SylixOS MII總線(xiàn)層解析

1.原理概述

1.1 網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)概述

一塊以太網(wǎng)網(wǎng)卡包括OSI模型的兩個(gè)層：物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。數(shù)據(jù)鏈路層的芯片簡(jiǎn)稱(chēng)為MAC控制器，物理層的芯片簡(jiǎn)稱(chēng)為PHY。

MAC主要負(fù)責(zé)控制與連接物理層的物理介質(zhì)。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，MAC先判斷是否可以發(fā)送數(shù)據(jù)，如果可以發(fā)送，給數(shù)據(jù)加上控制信息，最終將數(shù)據(jù)及控制信息按規(guī)定的格式發(fā)送到物理層；在接收數(shù)據(jù)的時(shí)候，MAC先判斷信息是否發(fā)生傳輸錯(cuò)誤，如果沒(méi)有錯(cuò)誤，去掉控制信息發(fā)送至LLC層。該層協(xié)議由IEEE-802.3以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)定義。

PHY是物理接口收發(fā)器，它實(shí)現(xiàn)物理層。IEEE-802.3標(biāo)準(zhǔn)定義了以太網(wǎng)PHY。在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，收到MAC數(shù)據(jù),把并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為串行流數(shù)據(jù)，再按照物理層的編碼規(guī)則編碼，再變?yōu)槟M信號(hào)發(fā)送數(shù)據(jù)。收數(shù)據(jù)時(shí)流程反之。PHY還有個(gè)重要的功能是實(shí)現(xiàn)CSMA/CD的部分功能。

PHY和MAC之間的關(guān)系是PCI總線(xiàn)接MAC總線(xiàn)，MAC接PHY，PHY接網(wǎng)線(xiàn)。

在以太網(wǎng)網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)中，完全可以將PHY芯片的驅(qū)動(dòng)抽象，做成通用接口。（IEEE802.3定義PHY芯片地址0-15寄存器的功能，地址16-31寄存器留給芯片制造商自由定義）。

2.技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1 PHY驅(qū)動(dòng)目錄

PHY芯片驅(qū)動(dòng)在SylixOS的Base中已經(jīng)給出，如圖 3.1所示。

圖 3.1 PHY驅(qū)動(dòng)目錄

SylixOS提供的PHY芯片驅(qū)動(dòng)能支持10Mb，100Mb，1000Mb的鏈接能力。

2.2 PHY驅(qū)動(dòng)框架

PHY驅(qū)動(dòng)大致流程為：

初始化組件庫(kù)（信號(hào)量，定時(shí)器）。

選擇自動(dòng)查找/指定查找PHY設(shè)備。

選擇自動(dòng)協(xié)商/指定鏈接模式。

啟用定時(shí)器每隔一段時(shí)間查詢(xún)鏈接狀態(tài)。

如圖 3.2所示。

圖 3.2 PHY驅(qū)動(dòng)框架

在網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)中，先對(duì)程序清單 3.1進(jìn)行傳參，再調(diào)用API_MiiPhyInit接口就能完成PHY芯片初始化。

程序清單 3.1傳參

    pmiidrv->MIID_phydev.PHY_pPhyDrvFunc->PHYF_pfuncWrite    = (FUNCPTR)__miiPhyWrite;
    pmiidrv->MIID_phydev.PHY_pPhyDrvFunc->PHYF_pfuncRead     = (FUNCPTR)__miiPhyRead;
    pmiidrv->MIID_phydev.PHY_pPhyDrvFunc->PHYF_pfuncLinkDown = (FUNCPTR)__miiLinkStatus;
    pmiidrv->MIID_phydev.PHY_pvMacDrv       = pmiidrv;
    pmiidrv->MIID_phydev.PHY_ucPhyAddr      = ENET_PHYADDR;
    pmiidrv->MIID_phydev.PHY_uiPhyID        = FEC_ENET_PHYID;
    pmiidrv->MIID_phydev.PHY_uiPhyIDMask    =0x00000000;               /*  同系列芯片不同信號(hào)識(shí)別    */
    pmiidrv->MIID_phydev.PHY_uiTryMax       = 100;
    pmiidrv->MIID_phydev.PHY_uiLinkDelay    = 100;                      /*  延時(shí)100毫秒自動(dòng)協(xié)商過(guò)程   */
    pmiidrv->MIID_phydev.PHY_uiPhyFlags     = MII_PHY_AUTO |            /*  自動(dòng)協(xié)商標(biāo)志              */
                                              MII_PHY_FD   |            /*  全雙工模式                */
                                              MII_PHY_100  |            /*  100Mbit                   */
                                              MII_PHY_10   |            /*  10Mbit                    */
                                              MII_PHY_HD   |            /*  半雙工模式                */
                                              MII_PHY_MONITOR;         /*  啟用自動(dòng)監(jiān)視功能          */

MAC能對(duì)PHY芯片進(jìn)行讀寫(xiě)操作（miiPhyWrite函數(shù)，miiPhyRead函數(shù)）。

鏈接狀態(tài)變化函數(shù)（miiLinkStatus函數(shù)，打印鏈接信息并進(jìn)行相關(guān)操作）。

控制參數(shù)傳參（PHY驅(qū)動(dòng)會(huì)根據(jù)傳入?yún)?shù)進(jìn)行不同操作，如是否開(kāi)啟自動(dòng)協(xié)商，選擇速度/雙工模式，開(kāi)啟自動(dòng)監(jiān)視功能）。

2.3 具體實(shí)現(xiàn)

2.3.1 API_MiiPhyInit函數(shù)實(shí)現(xiàn)

API_MiiPhyInit函數(shù)會(huì)根據(jù)傳入?yún)?shù)分別執(zhí)行初始化組件庫(kù)，查找PHY設(shè)備，設(shè)置鏈接能力。

PHY驅(qū)動(dòng)提供鏈表將有效PHY設(shè)備加入到MII鏈表，能對(duì)多個(gè)PHY芯片進(jìn)行操作。

如程序清單 3.2所示。

程序清單 3.2 API_MiiPhyInit函數(shù)實(shí)現(xiàn)

INTAPI_MiiPhyInit (PHY_DEV *pPhyDev)
{
……
    if (API_MiiLibInit() == MII_ERROR) {
        return  (MII_ERROR);
    }
    if (pPhyDev->PHY_ucPhyAddr == 0) {                                  /*  Auto scan phydevice        */
        if (API_MiiPhyScan(pPhyDev) == MII_ERROR) {
            _DebugHandle(__ERRORMESSAGE_LEVEL, "can notfind phy device.\r\n");
            return  (MII_ERROR);
        }
    } else {                                                           /*  Test specific phy device    */
        if (API_MiiPhyProbe(pPhyDev) != MII_OK) {
            MII_DEBUG_ADDR("can notfind phy device. addr[%02x]\r\n",
                          pPhyDev->PHY_ucPhyAddr);
            return  (MII_ERROR);
        }
        if (API_MiiPhyDiagnostic(pPhyDev) != MII_OK) {
            return  (MII_ERROR);
        }
    }
……
    if (API_MiiPhyLinkSet(pPhyDev) != MII_OK) {
        MII_DEBUG_ADDR("mii:found phy [%02x], but Link-Down.\r\n",
                      pPhyDev->PHY_ucPhyAddr);
    }
      usPhyStatus = pPhyDev->PHY_usPhyStatus;                                 /* Remember Link Status         */
                                                                        /* Get The New Status          */
……
    return  (iRet);                                                     /*  MII_ERROR orMII_OK         */
}

2.3.2 API_MiiLibInit函數(shù)實(shí)現(xiàn)

API_MiiLibInit函數(shù)初始化組件庫(kù)。大致為創(chuàng)建信號(hào)量，定時(shí)器，并開(kāi)啟定時(shí)器，檢測(cè)鏈接能力。（__miiPhyMonitor函數(shù)主要讀取PHY芯片狀態(tài)，更新?tīng)顟B(tài)信息）。

如程序清單 3.3所示。

程序清單 3.3 API_MiiLibInit函數(shù)實(shí)現(xiàn)

INTAPI_MiiLibInit (VOID)
{
 ……
    _G_hMiiMSem = API_SemaphoreMCreate("mii_lock", LW_PRIO_DEF_CEILING,
                                       LW_OPTION_WAIT_PRIORITY | LW_OPTION_DELETE_SAFE |
                                       LW_OPTION_INHERIT_PRIORITY | LW_OPTION_OBJECT_GLOBAL,
                                       LW_NULL);                       /* Create MIIMutex Semaphore   */
    _G_hMiiTimer = API_TimerCreate("mii_timer", LW_OPTION_ITIMER | LW_OPTION_OBJECT_GLOBAL, LW_NULL); 
    if (_G_hMiiTimer == 0) {                                            /* Create mii timer             */
        return  (MII_ERROR);
    }
……
    if (API_TimerStart(_G_hMiiTimer,                                    /* Start Phy Monitor            */
                      (MII_LINK_CHK_DELAY * LW_TICK_HZ),
                      LW_OPTION_AUTO_RESTART,
                      (PTIMER_CALLBACK_ROUTINE)__miiPhyMonitor,
                      LW_NULL)) {
        API_SemaphoreMDelete(&_G_hMiiMSem);
        return  (MII_ERROR);
    }
……
    return  (MII_OK);
}

2.3.3 API_MiiPhyScan函數(shù)實(shí)現(xiàn)

API_MiiPhyScan函數(shù)自動(dòng)查找PHY設(shè)備。大致為從0-32對(duì)所有PHY設(shè)備地址進(jìn)行查找，若存在設(shè)備，測(cè)試PHY是否有效。

如程序清單 3.4所示。

程序清單 3.4 API_MiiPhyScan函數(shù)實(shí)現(xiàn)

INTAPI_MiiPhyScan (PHY_DEV *pPhyDev)
{
……
    for (i = 0; i < MII_MAX_PHY_NUM; i++, pPhyDev->PHY_ucPhyAddr++) {
        iRet = API_MiiPhyProbe(pPhyDev);
        if (iRet != MII_OK) {
            continue;
        }
        if (API_MiiPhyDiagnostic(pPhyDev) != MII_OK) {
            return  (MII_ERROR);
        }
        return  (MII_OK);                                               /* Found aValid PHY            */
    }
    return  (MII_PHY_NULL);
}

2.3.4 API_MiiPhyProbe，API_MiiPhyDiagnostic函數(shù)實(shí)現(xiàn)

API_MiiPhyProbe函數(shù)檢測(cè)PHY設(shè)備是否存在，大致為讀取PHY寄存器ID，進(jìn)行匹配，返回是否成功。如程序清單 3.5所示。

程序清單 3.5     API_MiiPhyProbe函數(shù)實(shí)現(xiàn)

INTAPI_MiiPhyProbe (PHY_DEV *pPhyDev)
{
……
    if (MII_READ(pPhyDev, MII_PHY_ID1_REG, &usID1) == MII_ERROR) {
        return  (MII_ERROR);
    }
    if (MII_READ(pPhyDev, MII_PHY_ID2_REG, &usID2) == MII_ERROR) {
        return  (MII_ERROR);
    }
    uiPhyID = usID1 | (usID2 << 16);
    if ((pPhyDev->PHY_uiPhyID & pPhyDev->PHY_uiPhyIDMask) !=
                     (uiPhyID & pPhyDev->PHY_uiPhyIDMask)) {
        return  (MII_PHY_NULL);                                         /* phyId不匹配                  */
    }
    return  (MII_OK);                                                  /* phyId匹配                    */
}

API_MiiPhyDiagnostic函數(shù)測(cè)試PHY是否有效，具體為復(fù)位PHY是否成功，檢測(cè)PHY是否處于物理隔離狀態(tài)。如程序清單 3.6所示。

程序清單 3.6 API_MiiPhyDiagnostic函數(shù)實(shí)現(xiàn)

INTAPI_MiiPhyDiagnostic (PHY_DEV *pPhyDev)
{
……
    iRet = MII_WRITE(pPhyDev, ucRegAddr, usData);                      /* Reset thePHY                */
    if (iRet != MII_OK) {
        return  (MII_ERROR);
    }
    for (i = 0; i < pPhyDev->PHY_uiTryMax; i++) {
        API_TimeMSleep(pPhyDev->PHY_uiLinkDelay);
        if (MII_READ(pPhyDev, ucRegAddr, &usData) == MII_ERROR) {
            return  (MII_ERROR);
        }
}
……
    usData = MII_CTRL_NORM_EN;                                          /* re-enable the chip           */
    if (MII_WRITE(pPhyDev, ucRegAddr, usData) == MII_ERROR) {
        return  (MII_ERROR);
    }
    for (i = 0; i < pPhyDev->PHY_uiTryMax; i++) {
        API_TimeMSleep(pPhyDev->PHY_uiLinkDelay);
        if (MII_READ(pPhyDev, ucRegAddr, &usData) == MII_ERROR) {
            return  (MII_ERROR);
        }
    return  (MII_OK);
}

2.3.5 API_MiiPhyLinkSet函數(shù)實(shí)現(xiàn)

API_MiiPhyLinkSet函數(shù)設(shè)置PHY鏈接模式。如程序清單 3.7所示。

程序清單 3.7 API_MiiPhyLinkSet函數(shù)實(shí)現(xiàn)

INTAPI_MiiPhyLinkSet (PHY_DEV *pPhyDev)
{
……
    if (__miiAbilFlagUpdate(pPhyDev) == MII_ERROR) {
        return  (MII_ERROR);
    }
……
    iRet = API_MiiPhyModeSet(pPhyDev);
……
    return  (MII_OK);
}

API_MiiPhyModeSet函數(shù)根據(jù)參數(shù)選擇自動(dòng)協(xié)商/手動(dòng)設(shè)置。

如程序清單 3.8所示。

程序清單 3.8 API_MiiPhyModeSet函數(shù)實(shí)現(xiàn)

INTAPI_MiiPhyModeSet (PHY_DEV *pPhyDev)
{
    if (pPhyDev->PHY_uiPhyFlags & MII_PHY_AUTO) {                      /* AutoNegotiationenabled      */
       if (__miiAutoNegotiate(pPhyDev) == MII_OK) {
           return   (MII_OK);
       }
    } else {                                                           /* 未開(kāi)啟自動(dòng)協(xié)商功能           */
        if (__miiModeForce(pPhyDev) == MII_OK) {
            if (__miiFlagsHandle(pPhyDev) == MII_OK) {                 /* handlesome flags            */
                return  (MII_OK);
            }
        }
    }
    return  (MII_ERROR);
}

__miiAutoNegotiate函數(shù)進(jìn)行自動(dòng)協(xié)商并檢查協(xié)商是否成功。__miiBasicCheck用于檢查是否link up/remote fault。如程序清單 3.9所示。

程序清單 3.9 __miiAutoNegotiate函數(shù)實(shí)現(xiàn)

staticINT__miiAutoNegotiate (PHY_DEV *pPhyDev)
{
……
    /*
     * start theauto-negotiation process: return
     * only in caseof fatal error.
     */
   iRet = __miiAutoNegStart(pPhyDev);
……
    /* check the negotiation was successful */
    if (!(pPhyDev->PHY_uiPhyFlags & MII_PHY_NWAIT_STAT)) {
        if (__miiAnCheck(pPhyDev) == MII_OK) {
            return  (MII_OK);
        }
    }
    
    return  (MII_ERROR);
}

__miiAutoNegStart函數(shù)開(kāi)始自動(dòng)協(xié)商。具體為開(kāi)始自動(dòng)協(xié)商并根據(jù)傳入?yún)?shù)選擇等待自動(dòng)協(xié)商結(jié)束/立即返回。如程序清單 3.10所示。

程序清單 3.10 __miiAutoNegStart函數(shù)實(shí)現(xiàn)

staticINT__miiAutoNegStart (PHY_DEV *pPhyDev)
{
……
    /*
     * restart the auto-negotiation process
     */
    ucRegAddr = MII_CTRL_REG;
    usData    = (MII_CTRL_RESTART | MII_CTRL_AUTO_EN);
    if (MII_WRITE(pPhyDev, ucRegAddr, usData) != MII_OK) {
        return  (MII_ERROR);
    }
    /*
     * let's check the PHY status forcompletion
     */
    if (!(pPhyDev->PHY_uiPhyFlags & MII_PHY_NWAIT_STAT)) {
        ucRegAddr = MII_STAT_REG;
        do {                                                           /* spin until it is done        */
            API_TimeMSleep(pPhyDev->PHY_uiLinkDelay);
            if (i++ == pPhyDev->PHY_uiTryMax)
                break;
            if (MII_READ(pPhyDev, ucRegAddr, &usPhyStatus) != MII_OK) {
                return  (MII_ERROR);
            }
        } while ((usPhyStatus & MII_SR_AUTO_NEG) != MII_SR_AUTO_NEG);
……
    return  (MII_OK);
}

2.3.6 __miiModeForce函數(shù)實(shí)現(xiàn)

__miiModeForce函數(shù)根據(jù)傳入?yún)?shù)，設(shè)成指定鏈接模式（若多個(gè)參數(shù)，指定最高鏈接模式）。如程序清單 3.11所示。

程序清單 3.11 __miiModeForce函數(shù)實(shí)現(xiàn)

staticINT__miiModeForce (PHY_DEV *pPhyDev)
{
……                                                                    /* 100Mb/s full                 */
    if (MII_PHY_FLAGS_JUDGE(MII_PHY_100) && MII_PHY_FLAGS_JUDGE(MII_PHY_FD)) {
        usData = MII_CTRL_NORM_EN;
        usData |= MII_CTRL_100;
        usData |= MII_CTRL_FDX;
        __miiForceAttempt(pPhyDev, usData);
        MII_PHY_ABILITY_FLAGS_SET(MII_PHY_100 | MII_PHY_FD);
        return  (MII_OK);
    }
……
    return  (MII_ERROR);
}

__miiForceAttempt函數(shù)設(shè)成指定鏈接模式，并檢查PHY狀態(tài)。__miiBasicCheck函數(shù)用于檢查PHY狀態(tài)是否正確。如程序清單 3.12所示。

程序清單 3.12 __miiForceAttempt函數(shù)實(shí)現(xiàn)

staticINT__miiForceAttempt (PHY_DEV *pPhyDev, UINT16  usData)
{ 
    if (MII_WRITE(pPhyDev, MII_CTRL_REG, usData) != MII_OK) {
        return  (MII_ERROR);
    }
    if (__miiBasicCheck(pPhyDev) != MII_OK) {
        return  (MII_ERROR);
    }
    return  (MII_OK);
}

2.3.7 __miiPhyMonitor函數(shù)實(shí)現(xiàn)

__miiPhyMonitor函數(shù)持續(xù)監(jiān)測(cè)PHY狀態(tài)。具體為每隔一段時(shí)間檢測(cè)PHY鏈接狀態(tài)并更新?tīng)顟B(tài)信息，當(dāng)檢測(cè)到為失去鏈接時(shí)調(diào)用PHYF_pfuncLinkDown函數(shù)（實(shí)際為之前的miiLinkStatus函數(shù)）。如程序清單 3.13所示。

程序清單 3.13 __miiPhyMonitor函數(shù)實(shí)現(xiàn)

staticINT__miiPhyMonitor (VOID)
{
……
            iRet = MII_READ(pPhyDev, MII_STAT_REG, &usPhyStatus);
            if (iRet == MII_ERROR) {
                goto    __mii_monitor_exit;
            }
            /*
             * is the PHY's status linkchanged?
             */
            if ((pPhyDev->PHY_usPhyStatus & MII_SR_LINK_STATUS) !=
                (usPhyStatus & MII_SR_LINK_STATUS)) {
                if (usPhyStatus & MII_SR_LINK_STATUS) {
                    if (pPhyDev->PHY_uiPhyFlags & MII_PHY_AUTO) {
                        __miiAbilFlagUpdate(pPhyDev);
                        __miiPhyUpdate(pPhyDev);
                    } else {
                        __miiFlagsHandle(pPhyDev);
                    }
                }
                if (pPhyDev->PHY_pPhyDrvFunc->PHYF_pfuncLinkDown != LW_NULL) {
                    API_NetJobAdd((VOIDFUNCPTR)(pPhyDev->PHY_pPhyDrvFunc->PHYF_pfuncLinkDown),
                                  (PVOID)(pPhyDev->PHY_pvMacDrv), 0, 0, 0, 0,0);
                    pPhyDev->PHY_usPhyStatus = usPhyStatus;
                }
……
    return  (iRet);
}

2.4 實(shí)際運(yùn)用

__phyInit函數(shù)為在實(shí)際網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)中編寫(xiě)的PHY芯片初始化驅(qū)動(dòng)程序。具體為調(diào)用miiDrvInit函數(shù)寫(xiě)入?yún)?shù)，調(diào)用API_MiiPhyInit函數(shù)進(jìn)行PHY芯片初始化。

如程序清單 3.14所示。

程序清單 3.14 __phyInit函數(shù)實(shí)現(xiàn)

staticINT__phyInit (struct netdev  *pNetDev)
{
……
    pEnet    = &_G_enetInfo;
    pnetdev = &pEnet->ENET_netdev;
    pmiidrv = miiDrvInit();
    if (!pmiidrv) {
        return  (PX_ERROR);
    }
    pEnet->ENET_miidrv = pmiidrv;
    pmiidrv->MIID_enet = pEnet;
    pnetdev->priv      = (PVOID)pEnet;
    iRet = API_MiiPhyInit(&(pEnet->ENET_miidrv->MIID_phydev));
    if (iRet == MII_OK) {
        pEnet->ENET_iMiiInit = 1;
    }
    return  (ERROR_NONE);
}

miiDrvInit函數(shù)將API_MiiPhyInit中需要用的參數(shù)進(jìn)行傳參。封裝MAC對(duì)PHY的讀寫(xiě)函數(shù)，指定工作模式。如程序清單 3.15所示。

程序清單 3.15 miiDrvInit函數(shù)實(shí)現(xiàn)

MII_DRV  *miiDrvInit (VOID)
{
……
    pmiidrv->MIID_phydev.PHY_pPhyDrvFunc->PHYF_pfuncWrite = (FUNCPTR)miiPhyWrite;
    pmiidrv->MIID_phydev.PHY_pPhyDrvFunc->PHYF_pfuncRead = (FUNCPTR)miiPhyRead;
    pmiidrv->MIID_phydev.PHY_pPhyDrvFunc->PHYF_pfuncLinkDown = (FUNCPTR)miiLinkStatus;
    pmiidrv->MIID_phydev.PHY_pvMacDrv       = pmiidrv;
    pmiidrv->MIID_phydev.PHY_ucPhyAddr      = ENET_PHYADDR;
    pmiidrv->MIID_phydev.PHY_uiPhyID        = FEC_ENET_PHYID;
    pmiidrv->MIID_phydev.PHY_uiPhyIDMask    =0x00000000;               /*  同系列芯片不同信號(hào)識(shí)別    */
    pmiidrv->MIID_phydev.PHY_uiTryMax       = 100;
    pmiidrv->MIID_phydev.PHY_uiLinkDelay    = 100;                      /*  延時(shí)100毫秒自動(dòng)協(xié)商過(guò)程   */
    pmiidrv->MIID_phydev.PHY_uiPhyFlags     = MII_PHY_AUTO |            /*  自動(dòng)協(xié)商標(biāo)志              */
                                              MII_PHY_FD   |            /*  全雙工模式                */
                                              MII_PHY_100  |            /*  100Mbit                   */
                                              MII_PHY_10   |            /*  10Mbit                    */
                                              MII_PHY_HD   |            /*  半雙工模式                */
                                              MII_PHY_MONITOR;          /*  啟用自動(dòng)監(jiān)視功能          */
    return  (pmiidrv);
}