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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21.1 ControlRegister21.2 Statusregister51.3 PHYIdentifierRegister81.4 Auto-NegotiationAdvertisementRegister81.5 Auto-NegotiationLinkPartnerBasePageAbilityRegister91.6 Auto-NegotiationExpansionRegister101.7 ANnextpageRegister/ANLinkPartnerReceivedNextPage101.8 MA
2、STER-SLAVEControlRegister101.9 MASTER-SLAVEStatusRegister121.10 ExtendedStatusRegister132、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162.5 Auto-Crossover配置172.6 MDI信号边沿速率调整182.7 错误指示寄存器18#1、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（SerialMa
3、nageInterface）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。Registeraddress表1PHY管理寄存器集Basic/ExtendedRegisternameMIIGMII0Contr
4、olBB1StatusBB2,3PHYIdentifierEE4Auto-NegotiationAdvertisementEE5Auto-NegotiationLinkPartnerBasePageAbilityEE6Auto-NegotiationExpansionEE7Auto-NegotiationNextPageTransmitEE89Auto-NegotiationLinkPartnerReceivedNextPageMASTER-SLAVEControlRegisterMASTER-SLAVEStatusEEEE10RegisterEE11through14ReservedEE15
5、ExtendedStatusReservedB16through31VendorSpecificEE1.1ControlRegister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2ControlRegisterBit(s)NameDescriptionR/Wa0.15Reset1=PHYresetR/W0=normaloperationSC0.14Loopback1=enableloopbackmode0=disableloopbackmode0.60.1311=ReservedR
6、/W0.13SpeedSelection(LSB)10=1000Mb/s01=100Mb/s00=10Mb/sR/W0.12Auto-NegotiationEnable1=EnableAuto-NegotiationProcess0=DisableAuto-NegotiationProcessR/W0.11PowerDown1=powerdown0=normaloperation1=electricallyIsolatePHYfromMIIorR/W0.10IsolateGMIIR/W0.9RestartAuto-Negotiation0=normaloperation1=RestartAut
7、o-NegotiationProcessR/W0=normaloperationSC0.8DuplexMode1=FullDuplex0=HalfDuplexR/W0.7CollisionTest1=enableCOLsignaltest0=disableCOLsignaltest0.60.1311=ReservedR/W0.6SpeedSelection(MSB)10=1000Mb/s01=100Mb/s00=10Mb/sR/W0.5:0ReservedWriteas0,ignoreonReadR/WReset：Bitl5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
8、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L
9、oopback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。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Loopb
10、ack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
11、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的相关设计来解决问题了。SSE1145Loopback示意图要进一步更精确的定位问题，我们还可以去查询MAC芯片是否有类似
12、的端口Loopback功能，如果有则在MAC内部也做一下Loopback观察是否有CRC；如果没有，可以将MAC和PHY的RGMII接口断开，将MAC的RGMII发送和接收通道自己连接起来，将PHY的RGMII发送和接收通道自己连接起来，分别做砸帧测试观察有没有CRC，这样就可以进一步的缩小范围。不过这个S3760的案例有其特殊性，98EX126没有端口的Loopback功能，而MAC的RGMII发送信号直接连接到PHY,中间没有电阻，而且两者都是BGA封装，这两个实验都没办法进行。因此故障排查中需要检查的范围就比较广一点了。但是从中我们我们可以看出，Loopback操作在故障定位中可以起到将
13、各个功能模块隔离定位的作用，虽然这些模块在物理上是集成在一个芯片中的。这种分割隔离的思想在故障定位中是非常重要的。SpeedSelection：Bit13和Bit6两位联合实现对端口的速率控制功能，具体的对应关系祥见表2。需要注意的是SpeedSelection只有在自动协商关闭的情况下才起作用，如果自动协商设置为Enable状态，则该设置不起作用；并且，对SpeedSelection的修改设置，往往需要复位端口才能配置生效。因此在设置该位置的时候需要检查自动协商的设置并通过Bit15复位端口。一Auto-NegotiationEnable:自动协商（AN）开关。设置为1表示打开AN功能，端口
14、的工作模式通过和连接对端进行AN来确定。如果设置为0则AN功能关系，端口的工作模式通过ControlRegister相应位置的配置决定。必须注意的是，对于1000BASE-T接口,自动协商必须打开。PowerDown:端口工作开关。设置为1将使端口进入PowerDown模式，正常情况下PHY在PowerDown模式其MII和MDI均不会对外发送数据。PowerDown模式一般在软件shutdown端口的时候使用，需要注意的是端口从PowerDown模式恢复，需要复位端口以保证端口可靠的连接。Isolate:隔离状态开关。改位置1将导致PHY和MII接口之间处于电气隔离状态，除了MDC/MDIO
15、接口的信号外，其他MII引脚处于高阻态。IEEE802.3没有对Isolate时MDI接口的状态进行规范，此时MDI端可能还在正常运行。Isolate在实际应用中并没有用到。并且，值得注意的是，由于目前很多百兆的PHY芯片其MAC接口主流的都是SMII/S3MII，8个端口的接口是相互关联的，一个端口设置Isolate可能会影响其他端口的正常使用，因此在使用中注意不要随意更改bit1O的状态。RestartAuto-Negotiation:重新启动自动协商开关。Bit9置1将重新启动端口的自动协商进程，当然前提是Auto-NegotiationEnable是使能的。一般在修改端口的自动协商能力信息之后通过Bit9置1重新启动自动协商来使端口按照新的配置建立link。DuplexMode：双工模式设置。Bit8置1端口设置为全双工，置0则端设置为半双工，和SpeedSelection的设置一样，DuplexMode的设置只有在自动协商关闭的情况下才起作用，如果自动协商设置为Enable状态，则该设置不起作用，端口的双工模式根据A
