摘要：
Linux下的smi/mdio总线驱动Han David@吉林师范大学MII，这是IEEE802.3定义的以太网行业标准接口。smi是mii中的标准管理接口，具有两个引脚，mdio和mdc，用于实现双向数据输入/输出和时钟同步。以mips架构的caiumoton处理器为例，介绍mdio总线的驱动程序。输入probe（）statipoint__initocten_mdiobus_probe｛/*probe（（）的基本思想是填充structocten_mdiobus的数据结构，最后将该数据结构作为pdev的私有成员。octen_mdiobus定义为：structocte_mdiobus｛//structmii_bus是linux定义的mii总线的通用数据结构。
Linux下smi／mdio总线驱动 韩大卫@吉林师范大学 MII（媒体独立接口）， 是IEEE802.3定义的以太网行业标准接口， smi是mii中的标准管理接口， 有两跟管脚， mdio 和mdc ，用来现实双向的数据输入／输出和时钟同步。mdio主要作用用来配置／读取phy的寄存器， 实现监控作用。 Smi总线也就是mdio总线。 以mips 架构的caium octeon 处理器为例介绍mdio总线的驱动。 内核代码 drivers/net/phy/mdio-octeon.c static int __init octeon_mdiobus_mod_init(void) { // 同uart,usb,spi,i2c等总线一样, mdio作为platform驱动注册到内核 return platform_driver_register(&octeon_mdiobus_driver); } static struct platform_driver octeon_mdiobus_driver = { .driver = { .name = "mdio-octeon", .owner = THIS_MODULE, .of_match_table = octeon_mdiobus_match, }, .probe = octeon_mdiobus_probe, .remove = __exit_p(octeon_mdiobus_remove), }; 内核根据of_match_table 找到了octeon-3860-mdio 的驱动文件， static struct of_device_id octeon_mdiobus_match[] = { { .compatible = "cavium,octeon-3860-mdio", }, {}, }; MODULE_DEVICE_TABLE(of, octeon_mdiobus_match); 该驱动说明支持符合”canium,octeon-3860-mdio”规范接口的操作。 进入probe() static int __init octeon_mdiobus_probe(struct platform_device *pdev) { ／＊probe() 总体思想即填充一个struct octeon_mdiobus的数据结构， 最后将此数据结构作为pdev的私有成员。octeon_mdiobus 定义为： struct octeon_mdiobus { //struct mii_bus 是linux定义mii总线的通用数据结构。 struct mii_bus *mii_bus; u64 register_base; resource_size_t mdio_phys; resource_size_t regsize; enum octeon_mdiobus_mode mode; int phy_irq[PHY_MAX_ADDR]; }; octeon_mdiobus_mode 定义： enum octeon_mdiobus_mode { UNINIT = 0, C22, // IEEE802.3-2005 的条款22.2.4, 22.3.4 C45 //条款45.不用的条款使用不同的数据帧结构。 }; */ struct octeon_mdiobus *bus; struct resource *res_mem; union cvmx_smix_en smi_en; int err = -ENOENT; //为platfrom设备pdev 的私有数据分配内存，长度struct octeon_mdiobus的长度 bus = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(*bus), GFP_KERNEL); if (!bus) return -ENOMEM; /* 获取io内存地址资源的描述。此资源的描述记录在uboot的设备树源文件dts里。 关于该描述信息，参考最后附录。 */ res_mem = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0); if (res_mem == NULL) { dev_err(&pdev->dev, "found no memory resource "); err = -ENXIO; goto fail_region; } ／／获取了io内存地址的首地址及长度的描述后， 按此描述向系统申请相应资源。 bus->mdio_phys = res_mem->start; bus->regsize = resource_size(res_mem); if (!devm_request_mem_region(&pdev->dev, bus->mdio_phys, bus->regsize, res_mem->name)) { dev_err(&pdev->dev, "request_mem_region failed "); goto fail_region; } ／* 申请成功后， 使用ioremap将这个片io内存地址映射出来，以便交与应用层使用， register_basae 即为这个映射后的地址基地址，通过操作这个地址， 就可以实现在用户层操作smi的寄存器了。 /* bus->register_base = (u64)ioremap(bus->mdio_phys, bus->regsize); ／／为mii_bus数据结构分配内存 bus->mii_bus = mdiobus_alloc(); if (!bus->mii_bus) goto fail_mdio_alloc; smi_en.u64 = 0; smi_en.s.en = 1; /＊ cvmx_write_csr 是cavium octeon 处理器提供write寄存器的API #define SMI_EN 0x20 这是寄存器的其基地址上的偏移值 第一个参数是目的寄存器地址， 第二个参数是要write的数值 ＊／ cvmx_write_csr(bus->register_base + SMI_EN, smi_en.u64); /* mii_bus 数据结构定义如下， read/write 的函数指针 struct mii_bus { const char *name; char id[MII_BUS_ID_SIZE]; void *priv; int (*read)(struct mii_bus *bus, int phy_id, int regnum); int (*write)(struct mii_bus *bus, int phy_id, int regnum, u16 val); int (*reset)(struct mii_bus *bus); struct mutex mdio_lock; struct device *parent; enum { MDIOBUS_ALLOCATED = 1, MDIOBUS_REGISTERED, MDIOBUS_UNREGISTERED, MDIOBUS_RELEASED, } state; struct device dev; struct phy_device *phy_map[PHY_MAX_ADDR]; u32 phy_mask; int *irq; }; */ // 将bus 保存为mii_bus的私有数据 bus->mii_bus->priv = bus; //定义mii_bus的中断号 bus->mii_bus->irq = bus->phy_irq; //mii_bus的总线名称 bus->mii_bus->name = "mdio-octeon"; snprintf(bus->mii_bus->id, MII_BUS_ID_SIZE, "%llx", bus->register_base); bus->mii_bus->parent = &pdev->dev; //填充mii_bus read/write的实现函数。 bus->mii_bus->read = octeon_mdiobus_read; bus->mii_bus->write = octeon_mdiobus_write; //将bus作为platfrom 的私有数据 dev_set_drvdata(&pdev->dev, bus); //向内核注册属于octeon 的mii总线 err = of_mdiobus_register(bus->mii_bus, pdev->dev.of_node); if (err) goto fail_register; dev_info(&pdev->dev, "Version " DRV_VERSION " "); /* 将mii_bus 保存在一个全局指针数组里， 定义在arch/mips/cavium-octeon/setup.c struct mii_bus *octeon_mdiobuses[4]; EXPORT_SYMBOL(octeon_mdiobuses); */ octeon_mdiobuses[octeon_mdiobus_bus2unit(bus)] = bus->mii_bus; return 0; } mdio 工作大郅流程： 发送一个2bit的开始标识码和一个2bit的operate标志，该operate 标志在C22和C45里有不同定义。发送一个5bit 的phy 设备地址和5bitPHY寄存器地址。 再空闲MDIO需要2个时钟的访问时间。 MDIO串行读出/写入16bit的寄存器数据。 结束后MDIOMDIO进入高阻状态。 C22下的数据帧格式： st op phyaddr regaddr ta data 01 phy_op 5bit地址 5bit地址 2bit访问时间 16bit读写数据 C22 下的op ：10 : write， 01 ： read C45数据帧格式： st op phyaddr type ta addr／data 00 phy_op 5bit地址 5bit类型 2bit访问时间 16bit寄存器地址／数据 两者主要差异在op处， C45的op段： 00=address 01=write ，11=read ，10=post-read-increment-address 当op 为00 时， 这个数据帧传入的指定的16bit寄存器地址， 最大地址63336. 当op 为 01/11 时， 这个数据帧才是具体write/read 操作。 因此， 在c45 条款下， 完成一次真正的I／O 操作要使用两个数据帧。 另外，当 op 为 10 时， 含义是当本次读操作结束后， 将寄存器地址加1， 适于与遍历所有的寄存器。 Octeon 对该数帧的定义是： union cvmx_smix_cmd { uint64_t u64; struct cvmx_smix_cmd_s { uint64_t reserved_18_63 : 46; //保留 uint64_t phy_op : 2; //phy_op uint64_t reserved_13_15 : 3; uint64_t phy_adr : 5; //phy芯片地址 uint64_t reserved_5_7 : 3; uint64_t reg_adr : 5; //寄存器地址 } … ｝ struct cvmx_smix_cmd_s 为uint64_t 大小， 即8个字节。 static int octeon_mdiobus_read(struct mii_bus *bus, int phy_id, int regnum) { struct octeon_mdiobus *p = bus->priv; union cvmx_smix_cmd smi_cmd; union cvmx_smix_rd_dat smi_rd; //如果C22条款， read操作时op为 01. unsigned int op = 1; /* MDIO_CLAUSE_22_READ */ int timeout = 1000; //寄存器是否满足是否有C45 标志 if (regnum & MII_ADDR_C45) { /* 如果是C45条款， 要先发送一个数据帧将寄存器地址写入， 第二个数据帧才是read/write操作 octeon_mdiobus_c45_addr() 函数完成第一个数据帧的作用。 */ int r = octeon_mdiobus_c45_addr(p, phy_id, regnum); if (r < 0) return r; //将regnum处理后封装到smi_cmd里。 regnum = (regnum >> 16) & 0x1f; //C45条款下read操作时op为11 op = 3; /* MDIO_CLAUSE_45_READ */ } else { //C22条款下， 只需要将mdio配置为C22模式即可。 octeon_mdiobus_set_mode(p, C22); } smi_cmd.u64 = 0; smi_cmd.s.phy_op = op; /* MDIO_CLAUSE_22_READ */ smi_cmd.s.phy_adr = phy_id; smi_cmd.s.reg_adr = regnum; /* 由于smi_cmd 是联合体， 将smi_cmd.u64的数值传给函数， 寄存器即可解析出op, phy_id, regnum等参数。 */ cvmx_write_csr(p->register_base + SMI_CMD, smi_cmd.u64); do { //read之前等待1000个时钟周期 __delay(1000); // 读取到寄存器的数值，保存到u64中。 smi_rd.u64 = cvmx_read_csr(p->register_base + SMI_RD_DAT); } while (smi_rd.s.pending && --timeout); //如果数据有效， 发送寄存器数值中去掉头部信息的部分， 即u64中的有效载荷。 if (smi_rd.s.val) return smi_rd.s.dat; else return -EIO; } smi 的write 操作原理同上。 附录： dts 里smi总线io地址资源描述 Dts里的描述是根据cavium octeon datasheet来写的， cavium octeon 关于smi 寄存器地址的定义是： smi0从 0x0001180000001800到0x0001180000001828 smi 从0x0001180000001900 到0x0001180000001920 所以在描述reg地址范围时， 要适当大于这个范围， 但不能跟其他寄存器地址冲突。 smi0: mdio@1180000001800 { compatible = "cavium,octeon-3860-mdio"; #address-cells = <1>; #size-cells = <0>; reg = <0x11800 0x00001800 0x0 0x40>; .. } 关于compatible 的描述， "cavium,octeon-3860-mdio"; cavium 表示了该smi0总线可以兼容“cavium, octeon-3860-mdio”设备, 内核启动后， 会根据这个描述寻找对应的驱动。 smi1: mdio@1180000001900 { compatible = "cavium,octeon-3860-mdio"; #address-cells = <1>; #size-cells = <0>; reg = <0x11800 0x00001900 0x0 0x40>; };