Marvell交換芯片介紹之MII、MDIO

該芯片作為PHY和SERDES使用

MII 是一個(gè)標準接口，用于連接 MAC 和 PHY。MII 是 IEEE-802.3 定義的以太網(wǎng)標準， MII 接口可以同時(shí)控制多個(gè) PHY。

MII包含兩個(gè)接口：

1.一個(gè)數據接口，用戶(hù) MAC 和 PHY 之間收發(fā) Ethernet 數據
2.一個(gè)管理接口，這個(gè)管理接口通常稱(chēng)為 MDIO，MIIM 或者 SMI。
  這個(gè)接口用于 MAC 從 PHY 讀取相關(guān)管理寄存器的值，或者往 PHY 管理寄存器上寫(xiě)入數據。

MDIO

MDIO 也被稱(chēng)為 MIIM，或者SMI，它是 IEEE802.3 定義標準 MII 接口的一部分，用于 MAC 配置 PHY。MDIO 具有兩個(gè)信號線(xiàn)，分別如下：

1. MDC 時(shí)鐘線(xiàn)：MDIO 的時(shí)鐘信號，由 MAC 驅動(dòng) PHY

2. MDIO 數據線(xiàn)：雙向數據線(xiàn)，用于在 MAC 和 PHY 之間傳輸配置信息

MDIO 總線(xiàn)只支持 MAC 作為主設備，PHY 作為從設備。MIDO 支持兩種時(shí)序，分別為Clause 22和Clause 45.

MDIO接口最初是由IEEE RFC802.3中的22號條款定義的，在最初的定義中，一個(gè)單獨的MDIO接口可以訪(fǎng)問(wèn)32個(gè)不同的PHY設備中的32個(gè)寄存器，這些寄存器提供狀態(tài)和控制信息，例如：連接狀態(tài)、傳輸速度能力、當前選擇的傳速、低壓消耗時(shí)的下電情況、全雙工還是半雙工、自動(dòng)協(xié)商、錯誤提示以及反饋信息等等。

為了滿(mǎn)足10G以太網(wǎng)設備的普及發(fā)展，在IEEE 802.3ae 的45號條款中為MDIO接口提供了額外的規范：

1）能夠通過(guò)32個(gè)端口訪(fǎng)問(wèn)32個(gè)不同設備的65536個(gè)寄存器；

2）為訪(fǎng)問(wèn)10G以太網(wǎng)提供額外的OP碼和ST碼，從而可以直接訪(fǎng)問(wèn)寄存器地址；

3）端到端的報錯信號；

4）環(huán)回模式控制；

5）低壓電氣標準。

22號條款

22號條款的MDIO通信的幀格式定義如下：

45號條款

為了彌補22號的條款中定義的缺陷，45號條款中增添了對低壓設備的支持，最低可到1.2V，同時(shí)擴充了幀格式，能夠訪(fǎng)問(wèn)更多的設備和寄存器。

45號MDIO通信幀格式如下：

第45號條款的主要變化是如何訪(fǎng)問(wèn)寄存器。在第22中，一個(gè)單獨的幀指定要讀或寫(xiě)的地址和數據，同時(shí)完成了這些工作。45號中改變這種范式，第一個(gè)地址幀發(fā)送到指定的MMD和寄存器，然后發(fā)送第二幀來(lái)執行讀或寫(xiě)。

工作模式

該芯片有兩種尋址模式：?jiǎn)涡酒瑢ぶ泛投嘈酒瑢ぶ贰?/p>

多芯片尋址
對于多芯片尋址，需要給芯片設置一個(gè)非零的SMI地址（ADDR[4:0]的反碼）。在多芯片尋址模式下，僅有兩個(gè)寄存器（0x00:SMI Command Register 0x01:SMI Data Register）能夠使用，內部各PORT的寄存器均由這兩個(gè)寄存器間接訪(fǎng)問(wèn)。

通過(guò)向SMI Command Register的[9:5]寫(xiě)入內部SMI設備地址，[4:0]寫(xiě)入內部SMI寄存器地址來(lái)訪(fǎng)問(wèn)各個(gè)Port的內部寄存器，[11:10]決定決前是寫(xiě)入還是讀出操作。

通過(guò)向SMI Data Register的[15:0]位寫(xiě)入或讀取SMI Command Register設定的寄存器內容。

單芯片尋址
對于單芯片尋址，其SMI地址為0x00（針對整個(gè)芯片），即ADDR[4:0]=0x1F。

在單芯片尋址模式下，每個(gè)Port都有各自的SMI地址（針對內部每個(gè)Port），Port0-Port9對應的SMI地址分別為0x0-0x9（直接訪(fǎng)問(wèn)），port10對應0xA。

若Port0、1、2等接有外部PHY，則必須使用以下SMI地址，0x00對應Port0，0x01對應Port1，這樣PPU才能自動(dòng)的輪詢(xún)各個(gè)PHY獲取各自的連接狀況，速度，雙工情況，流控狀態(tài)等信息，這些外部PHY需要使用Global2 offset 0x18、0x19進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。對于Port3a、Port4的內部PHY地址映射為0x03、0x04；Port9、Port10的內部SERDES映射為0x9、0xa，同樣的，也是需要使用Global2 offset 0x18、0x19進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。

Global2 寄存器的 Offset24，25 寄存器
前文提到，兩個(gè)非常重要的寄存器，即Global2 offset 0x18、0x19寄存器，在單芯片尋址模式下PHY和SERDES寄存器的訪(fǎng)問(wèn)都必須通過(guò)這兩個(gè)寄存器間接訪(fǎng)問(wèn)。

Global2 offset 0x18 (SMI PHY Command Register)寄存器

bit[12]指定了幀協(xié)議是22號時(shí)序還是45號時(shí)序。22號協(xié)議下，與多芯片存儲能夠訪(fǎng)問(wèn)的Command Register寄存器一樣，[9:5]寫(xiě)入SMI設備地址，[4:0]寫(xiě)入SMI寄存器地址來(lái)訪(fǎng)問(wèn)各個(gè)Port的內部寄存器，[11:10]決定當前是寫(xiě)入還是讀出操作。45號協(xié)議，[9:5]指定port，[4:0]指定設備類(lèi)別。

Global2 offset 0x19 (SMI PHY Data Register)寄存器

與SMI Data Register相同，通過(guò)[15:0]位寫(xiě)入或讀取SMI Command Register設定的寄存器內容。

在45號協(xié)議下，第一個(gè)地址幀發(fā)送到指定的MMD和寄存器，我們要把PHY Command Reg中的[11:10]置為0x00=write Address register，即在第一個(gè)幀中的最后16位數據中，指定要操作的寄存器的地址。隨后在第二個(gè)數據幀中，要把PHY Command Reg中的[11:10]置為0x01=write data register，即第二個(gè)幀中的最后16位寫(xiě)入的是數據。

Uboot 中訪(fǎng)問(wèn) MDIO (SMI/MIIM)

項目開(kāi)發(fā)中，經(jīng)常要在 uboot 階段通過(guò) MDIO 總線(xiàn)去配置 PHY 或者 SWITCH。

更多指令

示例：

6390xconfig

**配置端口10**
//0xa:P10
//0x34a:
//bit[3:0]-0xa-接口配置模式-SGMII
//bit[6]-0x1-EEE(EnergyEfficientEthernet)Enabled
//bit[9:8]-0x3=10Gbor2500Mbps
miiwrite0xa00x34a

**配置端口5**
//p5p177p355
//addr:0x1c
//regi:0x19SMIDataregister
//regi:0x18SMICommandregister
//在45號條款中
//第一個(gè)地址幀發(fā)送到指定的MMD和寄存器，然后發(fā)送第二幀來(lái)執行讀或寫(xiě)。

miiwrite0x1c0x190x2000//將數據0x2000寫(xiě)到PHYdata寄存器0x19中
miiwrite0x1c0x180x82a4//將數據0x82a4寫(xiě)到PHYCommand寄存器中
//0x82a4
//bit[15]:0x1——此位在首次操作SMI時(shí)，要置為1，并且在操作SMI完畢之后會(huì )自動(dòng)清零
//bit[14:13]:0x0——內部訪(fǎng)問(wèn)-用于訪(fǎng)問(wèn)包含在這個(gè)設備中的內部PHYs和/或serde。
//bit[12]:0x0——SMIMODE——GenerateIEEE802.3Clause45SMIframes
//bit[11:10]:0x0——WriteAddressRegister
//bit[9:5]:寫(xiě)入SMI設備地址-0x15——Port10Lane1=Port5&itsregistersareaccessedatSMIaddress0x15
//bit[4:0]:deviceclass(clause45)
//第一個(gè)地址幀的后16位為Addr,即dataregister中的數據0x2000

miiwrite0x1c0x190x8140//將數據0x8140寫(xiě)到PHYdata寄存器0x19中
miiwrite0x1c0x180x86a4//將數據0x86a4寫(xiě)到PHYCommand寄存器中
////bit[11:10]:0x01——WritedataRegister
//第二個(gè)幀，后16位為要寫(xiě)入的數據，即dataregister中的數據0x8140
編輯：黃飛