了解与MDIO/MDC接口相关的22号、45号条款

概述

 

管理MII接口的MDIO接口是一个双线的串行接口，用来对PHY芯片等物理层信息进行操作管理。

 

MDIO的历史

 

MDIO是Management Data Input/Output 的缩写，有两根线，分别为双向的MDIO和单向的MDC，用于以太网设备中上层对物理层的管理。之所以能够管理这些PHY芯片，是因为能够对PHY芯片的各类寄存器进行访问和修改。

 

MDIO接口最初是由IEEE RFC802.3中的22号条款定义的，在最初的定义中，一个单独的MDIO接口可以访问32个不同的PHY设备中的32个寄存器，这些寄存器提供状态和控制信息，例如：连接状态、传输速度能力、当前选择的传速、低压消耗时的下电情况、全双工还是半双工、自动协商、错误提示以及反馈信息等等。

 

为了满足10G以太网设备的普及发展，在IEEE 802.3ae 的45号条款中为MDIO接口提供了额外的规范：

 

1）能够通过32个端口访问32个不同设备的65536个寄存器；

2）为访问10G以太网提供额外的OP码和ST码，从而可以直接访问寄存器地址；

3）端到端的报错信号；

4）环回模式控制；

5）低压电气标准。

 

操作原理

 

MDIO总线有两个信号：管理数据时钟（MDC）和管理数据输入/输出（MDIO）。

MDIO接口中有特定的术语定义总线上的各种设备。驱动MDIO总线的设备被定义为站管理实体（STA）。而被MDC管理的目标设备称为可被MDIO管理的设备（MMD）。

STA初始化MDIO所有的通信，同时负责驱动时钟MDC。MDC的频率可以高达2.5 MHz。

 

22号条款

 

22号条款的MDIO通信的帧格式定义如下：

 

 

 

帧格式中PHY的地址和寄存器的地址都是5bit，这就限制了STA可以连接到的MMD的数量。此外，22号条款仅支持5V设备，没有其他的低压选项。

 

45号条款

 

为了弥补22号的条款中定义的缺陷，45号条款中增添了对低压设备的支持，最低可到1.2V，同时扩充了帧格式，能够访问更多的设备和寄存器。

 

45号MDIO通信帧格式如下：

 

 

第45号条款的主要变化是如何访问寄存器。在第22中，一个单独的帧指定要读或写的地址和数据，同时完成了这些工作。45号中改变这种范式，第一个地址帧发送到指定的MMD和寄存器，然后发送第二帧来执行读或写。

 

添加这个依次循环访问的好处是45条款是向后兼容22条款的，允许设备的互操作。其次，通过创建一个框架的登记地址，地址空间从5位增加到16位，这使得STA访问65536个不同的寄存器。

 

为了做到这一点，在数据帧的组成部分进行了一些变化。定义了新的ST代码（00），用于标识第45号条款的数据帧。运算码扩展到指定地址帧，写帧，读帧，或读和读后增量地址帧。由于寄存器地址不再需要，这个字段被指定目标设备类型的内容代替。扩展后还允许STA接入除了PHY以外的其他设备。