以太网PHY寄存器分析.docx

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 Control Register 21.2 Status register 51.3 PHY Identifier Register 81.4 Auto-Negotiation Advertisement Register 81.5 Auto-Negotiation Link Partner Base Page Ability Register 91.6 Auto-Negotiation Expansion Register 101.7 AN next page Register/AN Link Partner Received Next Page 101.8 MASTER-SLAVE Control Register 101.9 MASTER-SLAVE Status Register 121.10 Extended Status Register 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 162.5 Auto-Crossover 配置 172.6 MDI 信号边沿速率调整 182.7 错误指示寄存器 18201、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（station management entity, 管理实体，一般为 MAC 或 CPU）通过 SMI （Serial Manage Interface）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 1 PHY 管理寄存器集Basic/ExtendedRegister addressRegister nameMIIGMII0ControlBB1StatusBB2,3PHY IdentifierEE4Auto-NegotiationAdvertisementEE5Auto-Negotiation Link Partner Base Page AbilityEE6Auto-Negotiation ExpansionEE7Auto-Negotiation Next PageTransmitEE89Auto-Negotiation Link Partner Received Next Page MASTER-SLAVE Control RegisterMASTER-SLAVE StatusEEEE10RegisterEE11 through 14ReservedEE15Extended StatusReservedB16 through 31Vendor SpecificEE1.1 Control Register寄存器0是PHY控制寄存器，通过Control Register可以对PHY的主要工 作状态进行设置。

Control Register的每一位完成的功能见表2表 2 Control RegisterBit(s)NameDescriptionR/Wa0.15Reset1 = PHY resetR/W0 = normal operationSC0.14Loopback1 = enable loopback mode 0 = disable loopback mode 0.6 0.131 1 = ReservedR/W0.13Speed Selection (LSB)1 0 = 1000 Mb/s0 1 = 100 Mb/s0 0 = 10 Mb/sR/W0.12Auto-Negotiation Enable1 = Enable Auto-Negotiation Process 0 = Disable Auto-Negotiation ProcessR/W0.11Power Down1 = power down0 = normal operation1 = electrically Isolate PHY from MII orR/W0.10IsolateGMIIR/W0.9Restart Auto-Negotiation0 = normal operation1 = Restart Auto-Negotiation ProcessR/W0 = normal operationSC0.8Duplex Mode1 = Full Duplex 0 = Half DuplexR/W0.7Collision Test1 = enable COL signal test 0 = disable COL signal test 0.6 0.131 1 = ReservedR/W0.6Speed Selection (MSB)1 0 = 1000 Mb/s0 1 = 100 Mb/s0 0 = 10 Mb/sR/W0.5:0ReservedWrite as 0, ignore on ReadR/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 Link down 了，MAC无法向该端口发帧，这时就需要通过设置端口 Force Link up 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0 Loopback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的相关设计来解决问题了SSE1145 Loopback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Speed Selection： 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Speed Selection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 Speed Selection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-Negotiation Enable:自动协商（AN）开关设置为1表示打开AN功 能，端口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 Control Register 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Power Down：端口工作开关设置为1将使端口进入Power Down模式， 正常情况下 PHY 在 Power Down 模式其 MII 和 MDI 均不会对外发送数据 Power Down 模式一般在软件 shut down 端口的时候使用，需要注意的是端口从 Power Down 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。