如何使用gpio模擬mdio通信？

一、前言

實際項目開發(fā)中，由于設計原因，會將phy的mdio引腳連接到SoC的2個空閑gpio上，這樣就無法通過Gmac自有的架構實現(xiàn)修改phy，因此只能通過GPIO模擬的方式實現(xiàn)MDIO，好在Linux支持MDIO via GPIO功能。

該功能需要用到內(nèi)核驅(qū)動mdio-bitbang.c和mdio-gpio.c。

本例 ：

平臺：復旦微

kernel 版本：linux 4.14.55-xxxxx

phy芯片yt8521

phy連接到gmac0

mdio總線連接到：gpioc 2、portc 3

二、mdio基礎概念

1、SMI接口

SMI是MAC內(nèi)核訪問PHY寄存器接口，它由兩根線組成，雙工:

MDC(Management Data Clock)為時鐘，MDIO(Management Data Input/Output)為雙向數(shù)據(jù)通信，原理上跟I2C總線很類似，也可以通過總線訪問多個不同的phy。

MDIO協(xié)議是以太網(wǎng)標準IEEE802.3中專門用于MAC和PYH之間管理的串行接口總線，該接口主要用于MAC控制器對PYH層的狀態(tài)讀取和設置（寄存器操作）、獲取鏈路狀態(tài)，控制物理層協(xié)商等操作。

MDC/MDIO基本特性：

兩線制 ? ?：MDC（時鐘線）和MDIO（數(shù)據(jù)線）。分主從設備。

時鐘頻率：2.5MHz

通信方式：總線制，可同時接入的PHY數(shù)量為32個通過SMI接口，MAC芯片主動的輪詢PHY層芯片，獲得狀態(tài)信息，并發(fā)出命令信息。

其中主設備稱作STA，從設備稱作MDI，一個主設備可以對多個從設備進行命令讀寫操作。

三、mdio協(xié)議波形

1、MDIO接口數(shù)據(jù)幀

在IEEE802.3協(xié)議中，把MDIO接口數(shù)據(jù)幀分為兩種，一種是Clause22，另一種是Clause45。

前者主要用于百兆千兆以太網(wǎng)，后者用于千兆以上的以太網(wǎng)。

2、Clause22

MDIO 接口的讀寫通信協(xié)議如下圖所示：

CLAUSE22 數(shù)據(jù)幀協(xié)議

Preamble：

32 位前導碼，由 MAC 端發(fā)送 32 位邏輯“1”，用于同步 PHY 芯片。

ST（Start of Frame）：

2 位幀開始信號，用 01 表示。

OP（Operation Code）：

2 位操作碼，讀：10 寫：01。

PHYAD（PHY Address）：

5 位 PHY 地址，用于表示與哪個 PHY 芯片通信，因此一個 MAC 上可以連 接多個 PHY 芯片。

REGAD（Register Address）：

5 位寄存器地址，可以表示共 32 位寄存器。

TA（Turnaround）：

2 位轉(zhuǎn)向，

在讀命令中，MDIO 在此時由 MAC 驅(qū)動改為 PHY 驅(qū)動，在第一個 TA 位，MDIO 引腳為高阻狀態(tài)，第二個 TA 位，PHY 將 MDIO 引腳拉低，準備發(fā)送數(shù)據(jù)；

在寫命令中，不需 要 MDIO 方向發(fā)生變化，MAC 固定輸出 2’b10，隨后開始寫入數(shù)據(jù)。

DATA：

16 位數(shù)據(jù)，在讀命令中，PHY 芯片將讀到的對應 PHYAD 的 REGAD 寄存器的數(shù)據(jù)寫到 DATA 中；在寫命令中，PHY 芯片將接收到的 DATA 寫入 REGAD 寄存器中。需要注意的是，在 DATA 傳 輸?shù)倪^程中，高位在前，低位在后。

IDLE：

空閑狀態(tài)，此時 MDIO 為無源驅(qū)動，處于高阻狀態(tài)，但一般用上拉電阻使其上拉至高電平。

波形舉例

向phy：3 寄存器0x00?寫入?數(shù)據(jù)0x4140

3、Clause45

四、YT8521

YT8521S是一款高度集成的以太網(wǎng)收發(fā)器，符合10BASE-Te、100BASE-TX和1000BASE-T IEEE 802.3標準。

1、引腳

其中與mdio相關引腳：

14??MDC?????????Management?Data?Clock
15??MDIO????????Input/Output?of?Management?Data.
??????Pull?up?3.3V/2.5V/1.8V?for?3.3V/2.5V/1.8V?I/O?respectively

2、模塊圖

3、MDIO協(xié)議時序-[重要]

下面YT8521的SMI時序圖：

上升沿讀數(shù)據(jù)，下降沿寫數(shù)據(jù)

五、驅(qū)動移植

1、驅(qū)動文件及移植

mdio-gpio.c
mdio-bitbang.c

在這里插入圖片描述

勾選 下面幾項：

??│?│???????????????????<*>???Bitbanged?MDIO?buses????????????????????????????????????????????│?│??
??│?│???????????????????<*>???GPIO?controlled?MDIO?bus?multiplexers???????????????????????????│?│??
??│?│???????????????????<*>???MMIO?device-controlled?MDIO?bus?multiplexers????????????????????│?│??

2、移植設備樹

?aliases?{
????…………
?????mdio-gpio0?=?&mdio0;
?};
?
?mdio0:?mdio?{
?????compatible?=?"virtual,mdio-gpio";
?????gpios?=?<&portc?2?0?>,<&portc?3?0>;???????????????????????????????????????????????
?????#address-cells?=?<1>;
?????#size-cells?=?<0>;
???
?????phy0:?ethernet-phy@7?{
?????????reg?=?<0x7>;
?????????yt,phy-delay?=?<0xfc>;
?????????phy-connection-type?=?"rgmii-id";
?????};
?};
?&gmac0?{
??status?=?"okay";
??phy-handle?=?<&phy0>;
?};

由設備樹可知，

我們創(chuàng)建了1個獨立的mdio設備節(jié)點，當用命令mdio修改phy時，就會根據(jù)gmac0的phy-handle，找到mdio0節(jié)點從而調(diào)用mdio-gpio驅(qū)動模塊來配置phy：8521。

下圖，是phy直接連接到gmac0的mdio接口，mdio命令執(zhí)行的通路：

下圖是phy連接到gpio口，mdio命令執(zhí)行的通路：

3、查看log

開機有以下log，說明驅(qū)動 移植成功：

#?dmesg?|?grep?MDIO
[????3.257270]?libphy:?GPIO?Bitbanged?MDIO:?probed
[????3.274202]?libphy:?Fixed?MDIO?Bus:?probed

#?cd?/sys/class/mdio_bus/
#?ls
fixed-0???gpio-0????stmmac-0??stmmac-1
#?cd?gpio-0/
#?ls
device?????gpio-0:03??of_node????power??????subsystem??uevent
#?cd?gpio-0:03/
#?ls
attached_dev????phy_has_fixups??power
driver??????????phy_id??????????subsystem
of_node?????????phy_interface???uevent

4、操作

修改eth0為百兆速率，則設置Speed_Selection位為01，同時自動協(xié)商為Autoneg_En要禁用，即設置該寄存器值為0x2140：

#?mdio?eth0?0x00?0x2140
?write?phy?addr:?0x3??reg:?0x0??value?:?0x2140

抓取波形如下：