了解与MDIO/MDC接口相关的22号、45号条款
时间：2023-02-28 06:00:00
MDIO接口
SMI：串行管理接口（Serial Management Interface），也被称作MII管理接口（MII Management Interface），包括MDC和MDIO两条信号线。MDIO是用来对PHY操作管理接口，如芯片。
MDIO的历史
MDIO是Management Data Input/Output 缩写有两条线，分别是双向的MDIO和单向的MDC，用于管理以太网设备中上层的物理层。管理这些的原因PHY芯片，因为它是对的PHY访问和修改各种芯片寄存器。
MDIO接口最初是由的IEEE RFC802.3中的22号条款在最初的定义中，单独定义MDIO可访问32个不同的接口PHY设备中的32个寄存器提供状态和控制信息，如连接状态、传输速度能力、当前选择的传输速度、低压消耗、全双或半双工、自动协商、错误提示和反馈信息等。
为了满足10G以太网设备的普及发展，在IEEE 802.3ae 的45号条款中为MDIO界面提供了额外的规范：
1)65536个寄存器可通过32个端口访问32个不同设备；
2）为访问10G以太网提供额外的OP码和ST可直接访问寄存器地址；
3)端到端报错信号；
4)环回模式控制；
5)低压电气标准。
MDIO数据传输协议
22号条款
| Frame | Preamble (32bits) | Start (2bits) | OP Code (2bits) | PHYAD (5bits) | REGAD (5bits) | Turn Around (2bits) | Data (16bits) | Idle |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Read | 1...1 | 01 | 10 | A4...A0 | R4...R0 | Z0 | D15...D0 | Z* |
| Write | 1...1 | 01 | 01 | A4...A0 | R4...R0 | 10 | D15...D0 | Z* |
上图中*此时表示高阻态MDIO一个外部的1.5KΩ电阻决定。
Preamble Start：32bits前导码和2bit的开始位。
OP Code：2bits操作码，读10，写01。
PHYAD：5bits的PHY地址，一般PHY地址从0开始顺序编号，如6口switch中PHY地址为0-5。
REGAD：5bits寄存器地址，即读写寄存器。
Turn Around：2bits的TA，在阅读命令中，MDIO在此时由MAC驱动改为PHY驱动，等待一个时钟周期来发送数据。不需要写命令MDIO如果方向发生变化，只需等待两个时钟周期准备写入数据。
Data：16bits数据，在读命令中，PHY读取芯片的对应性PHYAD的REGAD写下寄存器的数据Data在写命令中，MAC写入对应PHYAD的REGAD寄存器的值写入Data中。
Idle：此时的空闲状态MDIO无源驱动，处于高电阻状态，但通常使用上拉电阻使其处于高电平。
帧格式中PHY寄存器的地址和地址都是5bit，这就限制了STA可连接的MMD数量。另外，22号条款只支持5V没有其他低压选项的设备。
45号条款
| Frame | Preamble (32bits) | Start (2bits) | OP Code (2bits) | PHYAD (5bits) | DEVAD (5bits) | Turn Around (2bits) | Data (16bits) | Idle |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Address | 1...1 | 00 | 00 | PPPPP | EEEEE | 10 | A15...A0 | Z* |
| Write | 1...1 | 00 | 01 | PPPPP | EEEEE | 10 | D15...D0 | Z* |
| Read | 1...1 | 00 | 11 | PPPPP | EEEEE | Z0 | D15...D0 | Z* |
| Read Inc. | 1...1 | 00 | 10 | PPPPP | EEEEE | Z0 | D15...D0 | Z* |
上图中*此时表示高阻态MDIO一个外部的1.5KΩ电阻决定。
Preamble Start：32bits前导码和2bit开始。帧开始标志， 为了区别CL22，Clause45 比特00的开始标志。
OP Code：操作码，Clause45有四种操作代码。比特00表示设置当前寄存器地址，比特01表示写当前寄存器。比特10表示读取当前寄存器，比特11表示读取当前寄存器后，将当前寄存器值加1，用于顺序读取。
PRTAD：Port Address，端口地址， 又称物理地址。
DEVAD：器件地址，CL45新概念，各值与设备对应如下。
| Value | Device |
|---|---|
| 00000 | Reserved |
| 00001 | PMD/PMA |
| 00010 | WIS |
| 00011 | PCS |
| 00100 | PHY XS |
| 00101 | DTE XS |
| ------ | ------------------ |
REGAD：用来选MMD65536个寄存器中某个寄存器的地址。
Turn Around：2bits的TA，在阅读命令中，MDIO在此时由MAC驱动改为PHY驱动，等待一个时钟周期来发送数据。不需要写命令MDIO如果方向发生变化，只需等待两个时钟周期准备写入数据。
Data：16帧寄存器的数据域bits，若为读操作，则为MMD送到STA如果数据是写作操作，则为STA送到MMD数据。
Idle：
第45号条款的主要变化是如何访问寄存器。在第22中，一个单独的帧指定要读或写的地址和数据，同时完成了这些工作。45号中改变这种范式，第一个地址帧发送到指定的MMD和寄存器，然后发送第二帧来执行读或写。
添加这个依次循环访问的好处是45条款是向后兼容22条款的，允许设备的互操作。其次，通过创建一个框架的登记地址，地址空间从5位增加到16位，这使得STA访问65536个不同的寄存器。
为了做到这一点，在数据帧的组成部分进行了一些变化。定义了新的ST代码（00），用于标识第45号条款的数据帧。运算码扩展到指定地址帧，写帧，读帧，或读和读后增量地址帧。由于寄存器地址不再需要，这个字段被指定目标设备类型的内容代替。扩展后还允许STA接入除了PHY以外的其他设备。
读第45号条款的寄存器操作：
Write Address AAAAAAAAAAAAAAAA to Device VVVVV on Port PPPPP
Read Register From Device VVVVV on Port PPPPP
写第45号条款的寄存器操作：
Write Address AAAAAAAAAAAAAAAA to Device VVVVV on Port PPPPP
Write Register To Device VVVVV on Port PPPPP
每个操作都需要执行两个步骤。
如果STA只支持Clause22访问，但是PHY却是802.3ah PHY
802.3ah PHY 为了能支持Clause22 STA的访问。只预留的 Reg 13 和 Reg 14。STA能通过Clause22 访问Reg 13和14间接访问Clause45寄存器。
用第22号条款访问第45号条款的寄存器读操作：
Write FN = Address & EEEEE to C22 Register 13 on Port PPPPP
Write Address AAAAAAAAAAAAAAAA to C22 Register 14 on Port PPPPP
Write FN = Data & EEEEE to C22 Register 13 on Port PPPPP
Read Register From C22 Register 14 on Port PPPPP
用第22号条款访问第45号条款的寄存器写操作：
Write FN = Address & EEEEE to C22 Register 13 on Port PPPPP
Write Address AAAAAAAAAAAAAAAA to C22 Register 14 on Port PPPPP
Write FN = Data & EEEEE to C22 Register 13 on Port PPPPP
Write Register To C22 Register 14 on Port PPPPP
每个操作都需要执行四个步骤。
参考文献：
pannell_1_1102 (ieee802.org)
