以太网 MDIO 接口的功能说明

MDIO（管理数据输入输出）接口的主要作用是配置网络物理层芯片（PHY）的工作状态，具体包括：

自动协商功能 通过读写 PHY 芯片的内部寄存器，自动匹配网络设备间的通信参数（如速率、双工模式等）。
PHY 芯片识别 通过地址识别确定连接的 PHY 芯片型号，确保后续配置操作针对正确的设备。

MDIO 数据帧类型分为两种：

Clause 22：用于百兆和千兆以太网设备
Clause 45：专为千兆以上高速以太网设计

简单来说，MDIO 就像一个"配置助手"，负责根据网络需求自动设置 PHY 芯片的工作参数，并通过不同协议（Clause 22/45）适配不同速度的网络设备。

一、Clause 22

Clause 22 简介 Clause 22 是最基础的 MDIO 通信协议，也叫 MDC/MDIO 协议。它通过两根线工作：

MDC 线：提供时钟信号
MDIO 线：传输数据

主要特点

速度低：最快 25MHz，实际常用速度为 2.5MHz（即 2.5Mbps）
设备数量：最多可连接 32 个网络物理层芯片（PHY）
简单通用：电路设计简单，成本低，被大多数以太网设备广泛使用

优势 ✅ 经过长期验证，稳定性好，适用于传统网络设备 ✅ 硬件实现容易，生产成本比新协议更低

二、Clause 45

Clause 45 是 IEEE 802.3an 标准推出的新协议，主要特点包括：

四线通信：使用 MDC、MDIO 两根基础信号线，以及扩展的数据和时钟信号线。
高速传输：数据传输速度最高可达 1 GHz，满足高带宽需求。
功能增强：支持远程设备管理、复杂控制等高级操作。
多设备支持：可管理最多 128 个物理设备（PHY），适合大规模网络部署。

优势：

速度快：适合需要高速传输的场景，如数据中心或高清视频传输。
扩展性强：能同时管理大量设备，特别适合大型网络或数据中心环境。

简单来说，它就是一款更快、更智能的通信协议，能高效管理更多设备并传输更大数据量。

三、Clause 22 vs. Clause 45

MDIO（管理数据输入输出）是一种两线制的通信总线，专门用于配置网络设备中的物理层芯片（PHY 芯片）。它的运作方式如下：

线缆构成
- 一条是数据线（MDIO），负责双向收发数据
- 另一条是时钟线（MDC），为数据传输提供同步时钟，速度通常在几兆赫兹（不同芯片可能有差异）
数据传输方式 数据传输严格跟随 MDC 时钟信号同步进行，就像时钟滴答声控制数据的发送和接收节奏。
协议演变
- 早期使用 Clause 22 协议，但它的寄存器数量有限
- 后来升级为 Clause 45 协议，增加了更多寄存器空间，同时能兼容旧版 Clause 22 设备

简单来说，MDIO 就像一条双车道数据公路，其中一条车道负责运输数据，另一条车道提供导航信号。而协议的升级则像是拓宽了公路并保留了旧路标识，让新老车辆都能通行。

四、Clause 22 数据帧格式

STA：Station Management
MMD：MDIO Managed Device
PRE：帧前导码，为 32 个连续 “1” 比特。
ST：帧开始标志， Clause 22 的开始标志为比特 “01”。
OP：操作码，CL22 中比特 “10” 表示此帧为一读操作帧，比特 “01” 表示此帧为一写操作帧。
PHYAD：MMD 的物理地址，5 个比特，每个 MMD 都把自己的地址与这 5 个比特进行比较，若匹配则响应后面的操作，若不匹配，则忽略掉后面的操作。
REGAD：用来选 MMD 的 32 个寄存器中的某个寄存器的地址。
TA：状态转换域，若为读操作，则第一比特时 MDIO 为高阻态，第二比特时由 MMD 使 MDIO 置 “0”。若为写操作，则 MDIO 仍由 STA 控制，连续输出 “10” 两个比特。
DATA：帧的寄存器的数据域，16 比特，若为读操作，则为 MMD 送到 STA 的数据，若为写操作，则为 STA 送到 MMD 数据。
IDLE：帧结束后的空闲状态，此时 MDIO 无源驱动，处高阻状态。

clause 22 里面的 PHYAD 通常由 PHY 设备的硬件配置去决定的，值大小为 0-31. 注意 PHYAD 与 PHY ID 不要弄混了。其中 phy_addr 可以通过 ethtool eth0 获取 PHYAD 值：

五、Clause 45 数据帧格式

STA：Station Management
MMD：MDIO Managed Device
PRE：帧前导码，为 32 个连续 “1” 比特。
ST：帧开始标志，为了区别 CL22，Clause 45 的开始标志为比特 “00”。
OP：操作码，Clause 45 有 4 种操作码，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 “11” 表示读当前寄存器，比特 “11” 表示读当前寄存器读完后把当前寄存器的值加 1，用于顺序读。
PRTAD：Port Address，端口地址，也称物理地址。
DEVAD：器件地址，CL45 新增概念，各值与器件对应如下。
REGAD：用来选 MMD 的 65536 个寄存器中的某个寄存器的地址。
TA：状态转换域，若为读操作，则第一比特时 MDIO 为高阻态，第二比特时由 MMD 使 MDIO 置 “0”。若为写操作，则 MDIO 仍由 STA 控制，连续输出 “10” 两个比特。
DATA：帧的寄存器的数据域，16 比特，若为读操作，则为 MMD 送到 STA 的数据，若为写操作，则为 STA 送到 MMD 数据。
IDLE：帧结束后的空闲状态，此时 MDIO 无源驱动，处高阻状态。

六、如何通过 Clause 22 方式访问 Clause 45

这种间接的访问方式，其实通过 REG13 和 REG14 的配合访问，类似 C 语言的指针。

例如访问：device1， reg2 的内容第一步，设置 REG13，其中 bit15:14 = 0:0 表示这是地址，device 对应 device=1 第二步，把需要操作的寄存器 reg=2 的地址写入 REG14 第三步，设置 REG13，其中 0x4000 表示 bit 15:14 = 0:1 表示这个是数据，并且地址不增加。第四步，直接读取 REG14，相当于间接读了 REG2 的内容，就是 REG2 的内容了。

device = 1;
reg = 2;
mdiobus_write(bus, addr, 0xd, device)
mdiobus_write(bus, addr, 0xe, reg)
mdiobus_write(bus, addr, 0xd, 0x4000 + device)
phy_id[i] = mdiobus_read(bus, addr, 0x0e) & 0xffff;

一、Clause 22 ​

二、Clause 45 ​

三、Clause 22 vs. Clause 45 ​

四、Clause 22 数据帧格式 ​

五、Clause 45 数据帧格式 ​

六、如何通过 Clause 22 方式访问 Clause 45 ​