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一、前言
實際項目開發(fā)中，由于設(shè)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(gòu)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(fù)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(chǔ)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(shè)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(shè)備稱作STA，從設(shè)備稱作MDI，一個主設(shè)備可以對多個從設(shè)備進(jìn)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(dǎo)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(zhǔn)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(yīng) 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(biāo)準(zhǔn)。
1、引腳
其中與mdio相關(guān)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(shè)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(shè)備樹可知，
- 我們創(chuàng)建了1個獨(dú)立的mdio設(shè)備節(jié)點，當(dāng)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(jī)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(shè)置Speed_Selection位為01，同時自動協(xié)商為Autoneg_En要禁用，即設(shè)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：
