PHY配置_MDIO接口协议设计

本文详细介绍了MAC与PHY芯片在千兆以太网中的通信协议,包括读写阶段的过程。重点讨论了MDIO协议的时序设计,特别是inout端口在通信中的作用和实现。通过理解MDC时钟的上升沿与下降沿数据传输的原理,以及inout端口的状态控制,能够成功配置PHY芯片。同时,文中还提到了三段式状态机在设计中的应用,并展示了仿真模型及结果。

一.基本知识

  千兆以太网通过MAC和PHY芯片通信,MAC端可由FPGA实现,而PHY是物理芯片,只需要配置其工作模式,速率等等参数,便可正常运行。在前面的千兆以太网收发模块中我们并没有考虑配置PHY芯片,因为它在默认状态下也可以正常工作。本次设计主要学习如何配置PHY芯片。

①通信协议

  理解:协议分为读和写两种情况。可以看到两种情况都会有前导码等内容,一开始我的疑惑是写的时候为什么还要由mac端来发送前导码,不是应该由phy发送整个帧让mac端来接收并提取出data吗?(这是学了千兆以太网的惯性思维,千兆以太网就是一端发一端收),理清疑惑:mdio区别于千兆以太网这种两个端都能封装发送帧的通信模式,phy端只能读取或者写入phy内部寄存器,不能封装发送帧。

通信过程:

Ⅰ.写阶段:mac端依次发送前导码,开始位,读写标志位,phy芯片地址,寄存器地址,TA转向位(固定),要写入寄存器的数据等通信协议的内容,把数据写入phy内部寄存器。

Ⅱ.读阶段:mac端仍然发送前导码,开始位,读写标志位,phy芯片地址,寄存器地址,TA转向位(转向),此时mac输出变为高阻态,由phy芯片读取寄存器数据并输出。

可以看到,mdio数据信道在读阶段,可由mac端驱动,也可由phy芯片端驱动,之前的想法是这需要两条数据线,但其实一条就够了,在两端把数据接口设置为inout类型,就可以实现一个接口分时实现输入输出数据,便可实现本次通信协议的要求。(前面不理解是不知道或者忘了有inout口)。

②接口读写时序

虽然给定的引用中未提及 MDIO_PHY_0_mdio_io 与 MDIO_PHY_0_mdc 在网口控制时的作用,但可基于一般的 MDIO 接口知识进行说明。 MDIO(Management Data Input/Output)是用于管理以太网 PHY 设备的接口,MDIO 接口通常包含两个信号:MDIO 和 MDC。推测 MDIO_PHY_0_mdio_io 对应 MDIO 信号,MDIO_PHY_0_mdc 对应 MDC 信号。 MDIO 是双向信号,用于在主设备(如以太网控制器)和从设备(PHY 芯片)之间传输管理数据。主设备通过 MDIOPHY 芯片发送命令和数据,PHY 芯片也通过 MDIO 向主设备返回状态信息和数据。由于 MDIO 为双向接口,在 PHY 芯片外部需要连接上拉电阻,且 1 个 MDIO 接口可以同时连接多个 PHY 芯片,最多可连接 32 个,这是因为 MDIO 协议中 PHY 芯片地址的位宽为 5bit [^1]。 MDC 是时钟信号,为主设备和 PHY 芯片之间的数据传输提供同步时钟。主设备在 MDC 的时钟脉冲控制下,按照一定的时序将数据发送到 MDIO 线上,PHY 芯片也在 MDC 时钟的控制下接收和发送数据。 在网口控制中,主设备通过 MDIO 和 MDC 信号对 PHY 芯片进行配置和状态读取。例如,主设备可以通过 MDIO 和 MDC 信号设置 PHY 芯片的工作模式(如 10Mbps、100Mbps 或 1000Mbps)、自动协商功能等,也可以读取 PHY 芯片的状态寄存器,获取网络连接状态、链路速度等信息。 ```python # 以下为简单示意代码,非完整可运行代码 # 模拟设置 PHY 芯片工作模式 def set_phy_mode(mdio_io, mdc, mode): # 根据模式值生成相应的配置数据 config_data = generate_config_data(mode) # 通过 MDIO 和 MDC 发送配置数据 send_data_over_mdio(mdio_io, mdc, config_data) # 模拟读取 PHY 芯片状态 def read_phy_status(mdio_io, mdc): # 通过 MDIO 和 MDC 发送读取状态命令 status_data = receive_data_over_mdio(mdio_io, mdc) return status_data ```
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