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【网络 MAC 学习专栏 -- 如何理解 PHY 的 Link Up】

article 2025/1/16 19:06:45

文章目录

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：
在这里插入图片描述
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：
在这里插入图片描述
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：
在这里插入图片描述
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：
在这里插入图片描述
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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