Marvell交换芯片介绍之MII、MDIO

该芯片作为PHY和SERDES使用

MII 是一个标准接口，用于连接 MAC 和 PHY。MII 是 IEEE-802.3 定义的以太网标准， MII 接口可以同时控制多个 PHY。

MII包含两个接口：

1.一个数据接口，用户 MAC 和 PHY 之间收发 Ethernet 数据
2.一个管理接口，这个管理接口通常称为 MDIO，MIIM 或者 SMI。
　  这个接口用于 MAC 从 PHY 读取相关管理寄存器的值，或者往 PHY 管理寄存器上写入数据。

 

MDIO

MDIO 也被称为 MIIM，或者 SMI，它是 IEEE802.3 定义标准 MII 接口的一部分，用于 MAC 配置 PHY。MDIO 具有两个信号线，分别如下：

1. MDC 时钟线：MDIO 的时钟信号，由 MAC 驱动 PHY

2. MDIO 数据线：双向数据线，用于在 MAC 和 PHY 之间传输配置信息

MDIO 总线只支持 MAC 作为主设备，PHY 作为从设备。MIDO 支持两种时序，分别为 Clause 22 和 Clause 45.

MDIO接口最初是由IEEE RFC802.3中的22号条款定义的，在最初的定义中，一个单独的MDIO接口可以访问32个不同的PHY设备中的32个寄存器，这些寄存器提供状态和控制信息，例如：连接状态、传输速度能力、当前选择的传速、低压消耗时的下电情况、全双工还是半双工、自动协商、错误提示以及反馈信息等等。

为了满足10G以太网设备的普及发展，在IEEE 802.3ae 的45号条款中为MDIO接口提供了额外的规范：

1）能够通过32个端口访问32个不同设备的65536个寄存器；

2）为访问10G以太网提供额外的OP码和ST码，从而可以直接访问寄存器地址；

3）端到端的报错信号；

4）环回模式控制；

5）低压电气标准。

22号条款

22号条款的MDIO通信的帧格式定义如下：

45号条款

为了弥补22号的条款中定义的缺陷，45号条款中增添了对低压设备的支持，最低可到1.2V，同时扩充了帧格式，能够访问更多的设备和寄存器。

45号MDIO通信帧格式如下：

第45号条款的主要变化是如何访问寄存器。在第22中，一个单独的帧指定要读或写的地址和数据，同时完成了这些工作。45号中改变这种范式，第一个地址帧发送到指定的MMD和寄存器，然后发送第二帧来执行读或写。

工作模式

该芯片有两种寻址模式：单芯片寻址和多芯片寻址。

多芯片寻址
　　对于多芯片寻址，需要给芯片设置一个非零的SMI地址（ADDR[4:0]的反码）。在多芯片寻址模式下，仅有两个寄存器（0x00:SMI Command Register 0x01:SMI Data Register）能够使用，内部各PORT的寄存器均由这两个寄存器间接访问。

通过向SMI Command Register的[9:5]写入内部SMI设备地址，[4:0]写入内部SMI寄存器地址来访问各个Port的内部寄存器，[11:10]决定决前是写入还是读出操作。

通过向SMI Data Register的[15:0]位写入或读取SMI Command Register设定的寄存器内容。

单芯片寻址
　　对于单芯片寻址，其SMI地址为0x00（针对整个芯片），即ADDR[4:0]=0x1F。

在单芯片寻址模式下，每个Port都有各自的SMI地址（针对内部每个Port），Port0-Port9对应的SMI地址分别为0x0-0x9（直接访问），port10对应0xA。

若Port0、1、2等接有外部PHY，则必须使用以下SMI地址，0x00对应Port0，0x01对应Port1，这样PPU才能自动的轮询各个PHY获取各自的连接状况，速度，双工情况，流控状态等信息，这些外部PHY需要使用Global2 offset 0x18、0x19进行访问。对于Port3a、Port4的内部PHY地址映射为0x03、0x04；Port9、Port10的内部SERDES映射为0x9、0xa，同样的，也是需要使用Global2 offset 0x18、0x19进行访问。

Global2 寄存器的 Offset24，25 寄存器
前文提到，两个非常重要的寄存器，即Global2 offset 0x18、0x19寄存器，在单芯片寻址模式下PHY和SERDES寄存器的访问都必须通过这两个寄存器间接访问。

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

bit[12]指定了帧协议是22号时序还是45号时序。22号协议下，与多芯片存储能够访问的Command Register寄存器一样，[9:5]写入SMI设备地址，[4:0]写入SMI寄存器地址来访问各个Port的内部寄存器，[11:10]决定当前是写入还是读出操作。45号协议，[9:5]指定port，[4:0]指定设备类别。

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

与SMI Data Register相同，通过[15:0]位写入或读取SMI Command Register设定的寄存器内容。

在45号协议下，第一个地址帧发送到指定的MMD和寄存器，我们要把PHY Command Reg中的[11:10]置为0x00=write Address register，即在第一个帧中的最后16位数据中，指定要操作的寄存器的地址。随后在第二个数据帧中，要把PHY Command Reg中的[11:10]置为0x01=write data register，即第二个帧中的最后16位写入的是数据。

Uboot 中访问 MDIO (SMI/MIIM)

项目开发中，经常要在 uboot 阶段通过 MDIO 总线去配置 PHY 或者 SWITCH。

更多指令

示例：

6390x config

**配置端口10**
//0xa:P10  
//0x34a:
//      bit[3:0]-0xa-接口配置模式-SGMII
//        bit[6]  -0x1-EEE(Energy Efficient Ethernet)Enabled
//        bit[9:8]-0x3 = 10Gb or 2500Mbps
miiwrite 0xa 0 0x34a

**配置端口5** 
//p5        p177  p355
//addr:0x1c  
//regi:0x19  SMI Data register
//regi:0x18  SMI Command register
//在45号条款中
//第一个地址帧发送到指定的MMD和寄存器，然后发送第二帧来执行读或写。

miiwrite 0x1c 0x19 0x2000   //将数据0x2000写到PHY data寄存器0x19中
miiwrite 0x1c 0x18 0x82a4    //将数据0x82a4写到PHY Command寄存器中
//0x82a4 
//bit[15]:0x1——此位在首次操作SMI时，要置为1，并且在操作SMI完毕之后会自动清零
//bit[14:13]:0x0——内部访问-用于访问包含在这个设备中的内部PHYs和/或serde。
//bit[12]:0x0——SMI MODE——Generate IEEE 802.3 Clause 45 SMI frames
//bit[11:10]:0x0—— Write Address Register
//bit[9:5]:写入SMI设备地址-0x15——Port 10 Lane 1 = Port 5 & its registers are accessed at SMI address 0x15
//bit[4:0]:device class(clause 45)
//第一个地址帧的后16位为Addr,即data register中的数据0x2000

miiwrite 0x1c 0x19 0x8140    //将数据0x8140写到PHY data寄存器0x19中
miiwrite 0x1c 0x18 0x86a4    //将数据0x86a4写到PHY Command寄存器中
////bit[11:10]:0x01—— Write data Register
//第二个帧，后16位为要写入的数据，即data register中的数据0x8140
编辑：黄飞