[Linux] 从YT8531SH出发看Linux网络PHY驱动

原创于 2025-09-15 21:54:45 发布 · 1.5k 阅读

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#linux #网络 #嵌入式 #驱动 #ethernet-phy #设备树

从YT8531SH出发看Linux网络PHY驱动

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从YT8531SH出发看Linux网络PHY驱动

引言

在嵌入式Linux系统中，网络功能是不可或缺的核心能力。一个完整的网络子系统由MAC控制器和PHY芯片组成，其中PHY（物理层接口）负责数模转换、链路协商等底层物理信号处理。本文将以Motorcomm YT8531SH PHY芯片的驱动为例，深入剖析Linux网络PHY驱动的框架结构、加载机制及设备树配置。

一、Linux网络驱动架构概述

Linux网络子系统采用分层设计架构：

MAC驱动：控制网络核心控制器，通常集成在SoC中，负责DMA、数据帧处理
PHY驱动：控制物理层收发器芯片，通过MDIO总线与MAC通信
MDIO总线：简单的两线串行接口（MDC和MDIO），用于MAC访问PHY寄存器

二、PHY驱动核心结构：phy_driver

Linux内核通过struct phy_driver抽象PHY驱动，YT8531SH驱动定义如下：

static struct phy_driver motorcomm_phy_drvs[] = {
    {
        .phy_id = PHY_ID_YT8531,           // 芯片标识符
        .phy_id_mask = PHY_ID_YT_MASK,     // 标识符掩码
        .name = "YT8531 Gigabit Ethernet", // 驱动名称
        .features = PHY_GBIT_FEATURES,     // 支持的功能特性
        .probe = &yt8531_probe,            // 设备探测函数
        .config_init = &yt8531_config_init, // 初始化配置
        .suspend = &genphy_suspend,        // 电源管理-挂起
        .resume = &genphy_resume,          // 电源管理-恢复
        .get_wol = &ytphy_get_wol,         // 获取WoL设置
        .set_wol = &yt8531_set_wol,        // 设置WoL设置
        .link_change_notify = &yt8531_link_change_notify, // 链路变化通知
    },
    // ... 其他型号支持
};

关键回调函数解析：

probe函数：设备初始化时调用，进行硬件检测和私有数据结构设置
config_init函数：PHY初始化配置，包括：
- RGMII时序调整（解决PCB布线时序问题）
- 驱动强度配置（优化信号完整性）
- 时钟输出配置
电源管理函数：处理系统休眠/唤醒时的电源状态管理
WoL函数：实现网络唤醒功能配置
link_change_notify：链路状态变化回调，用于动态调整配置

三、PHY驱动加载全流程

PHY驱动的加载是一个从内核到硬件逐层初始化的过程，其完整流程如下：

阶段一：基础设施初始化

MDIO总线注册：内核启动时，MDIO总线控制器驱动首先初始化，注册mdio_bus_type总线结构。
驱动注册：PHY驱动模块通过module_phy_driver(motorcomm_phy_drvs)宏注册到内核，实质是调用phy_driver_register函数。
导出设备表：MODULE_DEVICE_TABLE(mdio, motorcomm_tbl)创建模块别名信息，供depmod工具生成modules.alias文件，实现模块自动加载。

阶段二：设备探测与匹配

硬件探测：MDIO总线控制器驱动扫描总线上所有可能地址（0-31）。
读取PHY ID：读取每个地址的MII_PHYSID1和MII_PHYSID2寄存器，识别有效PHY设备。
总线匹配：mdio_bus_match函数遍历已注册的phy_driver，计算phy_id = (PHYID1 << 16 | PHYID2)并与驱动标识符比较。
匹配算法：(phy_id & phy_driver->phy_id_mask) == (phy_driver->phy_id & phy_driver->phy_id_mask)

阶段三：驱动绑定与初始化

创建设备并绑定驱动：匹配成功后创建phy_device结构体，与驱动绑定。
执行probe函数：调用驱动特定的probe函数（如yt8531_probe），完成硬件初始化。

阶段四：网络子系统集成

MAC驱动连接PHY：MAC驱动从设备树解析phy-handle属性，通过of_phy_connect函数查找并连接PHY设备。
PHY初始化和启动：调用.config_init和.config_aneg函数，启动自动协商。
链路就绪：自动协商完成后，链路状态变为UP，网络子系统准备就绪。

四、YT8531SH设备树配置详解

基于驱动代码分析，YT8531SH的完整设备树配置如下：

&mdio0 {
    status = "okay";

    yt8531_phy: ethernet-phy@0 {
        compatible = "motorcomm,yt8531", "ethernet-phy-ieee802.3-c22";
        reg = <0>;  /* PHY地址，根据硬件连接确定 */

        /* 时钟输出配置 */
        motorcomm,clk-out-frequency-hz = <125000000>; /* 125MHz输出 */

        /* RGMII时序调整 - 接收延迟 */
        rx-internal-delay-ps = <1950>; /* 默认值1.95ns */

        /* RGMII时序调整 - 发送延迟 */
        tx-internal-delay-ps = <1950>; /* 默认值1.95ns */

        /* 驱动强度配置 */
        motorcomm,rx-clk-drv-microamp = <3970>; /* RX时钟驱动电流 */
        motorcomm,rx-data-drv-microamp = <3970>; /* RX数据驱动电流 */

        /* 电源管理配置 */
        motorcomm,auto-sleep-disabled; /* 禁用自动睡眠 */
        motorcomm,keep-pll-enabled; /* 保持PLL始终启用 */

        /* TX时钟调整配置(特定于JH7110 SoC) */
        motorcomm,tx-clk-adj-enabled; /* 启用TX时钟调整 */
        motorcomm,tx-clk-10-inverted; /* 10M速度下反转TX时钟 */
        motorcomm,tx-clk-100-inverted; /* 100M速度下反转TX时钟 */
        motorcomm,tx-clk-1000-inverted; /* 1000M速度下反转TX时钟 */

        /* 中断支持(如果连接了中断线) */
        interrupt-parent = <&gpio0>;
        interrupts = <12 IRQ_TYPE_EDGE_FALLING>;

        /* 复位配置(可选) */
        reset-gpios = <&gpio0 10 GPIO_ACTIVE_LOW>;
        reset-assert-us = <1000>; /* 复位断言时间1ms */
        reset-deassert-us = <2000>; /* 复位解除时间2ms */
    };
};

&eth0 {
    status = "okay";
    phy-handle = <&yt8531_phy>;
    phy-mode = "rgmii-id"; /* 接口模式，根据硬件连接确定 */
};

配置选项详解：

时钟输出配置：驱动通过motorcomm,clk-out-frequency-hz属性配置PHY的时钟输出功能，在yt8531_probe函数中读取并配置YTPHY_SYNCE_CFG_REG寄存器。
RGMII时序调整：rx-internal-delay-ps和tx-internal-delay-ps属性解决PCB布线时序问题，由ytphy_rgmii_clk_delay_config函数处理。
驱动强度配置：motorcomm,rx-clk-drv-microamp和motorcomm,rx-data-drv-microamp属性优化信号完整性，通过yt8531_set_ds函数配置。
电源管理配置：motorcomm,auto-sleep-disabled和motorcomm,keep-pll-enabled属性控制节能特性。
TX时钟调整：特定于JH7110 SoC的时序适配功能，由yt8531_link_change_notify函数动态调整。