以太网PHY寄存器分析

1以太网PHY寄存器分析以太网PHY寄存器分析.................................................................................................................11、以太网PHY标准寄存器分析...........................................................................................21.1ControlRegister..........................................................................................................21.2Statusregister..............................................................................................................51.3PHYIdentifierRegister...............................................................................................81.4Auto-NegotiationAdvertisementRegister..................................................................81.5Auto-NegotiationLinkPartnerBasePageAbilityRegister........................................91.6Auto-NegotiationExpansionRegister......................................................................101.7ANnextpageRegister/ANLinkPartnerReceivedNextPage.................................101.8MASTER-SLAVEControlRegister.........................................................................101.9MASTER-SLAVEStatusRegister...........................................................................121.10ExtendedStatusRegister.........................................................................................132、PHY扩展寄存器分析......................................................................................................132.1工作模式控制器....................................................................................................142.2端口驱动模式...........................................................................................................152.3预加重配置..............................................................................................................152.4自动协商降格...........................................................................................................162.5Auto-Crossover配置................................................................................................172.6MDI信号边沿速率调整..........................................................................................182.7错误指示寄存器......................................................................................................1821、以太网PHY标准寄存器分析PHY是IEEE802.3中定义的一个标准模块，STA（stationmanagemententity，管理实体，一般为MAC或CPU）通过SMI（SerialManageInterface）对PHY的行为、状态进行管理和控制，而具体管理和控制动作是通过读写PHY内部的寄存器实现的。PHY寄存器的地址空间为5位，从0到31最多可以定义32个寄存器（随着芯片功能不断增加，很多PHY芯片采用分页技术来扩展地址空间以定义更多的寄存器，在此不作讨论），IEEE802.3定义了地址为0-15这16个寄存器的功能，地址16-31的寄存器留给芯片制造商自由定义，如表1所示。以下结合实际应用，对IEEE802.3定义的寄存器各项功能进行分析。表1PHY管理寄存器集RegisteraddressRegisternameBasic/ExtendedMIIGMII0ControlBB1StatusBB2,3PHYIdentifierEE4Auto-NegotiationAdvertisementEE5Auto-NegotiationLinkPartnerBasePageAbilityEE6Auto-NegotiationExpansionEE7Auto-NegotiationNextPageTransmitEE8Auto-NegotiationLinkPartnerReceivedNextPageEE9MASTER-SLAVEControlRegisterEE10MASTER-SLAVEStatusRegisterEE11through14ReservedEE15ExtendedStatusReservedB16through31VendorSpecificEE1.1ControlRegister寄存器0是PHY控制寄存器，通过ControlRegister可以对PHY的主要工作状态进行设置。ControlRegister的每一位完成的功能见表2。表2ControlRegister3Bit(s)NameDescriptionR/Wa0.15Reset1=PHYreset0=normaloperationR/WSC0.14Loopback1=enableloopbackmode0=disableloopbackmodeR/W0.13SpeedSelection(LSB)0.60.1311=Reserved10=1000Mb/s01=100Mb/s00=10Mb/sR/W0.12Auto-NegotiationEnable1=EnableAuto-NegotiationProcess0=DisableAuto-NegotiationProcessR/W0.11PowerDown1=powerdown0=normaloperationR/W0.10Isolate1=electricallyIsolatePHYfromMIIorGMII0=normaloperationR/W0.9RestartAuto-Negotiation1=RestartAuto-NegotiationProcess0=normaloperationR/WSC0.8DuplexMode1=FullDuplex0=HalfDuplexR/W0.7CollisionTest1=enableCOLsignaltest0=disableCOLsignaltestR/W0.6SpeedSelection(MSB)0.60.1311=Reserved10=1000Mb/s01=100Mb/s00=10Mb/sR/W0.5:0ReservedWriteas0,ignoreonReadR/WReset：Bit15控制的是PHY复位功能，在该位置写入1实现对PHY的复位操作。复位后该端口PHY的其他控制、状态寄存器将恢复到默认值，每次PHY复位应该在0.5s的时间内完成，复位过程中Bit15保持为1，复位完成之后该位应该自动清零。一般要改变端口的工作模式（如速率、双工、流控或协商信息等）时，在设置完相应位置的寄存器之后，需要通过Reset位复位PHY来使配置生效。Loopback：Loopback是一个调试以及故障诊断中常用的功能，Bit14置1之后，PHY和外部MDI的连接在逻辑上将被断开，从MAC经过MII/GMII（也可能是其他的MAC/PHY接口）发送过来的数据将不会被发送到MDI上，而是在PHY内部（一般在PCS）回环到本端口的MII/GMII接收通道上，通过Loopback功能可以检查MII/GMII以及PHY接口部分是否工作正常，对于端口不通的情况可用于故障定位。需要注意的是，很多时候PHY设置Loopback后端口可能就Linkdown了，MAC无法向该端口发帧，这时就需要通过设置端口ForceLinkup才能使用Loopback功能。4案例：在S3760-12SFP/GT开发过程中，我们曾经出现过一个故障，其中有一片PHY（88E1145）对应的端口发送的帧出现CRC错误，当时这个问题的排查过程经历和很长的时间，最后得出的结论是RGMII的接口电平配置电阻焊接混料导致故障。我们姑且不去考虑这个案例实际的解决过程，在这里讨论一下如何通过Loopback功能对该问题进行定位。首先介绍一下S3760交换部分的架构，MAC芯片为98EX126，通过RGMII接口连接到PHY芯片88E1145，MAC通过PCI管理总线连接到CPU。在这个案例中，查看88E1145的资料，其Loopback操作在PCS子层完成，两个方向的Loopback，如下图所示。第一种模式，从MAC经过RGMII发送的帧到达PCS后被Loopback到RGMII的接收通道再送回给MAC（这种模式就是上面所描述的寄存器0Loopback位控制的Loopback模式），另一种模式，从MDI接收上来的帧到达PCS后被Loopback到MDI的发送通道，这种Loopback模式在IEEE802.3中并没有要求，但是目前常见的PHY都支持该功能。分别做这两种Loopback操作，可以发现第一种Loopback操作之后可以在MAC上检测到CRC错误，而第二种Loopback模式，用SMB从端口砸帧再Loopback回来没有检测到CRC错误，这样我们就可以判断故障应该在PCS以上的部分，并且，两种Loopback模式下PHY的PCS都有再工作，基本上也可以排除PCS的故障。因此可以进一步定位到故障在PHY的RGMII或者MAC上。我们就可以去检查这些部分