Linux下网卡phy状态检测与控制
最近在一个项目中，集成一个交换机芯片的时候，遇到一些麻烦，发现交换机的性能总是上
不去，100M的交换机，实际交换能力只有10M。跟做硬件的同事一起，花了几周时间调试，
才找到问题。原来是接到交换机芯片上的几个子系统，用的Micrel 8041PHY芯片，默认关闭
了硬件流控，导致交换机无法通过流控来控制网络数据交换，结果使得其性能下降。而交换
机每个端口的PHY与子系统的PHY都使用的Auto Negotiation来协商链接状态，子系统默认不
支持流控，交换机也关闭了流控。
解决方法实际上很简单，就是在子系统端打开PHY的流控，其实也就是寄存器的一个位而已，
却花了我们几周时间。究其原因，都是由于大部分PHY芯片默认都打开流控，所以导致我们
一开始没怀疑到这上面，而且也没有引出交换机的控制口查看其状态。
子系统是跑的嵌入式Linux系统，所以在这几周的调试过程中，着重查看了Linux Kernel中
PHY的驱动，以及相关的一些系统调用。有些心得，记录下来。
Linux系统提供了两类ioctl系统调用SIOCETHTOOL和SIOCXMIIXXX，用于控制或者获取网卡
PHY的状态。这两类系统调用的实现取决于PHY驱动中对应ioctl的实现，一般的PHY驱动都
会实现至少其中的一类。下面以获取网卡的Link状态来说明这两类系统调用的使用。
0. Create socket handler
由于这两类调用都要使用socket handler，我们先建立一个socket handler用于下面的系统
调用。
/*--------------------------------------------------------------------------*/
/**
@brief Detect eth link status from ETHTOOL API and MII reg.
@param ifname -- interface name.
@return Return true if link is up, return false if link is down,
or return -1 if errors occur.
This function will first try to get eth link status from ETHTOOL API.
If it fails, it will try to get eth link status from MII reg.
*/
/*--------------------------------------------------------------------------*/
int get_netlink_status(char *ifname)
{
int skfd = -1;
int link_status;
if (ifname == NULL) {
ifname = "eth0";
}
if ((skfd = socket(AF_INET, SOCK_DGRAM, 0)) < 0) {
nl_err("socket error\n");
return -1;
}
link_status = detect_ethtool(skfd, ifname);
if (link_status < 0)
link_status = detect_mii(skfd, ifname);
close(skfd);
return link_status;
}
1. SIOCETHTOOL ioctl
下面是SIOCETHTOLL系统调用的用法。
/*--------------------------------------------------------------------------*/
/**
@brief Detect eth link status from ETHTOOL API.
@param skfd -- socket handler.
@param ifname -- interface name.
@return Return true if link is up, return false if link is down,
or return -1 if errors occur.
*/
/*--------------------------------------------------------------------------*/
int detect_ethtool(int skfd, char *ifname)
{
struct ifreq ifr;
struct ethtool_value edata;
memset(&ifr, 0, sizeof(ifr));
edata.cmd = ETHTOOL_GLINK;
strncpy(ifr.ifr_name, ifname, sizeof(ifr.ifr_name)-1);
ifr.ifr_data = (char *) &edata;
if (ioctl(skfd, SIOCETHTOOL, &ifr) == -1) {
nl_err("ETHTOOL_GLINK failed: %s\n", strerror(errno));
return -1;
}
return (edata.data ? 1 : 0);
}
对应内核代码[linux/net/core/dev.c]中dev_ioctl()函数，对应的SIOCETHTOOL，又调用了
[linux/net/core/ethtool.c]中的实现，而dev_ethtool()函数，而这个函数最终又会调用
相应if驱动的ethtool_ops结构体中注册的函数来实现寄存器的操作。当然，不同的PHY驱动
对此有不同的操作，甚至有些PHY驱动根本没有注册这个结构体，这时，我们就要尝试下面
的方法了。
2. SIOCxMIIxxx ioctl
下面是SIOCxMIIxxx系统调用的用法。
/*--------------------------------------------------------------------------*/
/**
@brief Detect eth link status from MII status reg.
@param skfd -- socket handler.
@param ifname -- interface name.
@return Return true if link is up, return false if link is down,
or return -1 if errors occur.
*/
/*--------------------------------------------------------------------------*/
static int detect_mii(int skfd, char *ifname)
{
struct ifreq ifr;
struct mii_ioctl_data *mii_val;
strncpy(ifr.ifr_name, ifname, IFNAMSIZ);
if (ioctl(skfd, SIOCGMIIPHY, &ifr) < 0) {
fprintf(stderr, "SIOCGMIIPHY on %s failed: %s\n", ifname,
strerror(errno));
(void) close(skfd);
return -1;
}
mii_val = (struct mii_ioctl_data *)(&ifr.ifr_data);
mii_val->reg_num = MII_BMSR;
if (ioctl(skfd, SIOCGMIIREG, &ifr) < 0) {
nl_err("SIOCGMIIREG on %s failed: %s\n", ifr.ifr_name,
strerror(errno));
return -1;
}
if ((!(mii_val->val_out & BMSR_RFAULT)) &&
(mii_val->val_out & BMSR_LSTATUS) &&
(!(mii_val->val_out & BMSR_JCD))) {
return 1;
} else {
return 0;
}
}
对应内核代码[linux/net/core/dev.c]中dev_ioctl()函数，对应的SIOCxMIIxxx，又调用了
dev_ifsioc()函数，这个函数最终调用PHY驱动中注册的do_ioctl()函数来实现PHY寄存器的
读写。