以太网PHY寄存器分析Word格式文档下载.docx

1、R/WSC0.13 Speed Selection （LSB）1 1 = Reserved1 0 = 1000 Mb/s0 1 = 100 Mb/s0.12 Auto-Negotiation Enable0.11 Power Down0.10 Isolate0.9 Restart Auto-Negotiation0.8 Duplex Mode0.7 Collision Test0.6 Speed Selection （MSB）0.5:0 ReservedReset：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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、。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，

7、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 En able状态，则该设置不起作用；并且，对 Speed Selectio

8、n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。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 Co ntrol 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Mil和MDI均不

9、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Mil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

10、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 Mod

11、e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 En able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

12、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表 3 Status register1 = PHY able to perform 100BASE-T41.15 100BASE-T40 = PHY not able to perform 100BASE-T41 = PHY able to perform full duplex100BASE-X Full4 *1 A100BASE-X1.14Duplex0 = PHY not able to perform full duplex1 = PHY able to perform half duplexA

13、 A QHalf Duplex0 = PHY not able to perform half duplex1 = PHY able to operate at 10 Mb/s in full10 Mb/s Full1.12duplex mode11厶 .0 = PHY not able to operate at 10 Mb/s infull duplex mode10 Mb/s Halfd d d1 = PHY able to operate at 10 Mb/s in half1 1 1 .RO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100BASE-T2Full Dup

14、lex1.8 Extended Status1.7 Reserved1.6MF PreambleSuppression1.5 Auto-Negotiation1.5Complete1.4 Remote Fault1.3Auto-NegotiationAbility1.2 Link Status0 = PHY not able to operate at 10 Mb/s in half duplex mode1 = PHY able to perform full duplex 100BASE-T21 = Extended status information in Register150 =

15、No extended status information inRegister 15ignore when read1 = PHY will accept management frames with preamble suppressed.0 = PHY will not accept management frames with preamble suppressed.1 = Auto-Negotiation process completed0 = Auto-Negotiation process not completed1 = remote fault condition det

16、ectedRO/0 = no remote fault condition detected LH1 = PHY is able to perform Auto-Negotiation0 = PHY is not able to perform RO1 = link is up RO/0 = link is down LL1.1 Jabber DetectExtended1 Capability1 = jabber condition detected RO/0 = no jabber condition detected LH1 = extended register capabilitie

17、s RO0 = basic register set capabilities onlyAuto-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 Fa

18、ul：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：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

19、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 S37

20、60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 的配置显然自动协商不可能完成，将我司 S3760的

21、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

22、 AN 过 程中没有收到对方的AN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 D

23、etect建立 Link 其 Auto-Negotiation Complete 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

24、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， Jabber Detec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。1.3PHY 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。1.4Auto-Negotiation Advertisement Register寄存器4是

25、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-Negotiation Advertisement Register（ Copper）Bit（s）Name0=Next Page ability is not supported/

26、No NP to4.15Next Pageexchange1=Next Page to exchange4.14ReservedWrite as zero, ignore on read0=dont transmit Remote Fault Information4.13Remote Fault1=transmit Remote Fault Information4.12:5Technology Ability FieldTechnologies supported by local PHY to Advertise4.4:Selector Fieldthe type of message

27、being sent by Auto-NegotiationBit12 : 5对应自动协商广播能力域（Tech no logy Ability Field ），每一位分 别对应为 A7： 0，每一位配置一种工作模式的能力。在实际应用中，如果 PHY 要支持该种工作模式则对应位置 1 ，若不支持则对应位置 0。注意到在这 8 位能 力指示域中，并没有 1000BASE-T 能力的对应配置位， 1000BASE-T 的相关配置 在寄存器 9， MASTER-SLAVE Control Register 来完成。Bit4: 0 配置自动协商的类型， 规范正在发送的自动协商信息遵从何种规范， 我们所接触的以太网PHY遵从IEEE802.3规范，Selector Field=0001，该区域不 可随意更改（很多 PHY 将此区域设计为只读寄存器，以免被修改）。BitTechnologyMinimum cabling requirementA010BASE-TTwo-pair category 3A110BASE-T full duplexA2100BASE-TXTwo-pair category 5A3100BASE-TX full duplexA4100BASE-T4Four-pair category 3A5PAUSE operation for f