以太网的phy寄存器分析

一直唠叨说要系统地学习Linux网络驱动，一直没去做。今天终于下决定写篇关于PHY寄存器的文章了，写了这个，再写篇关于PHY驱动的文章，就算给自己交差了。后面的事再议。这篇文章讲述PHY寄存，大部分属于资料收集，但也夹杂着个人的经验、见解。文中结合IEEE802.3标准、网络的分析及对驱动的理解进行描述。一般来说，像SPI、I2C、USB、PCI等总线类型的资料，都会包括电气接口和编程接口，对于以太网也类似，像硬件接口如MII、GMII，本来也想写一篇文章的，但无奈自己对接口没研究，就不写了。

0、概述

PHY是 IEEE802.3 中定义的一个标准模块。PHY 寄存器的地址空间为 5 位，因此寄存器范围是0 到31 ，最多有 32 个寄存器。IEEE802.3 定义了地址为0-15 这16个寄存器的功能，地址16-31的寄存器留给芯片制造商自由定义。但现在芯片功能很强大，32个寄存器远远不到，于是有的厂家就想出办法，使用page的方式来扩展。在看手册过程中发现，即使是0-15这类的寄存器，不同厂家在实现还是有点差异，所以，IEEE标准定义的寄存器只是在大的方面上说是“标准”的，细节方面如同一寄存器不同的位，功能也不一样，所以最好以厂商的datasheet为准。

像十兆/百兆自适应芯片DM9000，千兆的寄存器就没有，而RTL8211是千兆芯片，功能强大一些，寄存器肯定也多一些；而Intel的I211芯片，寄存器多得要使用page来解决。

IEEE802.3标准文档，下载地址：http://standards.ieee.org/about/get/。它分为很多个section，section按字面翻译为“节”，但该标准的一“节”就有好几百页，这里还是称为“部分”比较好，第一部分是概述，第二部分是百兆以太网，第三部分是千兆以太网。PHY寄存器22.2.4节有介绍，但不涉及所有的寄存器，个别寄存器需要到其它章节中看，当然，文档里面也提到该在哪里找到哪个寄存器。

Linux内核抽象出读写的函数phy_read和phy_write。在驱动中直接调用是没有问题的，当然，这需要MDIO等一切就绪后。

HY寄存器为获取网卡信息的原始途径，如网络是否连接，对端(交换机或PC)的能力，等等。然后再给内核的网络子系统(通过netif_carrier_on这类的函数)。

先从802.3标准中看PHY寄存器描述，如下：

说明：MII表示，只有0和1寄存器是基本的，其它的是扩展的

注：
1、寄存器2、3是PHY ID，一般不用研究。
2、某寄存器的比特(bit)用X.y表示，如0.15表示第0寄存器的第15位，标准文档和芯片手册使用这种形式。

一、寄存器0：控制寄存器

概述：

讲解：
IEEE章节：22.2.4.2 可读写

二、寄存器1：状态寄存器

概述：

IEEE章节：22.2.4.2 只读

三、寄存器2、3：芯片ID寄存器

概述：
寄存器2、3分别是PHY ID寄存器，从内核代码知道，寄存器2(PHY ID1)为高16位，而寄存器3(PHY ID2)为低16位。它们作为PHY芯片的标识，一般被认为作用不大，以前有过同一主CPU搭配不同的PHY组合不同的板卡，使用同一份内核，这里就可以用PHY ID来做区别。

四、寄存器4：自动协商通告寄存器

概述：
IEEE章节：37.2.5.1.3 可读写
该寄存器保存着PHY本身具备的特性、能力。如PHY支持流控、百兆全双工/半双工、十兆全双工/半双工，等。
当设置为自动协商使能情况下通过FLP在MDI上进行通告。如果不使能，则此寄存器的配置无效。

五、寄存器5：自动协商对端能力通告寄存器

概述：
IEEE章节：37.2.5.1.4 只读
该寄存器和寄存器4类似，它表示对端(交换机或PC)具备的特性、能力。同样要注意是的只有在自动协商使能情况下该寄存器信息才有效。由于此寄存器表示的是对端的状态，所以一般情况下寄存器的值被设计为只读，但有的芯片如dm9000的流控位5.10 FCS是可读写的。
该寄存器主要用来了解对端的情况，在出现问题时，可以了解对方的信息，从而大致定位范围。而不用一味地找自身原因。万一真的是对端的交换机出现故障，此寄存器就是有力的现场证据。
(存疑：交换机会不会通过寄存器4来获取PHY的状态，之后再反馈到此寄存器？)

六、寄存器6：自动协商异常信息寄存器

概述：
IEEE章节：37.2.5.1.5 只读

附录

ieee802.3标准： http://standards.ieee.org/about/get/

82577芯片：
http://www.intel.com.tw/content/www/tw/zh/ethernet-controllers/82577-gbe-phy-datasheet.html
8211e芯片：
http://www.realtek.cz/realtek-datasheet.php?datasheet=RTL8211


李迟 2015.4.11