PHY以太网寄存器解析Word文件下载.docx

1、Register address Register name Basic/ExtendedMII GMII Control B 1Status 2,3PHY Identifier E 4Auto-Negotiation Advertisement 5Auto-Negotiation Link Partner Base Page Ability 6Auto-Negotiation Expansion 7Auto-Negotiation Next Page Transmit 8Auto-Negotiation Link Partner Received Next Page 9MASTER-SLAV

2、E Control Register 10MASTER-SLAVE Status Register11 through 14Reserved 15Extended Status 16 through 31Vendor Specific 1.1 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） Name Description R/Wa0.15Reset 1 = PHY reset 0 = normal o

3、peration R/W SC 0.14Loopback 1 = enable loopback mode 0 = disable loopback mode R/W 0.13Speed Selection （LSB） 0.6 0.13 1 1 = Reserved 1 0 = 1000 Mb/s 0 1 = 100 Mb/s 0 0 = 10 Mb/s 0.12Auto-Negotiation Enable 1 = Enable Auto-Negotiation Process 0 = Disable Auto-Negotiation Process 0.11Power Down 1 = p

4、ower down0 = normal operation0.10Isolate 1 = electrically Isolate PHY from MII or GMII 0.9Restart Auto-Negotiation 1 = Restart Auto-Negotiation Process 0.8Duplex Mode 1 = Full Duplex 0 = Half Duplex 0.7Collision Test 1 = enable COL signal test 0 = disable COL signal test 0.6Speed Selection （MSB） 0.5

5、:0 Write as 0, ignore on Read Reset：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（

6、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

7、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

8、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

9、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。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

10、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

11、设置并通过Bit15复位端口。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

12、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bit10的状态。Restart Auto-Negotiation ：重新启

13、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-Negotiation Enable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。Duplex Mode：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Speed Selection的设置一样，Duplex Mode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AN结果来定。对Duplex Mode的修改配置也需要复位端口才能生效。Collision Test：冲

14、突信号（COL）测试开关。在需要对COL信号进行测试时，可以通过Bit7置1，这时PHY将输出一个COL脉冲以供测试。实际测试操作中也可以将端口配置为半双工状态，通过发帧冲突来测试COL信号，因此该配置实用价值不大。1.2 Status register寄存器1是PHY状态寄存器，主要包含PHY的状态信息，大多数bit的值都是由芯片厂家确定的，每一个bit的功能在表3种已有详细说明。其中指示PHY所具有的工作模式能力的寄存器不再多讲，值得注意的有以下几位。表3 Status registerR/Wa 1.15100BASE-T4 1 = PHY able to perform 100BASE-

15、T4 0 = PHY not able to perform 100BASE-T4 RO 1.14100BASE-X Full Duplex 1 = PHY able to perform full duplex 100BASE-X 0 = PHY not able to perform full duplex 100BASE-X 1.13100BASE-X Half Duplex 1 = PHY able to perform half duplex 100BASE-X 0 = PHY not able to perform half duplex 100BASE-X 1.1210 Mb/s

16、 Full Duplex 1 = PHY able to operate at 10 Mb/s in full duplex mode 0 = PHY not able to operate at 10 Mb/s in full duplex mode 1.1110 Mb/s Half Duplex 1 = PHY able to operate at 10 Mb/s in half duplex mode 0 = PHY not able to operate at 10 Mb/s in half duplex mode 1.1100BASE-T2 Full Duplex 1 = PHY a

17、ble to perform full duplex 100BASE-T2 0 = PHY not able to perform full duplex 100BASE-T2 1.9100BASE-T2 Half Duplex 1 = PHY able to perform half duplex 100BASE-T2 0 = PHY not able to perform half duplex 100BASE-T2 1.81 = Extended status information in Register 15 0 = No extended status information in

18、 Register 15 1.7ignore when read 1.6MF Preamble Suppression 1 = PHY will accept management frames with preamble suppressed. 0 = PHY will not accept management frames with preamble suppressed. 1.5Auto-Negotiation Complete 1 = Auto-Negotiation process completed 0 = Auto-Negotiation process not complet

19、ed 1.4Remote Fault 1 = remote fault condition detected 0 = no remote fault condition detected RO/ LH 1.3Auto-Negotiation Ability 1 = PHY is able to perform Auto-Negotiation 0 = PHY is not able to perform Auto-Negotiation 1.2Link Status 1 = link is up 0 = link is down RO/ LL Jabber Detect 1 = jabber

20、condition detected 0 = no jabber condition detected Extended Capability 1 = extended register capabilities 0 = basic register set capabilities only Auto-Negotiation Complete：AN完成状态指示位。Bit5指示的是端口AN进程是否完成的状态位。在AN Enable的情况下，Bit5=1表示自动协商进程已经成功结束，此时PHY的其他和Link状态相关的寄存器才是正确可靠的。如果AN进程没有完成，则这些状态信息可能是错误的。在调试

21、以及异常故障处理时，可以通过该位寄存器的状态判断AN是否成功，从而进一步的检查AN相关的设置是否正确，或者芯片的AN功能是否正常等。Remote Fault：远端错误指示位。Bit4=1代表连接对端（Link Partner）出错，至于出错的具体类型以及错误检测机制在规范中并没有定义，由PHY的制造商自由发挥，一般的厂商都会在其他的寄存器（Register16-31由厂商自行定义）指示比较详细的错误类型。在与端口相关的故障查证中，Remote Fault是一个重要的指示信息，通过互联双方的Remote Fault信息（可能要加上其他的具体错误指示），可以帮助定位故障原因。Link Status

22、：Link状态指示位。Bit2=1代表端口Link up，0则代表端口Link down。实际应用中一般都是通过Bit2来判断端口的状态。而且，一般的MAC芯片也是通过轮询PHY的这个寄存器值来判断端口的Link状态的（这个过程可能有不同的名称，比如BCM叫做Link Scan，而Marvell叫做PHY Polling。）如前所述，在AN Enable的情况下，Link Status的信息只有在Auto-Negotiation Complete指示已经完成的情况下才是正确可靠的，否则有可能出错。曾经有发现过一个故障，我司S3760的SFP端口和Cisco设备互联，发现端口Link指示灯已经点

23、亮，但是软件显示的端口状态却是Link down，并且端口也不能转发帧。读取S3760的PHY寄存器，发现Link Status=1，而读MAC的状态寄存器，发现其Link状态位为0，软件就是据此判断端口为Link down的。可以看出，故障的直接原因是MAC和PHY的Link状态不一致。但是为什么MAC和PHY状态不一致呢？读取Auto-Negotiation Complete状态指示寄存器，发现Auto-Negotiation Complete=0，显然自动协商没有完成。检查互联双方的端口配置，我司S3760的配置为AN Enable，而Cisco设备AN是Disable的。这样的配置显然

24、自动协商不可能完成，将我司S3760的端口也配置为AN Disable的强制状态，端口即可以正常Link Up和转发帧了。同时据此信息向芯片制造商方面咨询，对方的答复是，PHY Polling查询PHY状态时，如果端口为AN Enable，则一定要等待Auto-Negotiation Complete=1，才认为PHY的Link status有效。这就可以解释为什么MAC和PHY的Link状态不一样了。但是，为什么PHY的在AN尚未完成的时候Link status就已经置1了呢？原来3760的PHY有一个配置，1000BASE-X AN Bypass功能，PHY如果在AN过程中没有收到对方的A

25、N信息，则可以跳过AN进程，通过检测Serdes接口上的信号来建立Link。这本来是一个很好的特色功能，可是由于PHY通过1000BASE-X AN Bypass功能来建立Link之后却没有将Auto-Negotiation Complete位置1，和MAC的PHY Polling进程矛盾了，导致MAC和PHY的Link状态不一致。（大家可以实际尝试一下，电口的自动协商同时还定义了一个Parallel Detect功能，可以让一个AN Enable的端口和一个AN Disable的端口建立Link，但是PHY通过Parallel Detect建立Link其Auto-Negotiation Co

26、mplete位是置1的。）至此，解决的办法就是关闭PHY的1000BASE-X AN Bypass功能，故障就解决了。Jabber Detect：Jabber 检测指示位。IEEE802.3对Jabber的解释是“A condition wherein a station transmits for a period of time longer than the maximum permissible packet length, usually due to a fault condition”。这一位指示的是Link Partner发送的时间超过了规定的最大长度。值得注意的是，Jabbe

27、r Detect只有在10BASE-T模式下才有意义，100和1000M模式是没有定义Jabber这一功能的。1.3 PHY Identifier Register寄存器2和3存放PHY芯片的型号代码，由芯片制造商自行定义，实际应用中软件通过读取这两个寄存器的内容可以识别PHY的型号和版本，这些内容都是只读寄存器，对PHY的功能没有影响，也不反映PHY的工作状态，实用价值不大。1.4 Auto-Negotiation Advertisement Register寄存器4是自动协商的能力通告寄存器，在AN Enable的前提下（见寄存器0），端口根据该寄存器的相关配置将自动协商信息通过FLP在MDI上进行通告。当AN配置为Disable状态的时候，寄存器4的配置将不起作用，端口的工作模式由控制寄存器中的配置决定。寄存器4的详细定义对电口和光口PHY上有不同的定义，其中电口PHY的具体说明如表4A。每个bit的功能已有详细描述，无需赘述。表4A Auto-Neg