PHY以太网寄存器解析(3)

9.15:13 Test mode bits Transmitter test mode operations

1=Enable MASTER-SLAVE Manual

MASTER-SLA

configuration value

9.12 VE Manual

0=Disable MASTER-SLAVE Manual

Config Enable

configuration value Default bit value is 0. 1=Configure PHY as MASTER during

MASTER-SLA

MASTER-SLAVE negotiation

9.11 VE Config

0=Configure PHY as SLAVE during

Value

MASTER-SLAVE negotiation 9.10 Port type

R/W R/W

R/W

Indicate the preference to oper-ate as MASTER (multiport device) or as SLAVE (sin-gle-port R/W device) if the bit 9.12, is not set.

1 = Advertise PHY is 1000BASE-T full duplex capable.

R/W

0 = Advertise PHY is not 1000BASE-T full duplex capable.

1 = Advertise PHY is 1000BASE-T half duplex capable.

R/W

0 = Advertise PHY is not 1000BASE-T half duplex capable.

Write as 0, ignore on read. R/W

9.9

1000BASE-T

Full Duplex

9.8

1000BASE-T Half Duplex

9.7:0 Reserved

Test mode bits：测试模式控制器。默认配置为000，代表PHY处于正常工作模式。写入其他数值则PHY进入Test模式，在不同的Test模式下PHY在MDI上发送不同类型的信号，以供我们对PHY的发送信号进行评估测试。关于测试模式的详细描述见IEEE802.3 Clause 40.6.1.1.2。

MASTER-SLAVE Manual Config Enable：MASTER-SLAVE强制配置使能位。1000BASE-T运行模式下，互连双方的工作模式必须是一端Master另一端Slave，一般情况下在AN进程中互联双方会自动协商出一端Master另一端Slave。强制的配置则在AN的时候不对MASTER-SLAVE信息进行协商，PHY根据强制的MASTER-SLAVE配置进行工作。这样带来的问题是如果互联双方的配置一样（都是MASTER或者SLAVE）则不能Link up，或者Link up之后也不能正常进行数据收发操作。因此实际应用中最好不要使用强制配置。关于MASTER和SLAVE模式的差异，详见IEEE802.3 Clause 40的相关描述。

MASTER-SLAVE Config Value：MASTER-SLAVE强制配置信息位，在bit11=1的情况下，bit12=1则PHY只能工作于Master模式，bit12=0则PHY只能工作于SLAVE模式。

Port type：端口模式控制位。Bit10控制端口在AN进程中的MASTER-SLAVE优先级，1代表MASTER优先，1代表SLAVE优先。Bit10和bit11的区别是，bit11的配置在强制情况下生效，PHY只能工做与bit11指定的工作模式，而bit10的配置在非强制配置情况下生效，仅仅控制PHY在AN时候的优先级，偏向于Maser或者Slave，但是最终的工作模式看协商的结果，不一定和优先级配置的结果一致。

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1000BASE-T Full Duplex/ Half Duplex：1000BASE-T自动协商配置信息。在1.4节中曾经说明，寄存器4的自动协商通告信息寄存器没有关于1000BASE-T的信息，1000BASE-T的自动协商通告信息由这两位进行配置，分别对应全双工和半双工两种工作模式。需要注意的是，1000BASE-T工作模式的自动协商是强制的，也就是要想端口1000BASE-T模式工作正常，自动协商是必须Enable的。否则端口可能出现异常。

思考：一个千兆端口，其寄存器0读到的值为0x0140，请问该配置是正确的还是错误的？为什么？

1.9 MASTER-SLAVE Status Register

寄存器10是1000BASE-T模式的状态寄存器，指示PHY及其Linkpartner的状态信息。详细的状态描述见表7，表格中各个状态位的具体含义说明的相当清楚了，无需赘述。需要注意的是，关于Linkpartner的信息是通过自动协商完成的，而1000BASE-T的协商信息是通过Next Page交互的，因此只有在寄存器6中确认Next Page已经收到，寄存器10的Linkpartner信息才是有效的。否则有可能是错误信息。

表7 MASTER-SLAVE Status Register

Bit Name Description Type

Configuration fault, as well as the criteria

MASTER-SLAVE

10.15 and method of fault detection, is PHY RO/LH/SC

configuration fault

specific.

1 = Local PHY configuration resolved to

MASTER-SLAVE

MASTER

10.14 configuration RO

0 = Local PHY configuration resolved to

resolution

SLAVE

Local Receiver 1 = Local Receiver OK

10.13 RO

Status 0 = Local Receiver not OK Remote Receiver 1 = Remote Receiver OK

10.12 RO

Status 0 = Remote Receiver not OK

1 = Link Partner is capable of 1000BASE-T full duplex

10.11 LP 1000T FD RO

0 = Link Partner is not capable of 1000BASE-T full duplex

1 = Link Partner is capable of 1000BASE-T half duplex

10.10 LP 1000T HD RO

0 = Link Partner is not capable of 1000BASE-T half duplex

10.9:8 Reserved Reserved RO

Bits 10.7:0 indicate the Idle Error count,

10.7:0 Idle Error Count RO/SC

where 10.7 is the most significant bit.

Local/ Remote Receiver Status：互连双方的PHY收发器状态信息。在

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1000BASE-T互联问题的故障诊断中，这是一个比较重要的定位信息，通过这个指示位，可以分别察看本地PHY和对端的PHY收发器是否正常，从而判断出问题出在哪一方身上。

Idle Error Count：Idle错误计数器。1000BASE-T Link up之后，其MDI信号不会有空闲状态。在没有数据帧发送的时候PHY会发送Idle信号。理论上说Idle信号的传输和数据信号的传输是一样的，如果Idle出错则数据往往也会出错，导致收发数据帧中出现CRC。而在出现CRC的时候我们可以通过Idle计数器是否有错来初步判断出错的原因是，如果Idle也有错误，则说明原因可能与MDI相关，如果Idle没有错误，则原因可能在PCS以上的部分，或者是MAC的问题（当然这个判断不是绝对的）。不过需要注意的是，这个计数器是相当“脆弱”的，插拔网线都有可能导致Idle错误，因此在使用该计数器进行判断之前要先保证连接稳定，事先读一次寄存器10让PHY把计数器自动清零。

1.10 Extended Status Register

寄存器15是由PHY厂商在PHY中写入的指示PHY功能的状态寄存器，标明PHY是否具有1000BASE-X或者1000BASE-T的能力，实际应用和调试中实用价值不大。

2、PHY扩展寄存器分析

除了IEEE802.3定义的Register0-15外，Register16-31由PHY制造商自行定义，还有制造商通过分页存储技术扩展的更多寄存器空间，在这些寄存器中制造商定义了很多PHY的功能的控制以及状态指示信息，这些信息对我们在PHY的应用以及故障诊断中有时候可以起到决定性的作用，但是由于这写寄存器不是IEEE802.3标准定义的，因此寄存器的地址以及功能名称在不同厂家的资料中有很大的差异，甚至在同一厂家的不用芯片中也不尽相同，因此下面的讨论只能就某一类的功能应用或者状态指示进行说明，但是其详细的名称和寄存器的地址要结合具体芯片具体分析，这里不能给出一个确切的答案。

目前主流的PHY都通过分页技术对PHY寄存器空间进行扩展，提供更多的寄存器空间来控制PHY更多的功能行为和提供更多的PHY状态指示信息。下

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面针对我司惯常使用的BCM和Marvell的PHY寄存器分页存储技术进行简单描述，至于分页扩展出来的寄存器空间其具体作用千变万化，在此不作详细讨论。

BCM的PHY绝大多数的寄存器地址空间都是单页地址，通过分页扩展的寄存器集中在0x18和0x1C两个地址上，0x18和0x1C这两个寄存器专门定义了几个bit作为页地址（Shadow Value），其他的bit则是功能位，在不同的Shadow Value这些功能位将代表不同的功能。对0x18和0x1C的读写操作需要先修改Shadow Value，然后才能访问到正确的寄存器空间。以下以以BCM5488S为例，分别说明寄存器0x18和0x1C的访问方法。

寄存器0x18寄存器的bit2：0定义为Shadow Value，在需要读寄存器0x18的某个Shadow时，先要做一个写操作来切换Shadow，这个写操作必须指定bit15=0，bit14：12等于需要访问的Shadow Value，bit2：0=111，其它bit忽略，这时候Shadow切换成功；然后再对寄存器0x18进行读操作即可读到对应Shadow的寄存器值。在进行写操作的时候，则可以直接将bit15：3等于需要写入的数据，bit2：0等于需要写入的Shadow Value即可完成需要的写操作（对Shadow 111的寄存器写操作有例外要求就是bit15=1）。

寄存器0x1C的bit14：10定义为Shadow Value，bit15定义为写使能位。在需要读寄存器0x1C的某个Shadow时，先要做一个写操作来切换Shadow，这个写操作必须指定bit15=0，bit14：10等于需要访问的Shadow Value，其他bit忽略，即可切换Shadow成功，然后再对寄存器0x1C进行读操作即可读到对应Shadow的寄存器值。而如果需要写某个Shadow寄存器，则指定bit15=1，bit14：10等于需要写的Shadow Value，其他bit也置需要写的值，写入寄存器0x1C即可完成。

Marvell的分页方式和BCM有很大的不同，Marvell一般指定寄存器0x16（寄存器0x0-0x1c的页地址）和寄存器0x1D（寄存器0x1E和0x1F的页地址）作为页寄存器，几乎针对每个寄存器都有分页空间，因此在访问每个寄存器之前都必须弄清楚该寄存器的页地址，需要将页地址写入页寄存器中，然后再访问对应地址的寄存器即可。

注意：值得注意的是，软件的定期Linkscan操作常常会“暗中”修改Shadow Value，因此在实际操作中如果发现切换Shadow Value不成功，要关闭Linkscan再尝试一下。在端口异常问题调试的时候，我们经常通过寄存器比较来查找问题的线索，然而正常的软件读命令只会读取默认Shadow的寄存器值，而很多隐藏在其他Shadow中的信息经常被我们忽略了，这个小小的忽略有时候会让你的调试查证工作走很大的弯路，切记！

2.1 工作模式控制器

现在的PHY芯片对外接口形式越来越丰富，在MII端可能有GMII/RGMII/SGMII等，在MDI端则可能有电口、光口等；这些不同的接口使得PHY可以支持各种不同的工作模式。但是在具体的应用中环境，PHY只有设置为设计需要的工作模式才能够正常工作。因此，当遭遇端口不能Link之类的问题的时候，如果外围的电源时钟复位没有检查出什么异常的话，查看一下工作模式配置有没有正确，这是PHY能够正常工作的一个必要条件。

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2.2端口驱动模式

这是一个在1000BASE-T模式下需要关心的问题，1000BASE-T需要在Cat5 UTP上传输1000Mbbs的数据，其信道编码采用了PAM-5编码格式，MDI上的信号为5阶电平格式，而其信号幅度和100M模式下一样是+1V，相应的其噪声容限就降低了，尤其在在百米长线连接的时候容易出现Link不稳定、CRC错误等问题。1000BASE-T PHY的MDI信号一般有Class A和Class B两种驱动模式，Class A的驱动能力比Class B要强，因此在百米长线连接时候会表现出更好的性能。但是由于Class A的功耗比Class B要大，因此PHY的默认配置一般都是Class B模式。1000BASE-T端口如果短线连接ok而长线连接有问题的时候可以尝试调整其端口驱动模式为Class A看看性能是否有改善。需要注意的是，有些PHY的这个控制位是隐藏的，在DS中可能差不到对应的配置位，因此就需要仔细阅读勘误表等资料或者向制造商咨询，以获得相应的配置方法。

案例：S5750-48GT/4SFP农行生产所使用的PULSE2×6RJ-45，长线大约只能支持到80米。S5750-48GT/4SFP使用的是BCM5488 PHY，后换到Marvel的PHY88E1145上故障依旧。当时由此判断是PULSE2×6RJ-45品质变异，于是更换成Bel的三合一，生产没多久又出同样的长线问题！看来并不是简单的更换部品就能了事。

在88E1145上做实验的是后注意到一个现象，出长线故障的88E1145端口配置一下Super-link命令，马上就可以解决问题。这个命令的具体操作就是将88E1145的端口驱动模式由Class B改为Class A（以前88E1145也有出过长线故障问题，这样可以解决）。可惜察看BCM5488S的数据手册并没看到关于Class B和Class A的描述，向BCM方面咨询，他们给了一个勘误表，根据说明修改了一下寄存器，问题也解决了。这个寄存器是BCM的保留寄存器，BCM的解释也是修改端口驱动模式的。

2.3 预加重配置

在高速的接口信号传输的时候，由于集肤效应以及电磁辐射的影响，信号的各个分量受到不同程度的衰减（一般是越高频的分量受到的衰减越大），信号经过传输线到达接收端的波形和输出端输出的信号波形并不是“相似的”，因此在发送端需要预先对信号的高频分量进行加重，特别是在万兆口应用中，需要通过接插件或背板传输的XAUI/HIGIGA等接口一般都需要对芯片的发送预加重（pre-emphasis）的调整，根据不同的应用环境进行不同的预加重配置，使得接收端获得比较良好的接收眼图。除了PHY芯片，提供XAUI/HIGIGA接口的MAC芯片也有对应的内置PHY，每个端口一般都有对应的预加重配置寄存器，在调试中需要根据眼图的测试结果进行配置。

案例：福建工程学院两台S8606通过万兆线路互联，Ping对端存在约1%的丢包，更换万兆板、线卡槽位无法解决，CLI上显示接口不存在CRC错误。针对这个问题，派黄赞到现场分析，通过分析端口的报文计数器，分析应该是在CM板和线卡之间发生了丢包，在进一步的检查万兆口的配置，发现BCM5676的HG端口发送信号预加重没有按照芯片要求进行配置，导致CM板和线卡之间传输出错。修正预加重配置后问题解决。需要注意的是，BCM5676是一个MAC芯片，提供4个XAUI/HIGIGA端口。但是这些端口都有内置的PHY单元，需要进行正确的配置来确保信号的可靠连接。

思考：有些芯片除了发送预加重（pre-emphasis）的配置外，还有端口的接收均衡控制

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