一、前言

實際項目開發(fā)中，由于設計原因，會將phy的mdio引腳連接到SoC的2個空閑gpio上，

這樣就無法通過Gmac自有的架構(gòu)實現(xiàn)修改phy，

因此只能通過GPIO模擬的方式實現(xiàn)MDIO，

好在Linux支持MDIO via GPIO功能。

該功能需要用到內(nèi)核驅(qū)動mdio-bitbang.c和mdio-gpio.c。

本例 ：

• 平臺：復旦微

• kernel 版本：linux 4.14.55-xxxxx

• phy芯片：yt8521

• phy連接到：gmac0

• mdio總線連接到：gpioc 2portc 3

二、mdio基礎概念

1、SMI接口

SMI是MAC內(nèi)核訪問PHY寄存器接口，它由兩根線組成，雙工:

• MDC(Management Data Clock)為時鐘，
• MDIO(Management Data Input/Output)為雙向數(shù)據(jù)通信，

原理上跟I2C總線很類似，也可以通過總線訪問多個不同的phy。

MDIO協(xié)議是以太網(wǎng)標準IEEE802.3中專門用于MAC和PYH之間管理的串行接口總線，該接口主要用于MAC控制器對PYH層的狀態(tài)讀取和設置（寄存器操作）、獲取鏈路狀態(tài)，控制物理層協(xié)商等操作。

MDC/MDIO基本特性：

• 兩線制 ：MDC（時鐘線）和MDIO（數(shù)據(jù)線）。分主從設備。
• 時鐘頻率：2.5MHz
• 通信方式：總線制，可同時接入的PHY數(shù)量為32個
• 通過SMI接口，MAC芯片主動的輪詢PHY層芯片，獲得狀態(tài)信息，并發(fā)出命令信息。

其中主設備稱作STA，從設備稱作MDI，一個主設備可以對多個從設備進行命令讀寫操作。

?三、mdio協(xié)議波形

1、MDIO接口數(shù)據(jù)幀

在IEEE802.3協(xié)議中，把MDIO接口數(shù)據(jù)幀分為兩種，一種是Clause22，另一種是Clause45。

前者主要用于百兆千兆以太網(wǎng)，后者用于千兆以上的以太網(wǎng)。

2、Clause22

MDIO 接口的讀寫通信協(xié)議如下圖所示：

CLAUSE22 數(shù)據(jù)幀協(xié)議

• Preamble：

32 位前導碼，由 MAC 端發(fā)送 32 位邏輯“1”，用于同步 PHY 芯片。

• ST（Start of Frame）：

2 位幀開始信號，用 01 表示。

• OP（Operation Code）：

2 位操作碼，讀：10 寫：01。

• PHYAD（PHY Address）：

5 位 PHY 地址，用于表示與哪個 PHY 芯片通信，因此一個 MAC 上可以連 接多個 PHY 芯片。

• REGAD（Register Address）：

5 位寄存器地址，可以表示共 32 位寄存器。

• TA（Turnaround）：

2 位轉(zhuǎn)向，

在讀命令中，MDIO 在此時由 MAC 驅(qū)動改為 PHY 驅(qū)動，在第一個 TA 位，MDIO 引腳為高阻狀態(tài)，第二個 TA 位，PHY 將 MDIO 引腳拉低，準備發(fā)送數(shù)據(jù)；

在寫命令中，不需 要 MDIO 方向發(fā)生變化，MAC 固定輸出 2’b10，隨后開始寫入數(shù)據(jù)。

• DATA：

16 位數(shù)據(jù)，在讀命令中，PHY 芯片將讀到的對應 PHYAD 的 REGAD 寄存器的數(shù)據(jù)寫到 DATA 中；在寫命令中，PHY 芯片將接收到的 DATA 寫入 REGAD 寄存器中。需要注意的是，在 DATA 傳 輸?shù)倪^程中，高位在前，低位在后。

• IDLE：

空閑狀態(tài)，此時 MDIO 為無源驅(qū)動，處于高阻狀態(tài)，但一般用上拉電阻使其上拉至高電平。

波形舉例

向phy：3 寄存器0x00 寫入 數(shù)據(jù)0x4140

3、Clause45

四、YT8521

YT8521S是一款高度集成的以太網(wǎng)收發(fā)器，符合10BASE-Te、100BASE-TX和1000BASE-T IEEE 802.3標準。

1、引腳

其中與mdio相關引腳：

14  MDC         Management Data Clock15  MDIO        Input/Output of Management Data.      Pull up 3.3V/2.5V/1.8V for 3.3V/2.5V/1.8V I/O respectively

2、模塊圖

3、MDIO協(xié)議時序-[重要]

下面YT8521的SMI時序圖：

上升沿讀數(shù)據(jù)，下降沿寫數(shù)據(jù)。

五、驅(qū)動移植

1、驅(qū)動文件及移植

mdio-gpio.cmdio-bitbang.c

在這里插入圖片描述

勾選 下面幾項：

  │ │                   <*>   Bitbanged MDIO buses                                            │ │    │ │                   <*>   GPIO controlled MDIO bus multiplexers                           │ │    │ │                   <*>   MMIO device-controlled MDIO bus multiplexers                    │ │  

2、移植設備樹

 aliases {    …………     mdio-gpio0 = &mdio0; };  mdio0: mdio {     compatible = "virtual,mdio-gpio";     gpios = <&portc 2 0 >,<&portc 3 0>;                                                    #address-cells = <1>;     #size-cells = <0>;        phy0: ethernet-phy@7 {         reg = <0x7>;         yt,phy-delay = <0xfc>;         phy-connection-type = "rgmii-id";     }; }; &gmac0 {  status = "okay";  phy-handle = <&phy0>; };

由設備樹可知，

1. 我們創(chuàng)建了1個獨立的mdio設備節(jié)點
2. 當用命令mdio修改phy時，就會根據(jù)gmac0的phy-handle
3. 找到mdio0節(jié)點從而調(diào)用mdio-gpio驅(qū)動模塊來配置phy：8521

下圖，是phy直接連接到gmac0的mdio接口，mdio命令執(zhí)行的通路：

下圖是phy連接到gpio口，mdio命令執(zhí)行的通路：

3、查看log

開機有以下log，說明驅(qū)動 移植成功：

# dmesg | grep MDIO[    3.257270] libphy: GPIO Bitbanged MDIO: probed[    3.274202] libphy: Fixed MDIO Bus: probed

# cd /sys/class/mdio_bus/# lsfixed-0   gpio-0    stmmac-0  stmmac-1# cd gpio-0/# lsdevice     gpio-0:03  of_node    power      subsystem  uevent# cd gpio-0\:03/# lsattached_dev    phy_has_fixups  powerdriver          phy_id          subsystemof_node         phy_interface   uevent

4、操作

修改eth0為百兆速率，則設置Speed_Selection位為01，同時自動協(xié)商為Autoneg_En要禁用，即設置該寄存器值為0x2140：

# mdio eth0 0x00 0x2140 write phy addr: 0x3  reg: 0x0  value : 0x2140

抓取波形如下：