2.5G PHY芯片master和slave的协议控制流程

在 **2.5GBASE-T** 链路建立过程中，**master 和 slave 设备**之间需要通过一套完整的协议交互流程来协商能力、时钟角色、信号训练，并最终完成链路激活。该过程融合了 **Clause 73（Auto-Negotiation）** 与 **Clause 126（2.5GBASE-T）** 的规范。下面是详细的交互说明：

 

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## 🧭 总体流程图（主从角色下的链路建立）

 

```plaintext

┌────────────┐                    ┌────────────┐

│  Master    │                    │  Slave     │

└────┬───────┘                    └────┬───────┘

     │ 1. 启动自协商 (Clause 73)        │

     │───────────────────────────►│

     │◄───────────────────────────│

     │ 2. 双方交换能力信息             │

     │  - 支持 2.5GBASE-T            │

     │  - Master/Slave 能力位       │

     │                             │

     │ 3. Master/Slave 决策          │

     │  - 根据优先级/能力确定主从     │

     │                             │

     │ 4. 进入 PMA Training 阶段      │

     │───────────────────────────►│

     │◄───────────────────────────│

     │  - 发送训练信号               │

     │  - 接收端调节均衡器参数       │

     │  - 完成信号对齐               │

     │                             │

     │ 5. 建立 FEC / PCS 链接         │

     │                             │

     │ 6. Link up, ready            │

```

 

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## 🔧 协议阶段详解

 

### ✅ 1. **Clause 73 Auto-Negotiation**

 

* 基于 Clause 45 MDIO 或 SERDES 协议帧进行；

* 包含 **Ability Exchange**（能力交换） 和 **Master/Slave 角色协商**；

* 能力信息包括：

 

  * 支持速率（1000M / 2.5G / 5G）

  * 是否支持 EEE（节能以太网）

  * 是否具备 FEC 支持

  * **Master/Slave preference**（是否希望担任 master）

 

🔍 **Master/Slave 角色协商规则**：

 

* 双方发出 **Ability** 帧（带 master 优先级字段）；

* 数值小者为 Master，大者为 Slave；

* 如果一样，则用随机数打破对称。

 

> **主设备提供时钟，Slave 从主设备接收恢复时钟**。

 

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### ✅ 2. **PMA Training（Clause 126.5）**

 

链路角色确认后进入 **信号训练阶段**，核心为：

 

* **发送训练信号（Training Pattern）**；

* **对接收链路进行采样、均衡调试**；

* **动态调节前加重、接收 EQ**；

* 确认链路可用性与眼图质量。

 

🔍 该阶段会触发如下行为：

 

* Slave 使用 Master 时钟恢复信号；

* 双方发出 PAM-16 或 DSQ128 调制的固定模式；

* 通过内置比较器与测量电路检测信号质量；

* 成功后写入寄存器，告知“Training Complete”。

 

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### ✅ 3. **FEC 和 PCS 同步**

 

在物理层训练完成后：

 

* 启用 LDPC 或 Firecode FEC（前向纠错）；

* 同步 64b/66b 或 128b PCS 编码；

* 建立 Frame Lock；

* 完成数据层链路激活。

 

链路稳定之后会设置以下位：

 

* MMD 3, Reg 0x0011（PMA Status 2）：Bit 2（Training done）

* MMD 1, Reg 0x0001（Basic Status）：Bit 2（Link Status）

* 可选：MMD 3, Reg 0x0020（PMA Loopback / Debug）

 

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## ⚙️ 协议交互中用到的重要寄存器（Clause 45）

 

| 操作              | MMD 地址 | 寄存器        | 含义                                 |

| --------------- | ------ | ---------- | ---------------------------------- |

| 启用 Auto-Neg     | Dev 7  | Reg 0x0000 | Bit 12                             |

| 设置 Ability      | Dev 7  | Reg 0x0010 | Bit 7 (2.5G)                       |

| Master/Slave 能力 | Dev 7  | Reg 0x0020 | Bit 11 (MS\_CFG), Bit 12 (MS\_MAN) |

| 读取 Training 状态  | Dev 3  | Reg 0x0011 | Bit 2（PMA Training Done）           |

| Link Status     | Dev 1  | Reg 0x0001 | Bit 2                              |

 

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## 🧪 举个例子：如何判断主从角色？

 

某 PHY 的主从协商能力寄存器（MMD 7，Reg 0x0020）如下：

 

* Bit 12：Manual Master/Slave Enable

* Bit 11：Configure as Master（1 = Master）

* Bit 8–0：Priority（越小越优先）

 

Master/Slave 决定算法：

 

1. 如果两端都手动设置 → 强制决定；

2. 如果一端手动设置，另一端自动协商 → 手动设置生效；

3. 如果都自动 → 比较 Priority，低者胜；

 

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## 🔄 Link Training 状态迁移图（简化）

 

```plaintext

[START] 

   ↓

[Auto-Neg Complete] 

   ↓

[PMA Training in Progress] 

   ↓ (Training Succeed)

[PMA Training Complete] 

   ↓ (PCS Align Done)

[LINK UP]

```

 

可用定时器 + 状态轮询方式实现驱动中的训练监控。

 

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## 💡 提示：裸机驱动要做什么？

 

你不需要控制主从协商本身（大部分 PHY 自动完成），但你应该：

 

1. **配置 Auto-Negotiation 能力寄存器**（含 2.5G 和 Master/Slave 能力）；

2. **读取 Master/Slave 结果**（如 Marvell PHY 提供）；

3. **检查 PMA Training 和 Link Status 状态位**；

4. **等待训练完成再使能 MAC 接口**。

 

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## 📘 总结

 

| 阶段               | 内容           | 是否自动       |

| ---------------- | ------------ | ---------- |

| Auto-Negotiation | 协商速率和主从角色    | 自动（PHY 内部） |

| PMA Training     | 链路信号训练       | 自动（PHY 内部） |

| 主从选择             | 通过优先级字段自动协商  | 自动，但可强制    |

| 状态检查             | PMA状态/Link状态 | 手动读取寄存器    |

 

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如你告诉我使用的具体 PHY 型号（例如 RTL8221B、YT8521、88E1512 等），我可以进一步列出它具体寄存器的 Master/Slave 协商方式、判断方式及链路状态判断逻辑。

 

是否需要？