN低功耗优化工业设备RTL8211F / FI 是开关稳压模式REG_OUT 要接一颗 2.2µH 电感效率高、发热低但多一颗电感布局要注意开关噪声。RTL8211FD / FDI 是 LDO 模式不用电感那个位置换成 0R电路更简单功耗和发热略高一些。FI/FDI 系列都是工业级区别标准款就是工作温度更宽为了简化电路和PCB空间我们牺牲部分功耗和发热采用FD / FDI系列对比FD 和 FDI两种芯片FDI单片价格几乎为FD2倍由于工作环境温度为正常室温要求不高最终采用RTL8211FD3、网口RJ45选择以上是两种RJ45插座第一幅图普通 RJ45 插座 外部磁性器件方案MagJack / 非集成磁性第二幅图集成网络变压器的 RJ45 插座Integrated Magnetic Jack带磁性器件为了节约PCB空间同时简化电路设计采用集成网络变压器的 RJ45 插座。在集成网络变压器的 RJ45 插座中我们选择HR911130A型号HR911130CHR911130AHR911105ARJ45接口1口1口1口速度千兆千兆百兆为主标准10/100/1000Base-T10/100/1000Base-T10/100Base-T其中HR911130C/A可以达到千兆和我们实际工程匹配HR911130C带EMI弹片占用更多空间采用HR911130A网口 基于瑞昱RTL8367S交换机电路设计（一）
目录前言一、整体方案设计1、以太网通信接口?2、具体方案分析二、外围电路主要芯片和网口选型1、RTL8367系列2、PHY芯片RTL82113、网口RJ45选择前言在本系统中采用RK3588来运行系统采用ZYNQ7020采集64通道麦克风数据需要建立RK3588和ZYNQ7020以及与外界的通信。原有设计采用一个交换机模块通过插网线建立三者之间的通信现在将RK3588,ZYNQ7020和交换机进行集成化设计。一、整体方案设计1、以太网通信接口?在讲如何锁定这款芯片之前笔者认为有必要大概了解一下以太网通信接口是什么有哪些ZYNQ7020和RK3588有哪些以太网通信接口。接口全称类型Ethernet速率数据宽度典型时钟主要特点典型用途MIIMedia Independent Interface并行10/100M4 bit2.5/25 MHz老、简单、引脚较多MAC ↔ 百兆PHYRMIIReduced MII并行10/100M2 bit50 MHzMII减引脚版MCU/SoC ↔ 百兆PHYGMIIGigabit MII并行10/100/1000M8 bit125 MHz1G逻辑简单但引脚很多FPGA内部/MAC↔PHYRGMIIReduced GMII并行DDR10/100/1000M4 bit DDR125 MHz1G千兆SoC最常见SoC ↔ 千兆PHY/SwitchSGMIISerial GMII高速串行10/100/1000M1 lane串行1.25 GBd引脚极少、需SerDes/PCSSoC/FPGA ↔ PHY/Switch1000BASE-X1000BASE-X PCS/PMA高速串行1000M1 lane串行1.25 GBd固定千兆常用于光纤FPGA/Switch ↔ SFP/光PHYZYNQ7020以太网接口接口ZYNQ-7020 支持情况典型速率怎么实现RGMII✅ 原生支持10/100/1000MPS GEM → MIOGMII✅1000MPS GEM → EMIO → PLMII✅10/100MPS GEM → EMIO → PLSGMII✅ 可实现10/100/1000MGEM → EMIO/PL → PCS → GTP1000BASE-X✅ 可实现1000MGEM → PL PCS → GTPRMII⚠️ 非 PS 原生直出10/100M需要 PL 转换逻辑RK3588以太网接口接口RK3588速率用途RGMII✅10/100/1000M最常用的千兆 PHY/Switch 接口RMII具体 GMAC/引脚配置需核对 TRM/原理图10/100M百兆 PHYSGMII⚠️ 不能仅凭“有 GMAC”判断1G需要核对具体 RK3588 GMAC/PCS 支持GMII通常不是 RK3588 板级首选1G引脚较多2、具体方案分析由于本设计中采用ZYNQ7020来采集64通道麦克风数据而ZYNQ7020又分为PL端和PS端其中PL端为FPGAPS端为ARM。PL端的优势就在于硬件并行性适合高速数据流处理、精确时序控制和并行接口可生成精确时钟并行读取多路麦克风数据并进行实时信号处理。因而在PL端来负责采集麦克风数据PS端负责后续的数据管理与传输。所以对于我们以太网的接口自然就应该使用PS端接口以减少对PL端资源的占用。那么对于ZYNQ7020,我们的方案就是在ZYNQ Processing System IP中保持Ethernet 0/1的接口为默认的MIO并选择RGMII。将宝贵的PL资源逻辑单元、DSP、BRAM全部留给麦克风数据采集与预处理PS端则专注于通过成熟的驱动管理网络通信。由于本设计中RK3588为系统主控我们需要的是 稳定 Linux驱动成熟 千兆够用 硬件简单RGMII 正好处在很好的平衡点。接口最高速率RK3588跑系统是否合适主要优点主要问题建议RGMII1Gbps非常合适Linux成熟、千兆、无需额外SerDes、成本低125MHz DDR时序需要处理好首选SGMII1Gbps合适只有两对高速差分线、布线少需要PCS/SerDes必须确认RK3588具体支持路径Switch明确要求时选RMII100Mbps能用但不推荐简单、引脚少只有百兆不建议你的项目用GMII1Gbps理论可用接口逻辑直接引脚非常多板级不划算通常不选但是RK3588里面有GMAC0和GMAC1两个层来控制RGMII,这里又应该如何选择GMAC Gigabit Media Access Controller 负责 Ethernet 的 MAC 层由于我们使用的Core-3588J规格书管脚表里GMAC0 的 TXD/RXD/CLK 各脚电源域都标 1.8VGMAC1 标 3.3V而最终选用的交换机芯片RTL8367S 的 RGMII 扩展口只支持 3.3V 和 2.5V 两种 IO 电压因而采用GMAC1。那么对于RK3588,我们的方案就是选择GMAC1的RGMII接口。OK,目前我们就确定两个核心板都采用RGMII接口在这个条件下我们去寻找我们所需要的交换机芯片。由于两个主控的 RGMII 电平不同RK3588 GMAC1 是 3.3VZYNQ PS 网口在 MIO BANK501是 1.8V。所以真正要找的是两路 RGMII 各自独立供电并且至少一路支持 1.8V。按这个条件利用AI筛选有大概这三种方案对比项A RTL8367SB 双 RGMII芯片C 无交换芯片主要芯片RTL8367S RTL8211FDYT9215RTL8211F电源只要 3.3V3.3V 外部 1.1V约 0.7A 级 1.8V沿用现有电源吞吐每条链路 1G无阻塞同 AZYNQ → RK3588 独占 1G不与外网流量争带宽功耗多跑一对 PHY估计多零点几瓦较低最低ZYNQ 链路上电即通是PHY 口默认就工作否要先配置交换芯片两端 fixed-link无需配置RGMII 延时调试1 条2 条ZYNQ 那条两个方向都要靠交换芯片补1 条RK 的 tx/rx_delay 能补两个方向ZYNQ 能否独立对外能能配置好之后不能要经 RK3588 桥接在性能上来说B是由于其他方案的但是成本上B 最贵。 立创国际站只有工业级 RBH单价是 RTL8367S 的好几倍。对于C方案由于直连RK3588和ZYNQ7020但是ZYNQ 不能独立对外本设计考虑到以后ZYNQ对外通信的兼容性因而采用方案A来设计这部分交换机电路。二、外围电路主要芯片和网口选型1、RTL8367系列型号封装集成PHY端口结构扩展接口供电特点定位RTL8367RLQFP1285×Gb PHY52MII/RGMII3.3V体系老型号RTL8367RBLQFP128 EP5×Gb PHY52双RGMII/MII3.3V最成熟RTL8367SLQFP1285×Gb PHY52SGMII RGMII3.3V/IO可配置新主流RTL8367NMQFN/QFN5×Gb PHY52RGMII/SGMII更低功耗小型化RTL8367SBQFN/LQFP5×Gb PHY52多GMAC模式低功耗优化新平台根据上表我们可以发现RTL8367RB_CG有两路RGMII刚好适配我们需要的应用场景但是经过仔细分析发现仍然存在很大问题A、库存和价格RTL8367RB_CG目前库存为0且单片价格更高B、实际项目中电压不匹配RTL8367RB_CG两路 RGMII 都只支持 3.3V 或 2.5V和 RTL8367S 一样。RK3588 的 GMAC1 是 3.3V可以接一路但 ZYNQ PS 网口MIO是 1.8V接不了第二路。对比项目RTL8367SRTL8367RB扩展接口1 路 RGMII 1 路 HSGMII2 路 RGMIIRGMII 电压3.3V / 2.5V3.3V / 2.5V不支持 1.8V1.1V 电源片内开关稳压只需 3.3V需外部 DC-DCZYNQ 怎么接RTL8211FD 走 PHY 口上电即通走 PHY 口第二路配置走 PL 则占引脚需软件配置RK3588 怎么接GMAC1 直连GMAC1 直连对标项目的净收益——没有反而更复杂排除这款型号之后其余的型号中我们至少需要有一路RGMII接口3.3V可以直接连接RK3588。RTL8367N、RTL8367S、RTL8367R这三种中我们选择RTL8367S因为是目前较主流芯片开发资料相对更丰富。简单说明芯片尾缀含义后缀常见含义说明对硬件设计影响-CGCommercial Green商业温度等级 无铅绿色封装最常见量产版本-VCVersion / Package Code特定封装或版本需要查具体datasheet-VB-CGVB版本 GreenVB封装/版本 无铅常见于QFN/MQFN版本-VG-CGVG版本 Green不同封装/芯片修订需核对PIN定义-LFB-CGLead Free Green无铅封装环保认证相关-TRTape Reel编带包装影响贴片生产不影响电气2、PHY芯片RTL8211首先什么是PHY?PHYPhysical Layer Transceiver物理层收发器是负责把芯片内部的数字以太网数据转换成网线上传输的模拟电信号同时把网线收到的模拟信号转换回数字数据的芯片。其次为什么还需要一款PHY芯片由于在RTL8367S_CG这款芯片中以及集成了5个PHY为啥还需要再添加一个PHY芯片这里我们需要大概分析RTL8367S_CG的芯片架构RTL8367S_CG芯片里集成的 5 个 PHY 都在网线那一侧只能接网线信号而ZYNQ输出的是 RGMII 数字信号两者对不上。RTL8211FD 的作用就是在 ZYNQ 这一侧把 RGMII 转换成网线信号好插进交换芯片的某个 PHY 口。RK3588的 GMAC1 是 3.3V RGMII正好能直接接到EXT2 这个 RGMII 扩展口和交换芯片之间是MAC 对 MAC 的数字连接不经过任何 PHY。然后、我们来筛选RTL8211型号型号定位工业级封装主要特点推荐场景RTL8211F-CG标准千兆PHY❌WQFN40 EP 5×5主流版本成本低消费电子、普通设备RTL8211FD-CGF增强版❌WQFN40 EP 5×5优化设计常用于嵌入式ARM/Linux设备RTL8211FI-CG工业版F✅WQFN40宽温工业应用工业控制RTL8211FDI-CG工业版FD✅WQFN40工业增强版工业网关RTL8211FS-CG新封装/版本视版本QFN小型化版本小尺寸设备RTL8211SI-CG工业/特殊版本✅QFN低功耗优化工业设备RTL8211F / FI 是开关稳压模式REG_OUT 要接一颗 2.2µH 电感效率高、发热低但多一颗电感布局要注意开关噪声。RTL8211FD / FDI 是 LDO 模式不用电感那个位置换成 0R电路更简单功耗和发热略高一些。FI/FDI 系列都是工业级区别标准款就是工作温度更宽为了简化电路和PCB空间我们牺牲部分功耗和发热采用FD / FDI系列对比FD 和 FDI两种芯片FDI单片价格几乎为FD2倍由于工作环境温度为正常室温要求不高最终采用RTL8211FD3、网口RJ45选择以上是两种RJ45插座第一幅图普通 RJ45 插座 外部磁性器件方案MagJack / 非集成磁性第二幅图集成网络变压器的 RJ45 插座Integrated Magnetic Jack带磁性器件为了节约PCB空间同时简化电路设计采用集成网络变压器的 RJ45 插座。在集成网络变压器的 RJ45 插座中我们选择HR911130A型号HR911130CHR911130AHR911105ARJ45接口1口1口1口速度千兆千兆百兆为主标准10/100/1000Base-T10/100/1000Base-T10/100Base-T其中HR911130C/A可以达到千兆和我们实际工程匹配HR911130C带EMI弹片占用更多空间采用HR911130A网口