最新以太网PHY寄存器分析Word格式文档下载.docx

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表1PHY管理寄存器集

Registeraddress

Registername

Basic/Extended

MIIGMII

Control

B

1

Status

2,3

PHYIdentifier

E

4

Auto-NegotiationAdvertisement

5

Auto-NegotiationLinkPartnerBasePageAbility

6

Auto-NegotiationExpansion

7

Auto-NegotiationNextPageTransmit

8

Auto-NegotiationLinkPartnerReceivedNextPage

9

MASTER-SLAVEControlRegister

10

MASTER-SLAVEStatusRegister

11through14

Reserved

15

ExtendedStatus

16through31

VendorSpecific

1.1ControlRegister

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2ControlRegister

Bit（s）

Name

Description

R/Wa

0.15

Reset

1=PHYreset

0=normaloperation

R/WSC

0.14

Loopback

1=enableloopbackmode

0=disableloopbackmode

R/W

0.13

SpeedSelection（LSB）

0.60.13

11=Reserved

10=1000Mb/s

01=100Mb/s

00=10Mb/s

0.12

Auto-NegotiationEnable

1=EnableAuto-NegotiationProcess

0=DisableAuto-NegotiationProcess

0.11

PowerDown

1=powerdown

0=normaloperation

0.10

Isolate

1=electricallyIsolatePHYfromMIIorGMII

0.9

RestartAuto-Negotiation

1=RestartAuto-NegotiationProcess

0.8

DuplexMode

1=FullDuplex

0=HalfDuplex

0.7

CollisionTest

1=enableCOLsignaltest

0=disableCOLsignaltest

0.6

SpeedSelection（MSB）

0.5:

0

Writeas0,ignoreonRead

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（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。

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。

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。

Auto-NegotiationEnable：

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。

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AN结果来定。

对DuplexMode的修改配置也需要复位端口才能生效。

CollisionTest：

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。

1.2Statusregister

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3Statusregister

R/Wa

1.15

100BASE-T4

1=PHYabletoperform100BASE-T4

0=PHYnotabletoperform100BASE-T4

RO

1.14

100BASE-XFullDuplex

1=PHYabletoperformfullduplex100BASE-X

0=PHYnotabletoperformfullduplex100BASE-X

1.13

100BASE-XHalfDuplex

1=PHYabletoperformhalfduplex100BASE-X

0=PHYnotabletoperformhalfduplex100BASE-X

1.12

10Mb/sFullDuplex

1=PHYabletooperateat10Mb/sinfullduplexmode

0=PHYnotabletooperateat10Mb/sinfullduplexmode

1.11

10Mb/sHalfDuplex

1=PHYabletooperateat10Mb/sinhalfduplexmode

0=PHYnotabletooperateat10Mb/sinhalfduplexmode

1.1

100BASE-T2FullDuplex

1=PHYabletoperformfullduplex100BASE-T2

0=PHYnotabletoperformfullduplex100BASE-T2

1.9

100BASE-T2HalfDuplex

1=PHYabletoperformhalfduplex100BASE-T2

0=PHYnotabletoperformhalfduplex100BASE-T2

1.8

1=ExtendedstatusinformationinRegister15

0=NoextendedstatusinformationinRegister15

1.7

ignorewhenread

1.6

MFPreambleSuppression

1=PHYwillacceptmanagementframeswithpreamblesuppressed.

0=PHYwillnotacceptmanagementframeswithpreamblesuppressed.

1.5

Auto-NegotiationComplete

1=Auto-Negotiationprocesscompleted

0=Auto-Negotiationprocessnotcompleted

1.4

RemoteFault

1=remotefaultconditiondetected

0=noremotefaultconditiondetected

RO/LH

1.3

Auto-NegotiationAbility

1=PHYisabletoperformAuto-Negotiation

0=PHYisnotabletoperformAuto-Negotiation

1.2

LinkStatus

1=linkisup

0=linkisdown

RO/LL

JabberDetect

1=jabberconditiondetected

0=nojabberconditiondetected

ExtendedCapability

1=extendedregistercapabilities

0=basicregistersetcapabilitiesonly

Auto-NegotiationComplete：

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ANEnable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。

RemoteFault：

远端错误指示位。

Bit4=1代表连接对端（LinkPartner）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，RemoteFault是一个重要的指示信息，通过互联双方的RemoteFault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。

LinkStatus：

Link状态指示位。

Bit2=1代表端口Linkup，0则代表端口Linkdown。

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LinkScan，而Marvell叫做PHYPolling。

）如前所述，在ANEnable的情况下，LinkStatus的信息只有在Auto-NegotiationComplete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Linkdown，并且端口也不能转发帧。

读取S3760的PHY寄存器，发现LinkStatus=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Linkdown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-NegotiationComplete状态指示寄存器，发现Auto-NegotiationComplete=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ANEnable，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的端口也配置为ANDisable的强制状态，端口即可以正常LinkUp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，PHYPolling查询PHY状态时，如果端口为ANEnable，则一定要等待Auto-NegotiationComplete=1，才认为PHY的Linkstatus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Linkstatus就已经置1了呢？

原来3760的PHY有一个配置，1000BASE-XANBypass功能，PHY如果在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-XANBypass功能来建立Link之后却没有将Auto-NegotiationComplete位置1，和MAC的PHYPolling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ParallelDetect功能，可以让一个ANEnable的端口和一个ANDisable的端口建立Link，但是PHY通过ParallelDetect建立Link其Auto-NegotiationComplete位是置1的。

）至此，解决的办法就是关闭PHY的1000BASE-XANBypass功能，故障就解决了。

JabberDetect：

Jabber检测指示位。

IEEE802.3对Jabber的解释是“Aconditionwhereinastationtransmitsforaperiodoftimelongerthanthemaximumpermissiblepacketlength,usuallyduetoafaultcondition”。

这一位指示的是LinkPartner发送的时间超过了规定的最大长度。

值得注意的是，JabberDetect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。

1.3PHYIdentifierRegister

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-NegotiationAdvertisementRegister

寄存器4是自动协商的能力通告寄存器，在ANEnable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