车载以太网PHY

1 PHY接口的分类
1.1 PHY接口Pin描述
MII：TXD[3:0]、TX_EN、TX_ER、TX_CLK和RXD[3:0]、RX_ER、RX_CLK、RX_DV、 COL、CRS；速率等于25MHz x 4bit（4bit为一个nibble）
GMII：TXD[7:0]、TX_EN、TX_ER、GTX_CLK和RXD[7:0]、RX_ER、RX_CLK、RX_DV、 COL、CRS；速率等于125MHz x 8bit，PAM3编码
RGMII：TXD[3:0]、TX_CTL、GTX_CLK和RXD[3:0]、RX_CLK、RX_CTL
SGMII：包含8根线，分别是SGMII_TX+/-、SGMII_RX+/-、SGMII_CLK、SGMII_DATA、SGMII_INT_N、SGMII_RST_N
SerDes：包含4根线，分别是TX+/-和RX+/-

1.2 SGMII和SerDes的区别
- 支持SGMII模式的MAC中包含了PCS和PMA模块（SerDes）；而GMII接口的MAC只有PHY才包含PCS和PMA模块
- SGMII中的S表示使用了SerDes传输数据
- SGMII发送的10b数据ENC_TXD[0:9]表示TX_ER、TX_EN和TXD[7:0]；通过Serializer发送
- SGMII接收的10b数据ENC_RXD[0:9]表示RX_ER、RX_DV和RXD[7:0]；通过Deserializer接收
- SerDes模式时传输的是PCS 8b/10b编码后的数据
Figure 1-1 SGMII MAC Functional Block

1.3 Zynq GEM的SGMII配置成SerDes模式
&gem3 { // Gigabit Ethernet MAC
    phy-mode = "sgmii";
    is-internal-pcspma = <0x1>;
    fixed-link {
        speed = <1000>;
        full-duplex;
    };
};

2 千兆光口自协商
千兆光口（SerDes模式）可以工作在强制和自协商两种模式。802.3规范中千兆光口只支持1000M速率，支持全双工（Full）和半双工（Half）两种双工模式。

自协商和强制最根本的区别就是两者在建立物理链路时发送的码流不同，自协商模式发送的是C码，也就是配置（Configuration）码流，而强制模式发送的是I码，也就是Idle码流。

3 PHY寄存器
Figure 3-1 PHY寄存器

offset 9 byte：MASTER-SLAVE Control Register
MASTER-SLAVE Manual Config ENABLE：Master/Slave强制配置使能位，为了提高链路建立的速度，需要预先配置Master/Slave模式。

4 车载以太网PHY特征
1）车载以太网PHY支持Master/Slave模式，对接两端必须一个是Master，一个是Slave，Master发起链路training。
2）Broadcom的车载以太网PHY不能协商DP和DM交换功能；但是NXP车载以太网PHY可以协商并且交换DP和DM。
3）BR Cable：BroadR-Reach，车载以太网线缆
Figure 4-1 100BASE-T1 PHY Interface

5 PHY的回环模式
一般PHY都有三种回环模式：
内部回环，Internal - PHY的offset 0 Control寄存器控制，很多时候PHY设置Loopback后端口可能就Link down了，所以需要设置端口Force Link up
外部回环，External - Vendor，RJ45 Loopback Cable
远程回环，Remote - Vendor

回环模式参考Microchip USB转以太网控制器LAN7800。

6 网线插拔通知函数
netif_carrier_on()
netif_carrier_off()

7 Wake on LAN基本原理
1）WOL使能函数是在struct phy_driver中（例如drivers/net/phy/dp83640.c）；使能网卡PHY过滤Magic Packet包功能
2）PCI2.1以前有一个3-pin (5V, GND, Wake signal) 接口连到南桥IC
3）PCI2.2后使用PME# ( Power Management Events) 线实现唤醒，所以就不需要独立的3-pin WOL线了
4）以太网驱动初始化时，会扫描MII总线，PHYAD从0到31，读取PHY_ID，读取到一个就创建一个struct phy_device，匹配原则是比较struct phy_device与struct phy_driver的phy_id，相等即匹配上。
5）独立的以太网PHY，一般有一根WOL中断线（复用LED1或者LED2的pin）连接到SoC
6）Wake-on-LAN (WOL) is a system power saving feature. It enables the entire system to go to sleep, with the PHY being the only active component. The PHY won't see significant power savings since the PHY is the only chip that is active. The PHY still needs to have all the transmitters, receivers, and PLLs running to maintain the link with the network. It triggers the digital output that can wake up the rest of the system once the magic packet is seen by the PHY. The power savings come from the rest of the system going to sleep.

8 URLs
BroadR_Reach_Automotive_Spec_V3.2_w_o.pdf
http://grouper.ieee.org/groups/802/3/1TPCESG/public/BroadR_Reach_Automotive_Spec_V3.2_w_o.pdf

9 Abbreviations
FAKRA：发音法卡，德语汽车专家组的缩写
MDI：Medium Dependent Interface，媒介有关接口，通常是指将以太网主机或控制器连接至电缆的物理连接器，譬如FAKRA；需要使用矢量网络分析仪VNA测量MDI回波损耗，即100 Ω差分阻抗是否匹配
Mii nibble stream：MII数据接口是半字节传输；Each 4-bit data nibble representing half of a data byte
10Base-T1S：S表示Short Reach
VNA：Vector Network Analyzer，矢量网络分析仪