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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 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MII | Media Independent Interface | 并行 | 10/100M | 4 bit | 2.5/25 MHz | 老、简单、引脚较多 | MAC ↔ 百兆PHY |
| RMII | Reduced MII | 并行 | 10/100M | 2 bit | 50 MHz | MII减引脚版 | MCU/SoC ↔ 百兆PHY |
| GMII | Gigabit MII | 并行 | 10/100/1000M | 8 bit | 125 MHz@1G | 逻辑简单但引脚很多 | FPGA内部/MAC↔PHY |
| RGMII | Reduced GMII | 并行DDR | 10/100/1000M | 4 bit DDR | 125 MHz@1G | 千兆SoC最常见 | SoC ↔ 千兆PHY/Switch |
| SGMII | Serial GMII | 高速串行 | 10/100/1000M | 1 lane串行 | 1.25 GBd | 引脚极少、需SerDes/PCS | SoC/FPGA ↔ PHY/Switch |
| 1000BASE-X | 1000BASE-X PCS/PMA | 高速串行 | 1000M | 1 lane串行 | 1.25 GBd | 固定千兆，常用于光纤 | FPGA/Switch ↔ SFP/光PHY |
ZYNQ7020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 | 10/100/1000M | PS GEM → MIO |
| GMII | ✅ | 1000M | PS GEM → EMIO → PL |
| MII | ✅ | 10/100M | PS GEM → EMIO → PL |
| SGMII | ✅ 可实现 | 10/100/1000M | GEM → EMIO/PL → PCS → GTP |
| 1000BASE-X | ✅ 可实现 | 1000M | GEM → PL PCS → GTP |
| RMII | ⚠️ 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 PHY |
| SGMII | ⚠️ 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FPGA，PS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 |
|---|---|---|---|---|---|
| RGMII | 1Gbps | 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 |
| SGMII | 1Gbps | 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 |
| RMII | 100Mbps | 能用但不推荐 | 简单、引脚少 | 只有百兆 | 不建议你的项目用 |
| GMII | 1Gbps | 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 1.8V，GMAC1 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 3.3V，ZYNQ 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 RTL8367S | B 双 RGMII芯片 | C 无交换芯片 |
|---|---|---|---|
| 主要芯片 | RTL8367S + RTL8211FD | YT9215 | RTL8211F |
| 电源 | 只要 3.3V | 3.3V + 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 A | ZYNQ → 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 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| RTL8367R | LQFP128 | 5×Gb PHY | 5+2 | MII/RGMII | 3.3V体系 | 老型号 |
| RTL8367RB | LQFP128 EP | 5×Gb PHY | 5+2 | 双RGMII/MII | 3.3V | 最成熟 |
| RTL8367S | LQFP128 | 5×Gb PHY | 5+2 | SGMII + RGMII | 3.3V/IO可配置 | 新主流 |
| RTL8367N | MQFN/QFN | 5×Gb PHY | 5+2 | RGMII/SGMII | 更低功耗 | 小型化 |
| RTL8367SB | QFN/LQFP | 5×Gb PHY | 5+2 | 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 | RTL8367S | RTL8367RB |
|---|---|---|
| 扩展接口 | 1 路 RGMII + 1 路 HSGMII | 2 路 RGMII |
| RGMII 电压 | 3.3V / 2.5V | 3.3V / 2.5V（不支持 1.8V） |
| 1.1V 电源 | 片内开关稳压，只需 3.3V | 需外部 DC-DC |
| ZYNQ 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 |
|---|---|---|---|
| -CG | Commercial + Green | 商业温度等级 + 无铅绿色封装 | 最常见量产版本 |
| -VC | Version / Package Code | 特定封装或版本 | 需要查具体datasheet |
| -VB-CG | VB版本 + Green | VB封装/版本 + 无铅 | 常见于QFN/MQFN版本 |
| -VG-CG | VG版本 + Green | 不同封装/芯片修订 | 需核对PIN定义 |
| -LFB-CG | Lead Free + Green | 无铅封装 | 环保认证相关 |
| -TR | Tape & 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?
PHY（Physical 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-CG | F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RTL8211FD
3、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 | HR911130C | HR911130A | HR911105A |
|---|---|---|---|
| RJ45接口 | 1口 | 1口 | 1口 |
| 速度 | 千兆 | 千兆 | 百兆为主 |
| 标准 | 10/100/1000Base-T | 10/100/1000Base-T | 10/100Base-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