FreeBSDでのEther Switch

お約束ですが、このページのいかなる記載においても著者は一切の責任をおいません。

2011年くらいからルーターなどに入っているEthernet Switchチップのサポートを作っていたようです。当初は一緒にやっていたようなのですが、二つに分かれてしまい StefanBethkeが作られていていたものがheadに入り、ZRouterのOleksandrRybalko のものは外されてしまいました。当初サポート範囲が違っていて混乱していたのですがほぼほぼheadの方に移行してあります。

一般的なEtherNetのハードはMACとPHYにより構成されますが、ルータなどで使われる SOCではMACをSOCに内蔵してPHYの代わりにSWITCHを接続しています。

AtherosのMIPS SOCの場合最初の頃のAR5312には二つMACがありWANとLANを別々に設定できた。この後のSOCのAR5315はMACが一つになりWAN,LANを区別するためにVLANが必須になった。ところがAR7系以降またMACが二つになり、VLANの必要がなくなっている。

AR531xのポートをしたのはこのSOCにはいろいろなスイッチが付いたモジュールがあったからだったりもします。

世の中的はGigaな時代になっているのですが、私はジャンク専門なので100なターゲットが多く偏った資料になっています。

Qiitrでもいろいろ書いています。etherswitchを試してみる

2017/2までにいろいろいじったものをレビュー出してheadに入れてもらいました。

Realtek	rtl8366sr,rb rtl830xsb,sc	rtl8366rbの方はおそらくTP-Link TL-WR1043NDの最初のモデルがターゲットと思われます。日本ではバッファローのWZR-HP-G301NHが同じ構成のようです。rtl8366rbより一世代古いrtl8366srというチップもあり仕様が違っていて、 headのコードでは動作しないようです。データーシートはネットでダウンロードできるものもるがRBのものがなかったりSRのものも完全なものは手に入りません。おそらくRTL8366,RTL8366SR,RTL8366RB,RTL8367RBいうよな感じでリリースされてきたようです。 srでも使えるようにしたコードレビュー出してheadに入れてもらいました。 100の方のRTL830xはRTL8305SB,SC,RTL8306SDとリリースされたようですが、SBのプロトタイプは作ってみたのですが、SCが手元にないので放置してあります。	MII/I2C	1000/100
IC Plus	IP175C	コードがあります。Ether関係のチップメーカーなので単体チップです。データシートはネットで入手できます。	MII	1000/100
Qualcomm (Atheros)	ar8x16	AR5系の頃は他のメーカのスイッチを使うようにしていたのだが、 AR7系は自社製品に移行した模様。AR8316は1000の外付けのチップですがSOCのAR7240には100のスイッチが内蔵されています。データシートはネットでは手に入りません。 headにいろいろコードが入っています。	MII	1000/100
Broadcom	bcm5325	単体チップとMIPS SOCでは100のSwitchが内蔵になったものがあります。データシートはネットではSOCを含め手に入りません。ロシアのコミッターのMchaelがいじっていますが、headには入ってません。	MII	1000/100
MediaTek (Ralink)	rt305x	Mediatekを再実装した、ユーゴスラビアの方のコードがheadに入っています。 RT3050はportベースのuntaged/tagedでしたが、これ以降はvlan tableベースになっています。データシートはネットで入手できます。	MEMIO	100
Infineon (Admtek)	adm5120 amd6996f adm6996fc/m	Infineonはドイツの会社で2004年にADMtekを買収してEthernetプロダクトを製品ラインにしました。しかし現在のホームページを見るとEthernet関係のプロダクトは止めてしまったようです。 amd6996f,fcは単体チップです。fとfcは全くレジスタの構成が違います。対応のコードを作ってレビューしてheadに入れてもらいました。データシートはネットで入手できます。	MII	100
Marvell	88E6060	FON2201などで広く使われていたチップ。コードはありません。 88E6060は.1Qではなく、独自仕様のポート識別をおこなっているので、ちょっと厄介です。対応のコードを作ってレビューしてheadに入れてもらいました。独自仕様のtagについては対応していません。vlan(4)が使えないのでこれに似たコードが必要になります。netgraphで作っても良いかもしれません。ちょうどこのページを書いている時にheadのetherswitchに88E6352,88E6172,88E6176 のコードが追加されていました。88E6060データシートはネットで入手できまが、新しいチップのデータシートはNDAが必要なようです。 .1Qに対応した6065のコードも6060のコードに入れました。 Gigaのチップのコードもありますが、私は試していません。	MII	1000/100
Micrel (KENDIN)	KSZ8995	コードはいまのところなさそうです。KS8995XAのような単体のチップもありますが ARM SOCに内蔵されたチップもあります。データシートはネットで入手できます。対応のコードを作ってレビューしてheadに入れてもらいました。 MicrelはMicrochipに買収されたようです。	SPI	100
Davicom	DM8806	なぜか日本国内ではほとんど出回ってない気がします。
Microsemi (Vitesse)	VSC7385	コードはいまのところなさそうです。この会社はGigaのチップしか作っていないように思われます。単体ではよく使われているようですが、現在ではSOCメーカーがほとんど独自にSwitchのソリューションを持っているのでルータではあまり使われていません。Vitesseは2015/4にMicrosemiに買収されたようです。	MII/SPI	1000
Lantiq	PSB6970	ドイツの会社で2015年にIntelに買収されたようです。ほとんど日本では使われた製品は見当たりません。openwrtにはコードがある模様。
Tamarack	TC9205M	IC Plusに2002年に買収されたようです。

2000年より前のSwitchチップにはVLANの機能はありません。VLANはportベースと tagベース(.1q)という仕組みがあります。.1qの仕様のチップが出始めたのは2002年位からだと思う。FreeBSDで内蔵の.1qなVLAN対応の Switchを使うとインターフェースが複数あるように使う事ができる。データの流れはこんなふうになる。

RTL8366SRが入っているWZR-HP-G300NHをいじってみた。ところがheadに入っているコードはRTL8366RBのコードでRTL8366SRでは動かなかった。RBが入ったルータも手元にあるが、せっかくなので調べてみたらopenwrtにRBとSRなコードがあり比較してみたところ、微妙にコントロールレジスタのアドレスが違っていたりした。

そもそもこの機種はGPIOのどこにRTL8366SRがいるのかわからなく1日くらい調べたところ、19,20ピンにいることがopenwrtなどの情報で分かった。基板のチェック用のパターンがあり、gpioctlでon/offを試し、オシロで信号が確認できた。

ヘッダーファイルをコピーして違っているところ修正して試してみたところ、 Chip Identifierはすぐに拾えるようになったが、その後の処理がまったくおこなわれない。デバッグライトをもりもり入れて調べたところI2CのACKが返ってこなくてエラーになっているようだ。I2Cは2本の信号線でデータの読み込みと書き込みをおこなうが、送ったデータにACKが返ってくる仕組みになっている。

I2Cのシーケンスのサンプル

RTL8366SRのI2Cは2バイトのアドレスのレジスタ空間で2バイトの読み書きをする仕様のようだ。

Chip IdentifierのI2Cの処理とその後の処理は違っていて、分割してコーディングされている。startのackが返ってこないとこでエラーになっていてChip Identifier の方の同様の処理を見るとなにやらあやしげなコメントが書いてあって、同じような処理を入れてみたとこどうにか動くようになった。ただなぜか最初のリセットだけはまだエラーを起こしているが、とりあえず動いているので、そのうち調べてみたい。後日追記：リセットはACKが返らない仕様のようです。

rtl8366rbのドライバは以下のような構成になる。

どうにかSR用の修正を入れて下記の設定でLAN側とarge0がタグ無し設定で使えるようになった。

# etherswitchcfg
etherswitch0: VLAN mode: DOT1Q
port0:
        pvid: 1
        flags=0<>
        media: Ethernet autoselect (100baseTX <full-duplex>)
        status: active
port1:
        pvid: 1
        flags=0<>
        media: Ethernet autoselect (none)
        status: no carrier
port2:
        pvid: 1
        flags=0<>
        media: Ethernet autoselect (none)
        status: no carrier
port3:
        pvid: 1
        flags=0<>
        media: Ethernet autoselect (none)
        status: no carrier
port4:
        pvid: 0
        flags=0<>
        media: Ethernet autoselect (none)
        status: no carrier
port5:
        pvid: 1
        flags=1<CPUPORT>
        media: Ethernet 1000baseT <full-duplex,rxpause,txpause>
        status: active
vlangroup0:
        vlan: 1
        members 0,1,2,3,5
vlangroup1:
        vlan: 2
        members none

残りのTodoとしては、タグ付きVLAN確認、WAN側の設定機能、GreenEtherサポート、 MIBサポートかな。

NATとしてWZR-HP-G301NHを使う事にした。何故かWZR-HP-G300NH(SR)だと対向のMOTOROLA SB5101Jと相性が悪いのかDHCPでアドレス拾えない事があり、RBのWZR-HP-G301NHだと問題が起きない。まったく同じfirmware(FreeBSD 12-CURRENT)を焼いていたのでSwitch しか違わないはずなのだが。SR固有な問題かこのモジュールだけの問題かは不明。 (2017/2)