【网络 MAC 学习专栏 -- 如何理解 PHY 的 Link Up】
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- Overview
- Clause 22/Clause 45
- Clause 22
- Clause 45
- PHY Link 状态的软件实现
转自: 开心果 Need Car 2022年10月20日 09:50 上海
Overview
PHY 的主要作用是数/模信号转换,功能等同于其他总线的 Transceiver。所以,uC 如果想发送/接收以太网数据,就需要依赖 PHY(确切说是PHY芯片)。如果想让PHY按照预期的状态工作,uC就需要通过接口告诉PHY如何工作,这个接口是指 MAC(Media Access Control)/PHY 接口。
MAC/PHY的接口关系如下所示:

MAC 通过接口可以访问 PHY的内部寄存器,进而设置 PHY 的工作模式,以此实现 PHY 的 Link Up。MAC访问 PHY内部寄存器,主要通过MDC(Management Data Clock)和MDIO(Management Data Input Output)实现。
手册中描述:PHY内部寄存器的访问,通过 SMA(Station Management Agent)。而SMA中的操作信息来自MAC,所以,两种表达,本质是一个意思。
- MDC 的最大配置时钟频率为 2.5MHz,用于驱动 MDIO。
- MDIO 是双向控制线,操作MDIO时,需要基于(Clause 22或者Clause 45)。
Clause 22/Clause 45
Clause 22 或者 Clause 45是什么呢?
答: 一种访问PHY内部寄存器的报文协议。既然是协议,就会有格式要求,Clause 22或者Clause 45格式的各个位域如下所示:

使用 Clause 22 还是 Clause 45,需要配置 MAC_MDIO_ADDRESS 寄存器的C45E位域,默认情况下,使用 Clause 22,如下所示:

Clause 22
Clause 22 格式 的位域描述如下所示:

解释:
- IDLE:空闲状态,此时MDIO没有时钟驱动;
- PREAMBLE:前导码,由32个连续的"1"构成;
- START:起始位域,
2 Bit = 01B; - OPCODE:操作码,
2 Bit,10B表述读取PHY寄存器操作,01B表示写PHY寄存器操作;
- PHY ADDR:要访问的PHY地址,MAC 最多可以访问 32个PHY,编号
0~31; - REG ADDR:PHY 寄存器地址,最多可以访问 32个PHY寄存器,这里表示要访问哪个PHY寄存器;
- TA:Turn Around,反转位(2 Bit):
- 当 SMA读PHY寄存器时,在TA第一个Bit之前,由MAC(SMA)控制MDIO,请求目标PHY寄存器的信息;
- 在TA第一个Bit之后,由PHY控制MDIO,输出对应PHY寄存器中的信息。这也是MDIO双向的原因,操作时序如下所示:

- DATA:PHY寄存器中的数据信息。
当 MAC 写 PHY 寄存器时,MDIO 完全由 MAC 控制,操作时序如下所示:

Clause 45
Clause45与Clause22的格式一样,只是个别位域信息有所不同,如下所示:

因此,基于Clause 22或者Clause 45协议,完成对PHY内部寄存器的配置,比如:通信速率(100Mbps/1000Mbps)配置、是否全双工、自协商使能与否(auto-negotiation)、指示灯等。PHY配置完成,且配置成功,意味着:Link Up。
PHY Link 状态的软件实现
在软件层面,程序初始化或者Reset以后,需要重新初始化PHY,通过读取PHY寄存器的Link位域确定PHY的Link状态。
eg:RTL8211F(I) BMSR (Basic Mode Status Register, Address 0x01)寄存器,Bit2(Link Status)指示 PHY的Link状态。代码实现示意所示:
boolean PHY_link_Status(void)
{boolean linkEstablished = FALSE;uint32 value;do{IfxGeth_phy_Clause22_readMDIORegister(0, PH_BMSR, &value);linkEstablished = ((value & (1 << 2)) != 0) ? TRUE : FALSE;} while (!linkEstablished);return linkEstablished;
}
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