MII即媒體獨立介面，也叫介質無關介面。

它包括一個數據介面，以及一個MAC和PHY之間的管理介面(圖1)。

資料介面包括分別用於傳送器和接收器的兩條獨立通道。每條通道都有自己的資料、時鐘和控制訊號。MII資料介面總共需16個訊號。

管理介面是個雙訊號介面：一個是時鐘訊號，另一個是資料訊號。通過管理介面，上層能監視和控制PHY。

RMII口是用兩根線來傳輸資料的，

MII口是用4根線來傳輸資料的，

GMII是用8根線來傳輸資料的。

GMII (Gigabit MII)

GMII是8bit並行同步收發介面，採用8位介面資料，工作時鐘125MHz，因此傳輸速率可達1000Mbps。同時相容MII所規定的10/100 Mbps工作方式。

GMII介面資料結構符合IEEE乙太網標準。該介面定義見IEEE802.3-2000。

傳送器：

◇ GTXCLK——吉位元TX..訊號的時鐘訊號（125MHz）

◇ TXCLK——10/100M訊號時鐘

◇ TXD[7..0]——被髮送資料  -------  mii  為4，所以一個通道是8，兩個是16

◇ TXEN——傳送器使能訊號

◇ TXER——傳送器錯誤（用於破壞一個數據包）

注：在千兆速率下，向PHY提供GTXCLK訊號，TXD、TXEN、TXER訊號與此時鐘訊號同步。否則，在10/100M速率下，PHY提供 TXCLK時鐘訊號，其它訊號與此訊號同步。其工作頻率為25MHz（100M網路）或2.5MHz（10M網路）。

接收器：

◇ RXCLK——接收時鐘訊號（從收到的資料中提取，因此與GTXCLK無關聯）

◇ RXD[7..0]——接收資料

◇ RXDV——接收資料有效指示

◇ RXER——接收資料出錯指示

◇ COL——衝突檢測（僅用於半雙工狀態）

管理配置

◇ MDC——配置介面時鐘

◇ MDIO——配置介面I/O

管理配置介面控制PHY的特性。該介面有32個暫存器地址，每個地址16位。其中前16個已經在“IEEE 802.3,2000-22.2.4Management Functions”中規定了用途，其餘的則由各器件自己指定。

MII/RMII只是一種介面，對於10M線速,MII的速率是2.5M，RMII則是5M；對於100M線速，MII的速率是25M，RMII則是50M。

SGMII--Serial Gigabit Media IndependentInterface

SGMII是PHY與MAC之間的介面，類似與GMII和RGMII，只不過GMII和RGMII都是並行的，而且需要隨路時鐘，PCB佈線相對麻煩，而且不適應背板應用。

而SGMII是序列的，不需要提供另外的時鐘，MAC和PHY都需要CDR去恢復時鐘。另外SGMII是有8B/10b編碼的，速率是1.25G

在 linux 配置PHY

drivers/net/phy

配置的引數  自適應， 1000M， 全雙工。

phydev-> autonet, speed, duplex.

1. MDIO簡介

  The MDIO interface is a simple, two-wire, serial interface to connect a management entity and a managed PHY for the purposes of controlling the PHY and gathering status from the PHY.
   The two lines include the MDC line [Management Data Clock], and the MDIO line [Management Data Input/Output]. The clock is point-to-point, while the data line is a bi-directional multi-drop interface.
   The data line is Tri-state able and can drive 32 devices.

   MDIO介面，MAC與PHY間的管理介面（MII是資料介面），有2根線：時鐘線MDC，資料線MDIO（雙向）



   MDIO工作流程：
    * Preamle(PRE)       在沒有傳輸資料的空閒狀態時，資料線MDIO處於高阻態（一直為1）。
    * Start of Frame(ST) MAC驅動MDIO線，出現一個2bit的開始標識碼(01)。
    * Operation Code(OP) MAC驅動MDIO線，出現一個2bit資料來標識是讀操作(10)還是寫操作(01)。
    * PHY Address(PHYAD) MAC驅動MDIO線，出現一個5bit資料標識PHY的地址。
    * Reg Address(REGAD) MAC驅動MDIO線，出現一個5bitPHY暫存器地址。
    * Turnaround(TA)     寫操作的話，MAC驅動MDIO線，出現10
                         讀操作的話，MDIO pin of MAC must be put in high-impedance state
                                     在第二個週期，PHY驅動MDIO線，出現0

    * Data               MDIO序列讀出/寫入16bit的暫存器資料。

    * MDIO恢復成空閒狀態，同時MDIO進入高阻狀態。


    下面是PHY晶片 BCM5461 的一個例子：


2. PowerPC對MDIO的支援

PowerPC操作MDIO時，涉及以下暫存器:
MIIMCFG  配置暫存器
MIIMCOM  命令暫存器
MIIMADD  地址暫存器
MIIMCON  控制暫存器
MIIMSTAT 狀態暫存器
MIIMIND  指示暫存器

以MPC8560舉例，這些暫存器在CCSR中的位置如下：






2.1 MIIMCFG：配置暫存器


ResetMgmt：   用於重置MDIO模組
MgmtClockSet：時鐘設定，是CCB的 2的n次方之一



2.2 MIIMCOM  命令暫存器


ReadCycle： 0->1 觸發MDIO讀時序


2.3 MIIMADD  地址暫存器


PHYaddr：PHY地址，共5bit，系統最多聯31個PHY（地址0為保留）
REGaddr：暫存器地址，共5bit，一個PHY上最多32個暫存器地址（可以使用shadow value技術，訪問更多的暫存器）


2.4 MIIMCON  控制暫存器



PHYcontrol：在寫流程時，這裡存放要寫入暫存器的值


2.5 MIIMSTAT 狀態暫存器



PHYstatus：讀流程時，PHY reg的內容會放到此

2.6 MIIMIND  指示暫存器


NotVal：若置1，表示讀流程結束，可以去讀MIIMSTAT
Scan：  若置1，表示掃描流程進行中
Busy：  只有置0時，才能進行新的讀寫流程



3. linux中MDIO的實現

讀寫PHY暫存器時通過2個函式 

phy_read()和phy_write()，

最終呼叫
int gfar_local_mdio_read(struct gfar_mii *regs, int mii_id, int regnum)
int gfar_local_mdio_write(struct gfar_mii *regs, int mii_id, int regnum, u16 value)

引數regs就是MDIO相關暫存器：

1. struct gfar_mii {
   
2.     u32 miimcfg; /* 0x.520 - MII Management Config Register */
   
3.     u32 miimcom; /* 0x.524 - MII Management Command Register */
   
4.     u32 miimadd; /* 0x.528 - MII Management Address Register */
   
5.     u32 miimcon; /* 0x.52c - MII Management Control Register */
   
6.     u32 miimstat; /* 0x.530 - MII Management Status Register */
   
7.     u32 miimind; /* 0x.534 - MII Management Indicator Register */
   
8. };

引數mii_id，就是PHY的id
引數regnum，就是暫存器地址


上程式碼，簡單不解釋

1. int gfar_local_mdio_read(struct gfar_mii *regs, int mii_id, int regnum)
   
2. {
   
3.     u16 value;
   
4.     /* Set the PHY address and the register address we want to read */
   
5.     gfar_write(&regs->miimadd, (mii_id << 8) | regnum);
   
6.     /* Clear miimcom, and then initiate a read */
   
7.     gfar_write(&regs->miimcom, 0);
   
8.     gfar_write(&regs->miimcom, MII_READ_COMMAND);
   
9.     /* Wait for the transaction to finish */
   
10.     while (gfar_read(&regs->miimind) & (MIIMIND_NOTVALID | MIIMIND_BUSY))
    
11.         cpu_relax();
    
12.     /* Grab the value of the register from miimstat */
    
13.     value = gfar_read(&regs->miimstat);
    
14.     return value;
    
15. }

1. int gfar_local_mdio_write(struct gfar_mii *regs, int mii_id,
   
2.               int regnum, u16 value)
   
3. {
   
4.     /* Set the PHY address and the register address we want to write */
   
5.     gfar_write(&regs->miimadd, (mii_id << 8) | regnum);
   
6.     /* Write out the value we want */
   
7.     gfar_write(&regs->miimcon, value);
   
8.     /* Wait for the transaction to finish */
   
9.     while (gfar_read(&regs->miimind) & MIIMIND_BUSY)
   
10.         cpu_relax();
    
11.     return 0;
    
12. }

核心啟動時的準備工作

4.1 初始化網路相關的全域性資料結構，並掛載處理網路相關軟中斷的鉤子函式
start_kernel()
    --> rest_init()
        --> do_basic_setup()
            --> do_initcall
               -->net_dev_init

__init net_dev_init()
{
    //每個CPU都有一個CPU私有變數 _get_cpu_var(softnet_data)
    //_get_cpu_var(softnet_data).poll_list很重要，軟中斷中需要遍歷它的
    for_each_possible_cpu(i) {
        struct softnet_data *queue;
        queue = &per_cpu(softnet_data, i);
        skb_queue_head_init(&queue->input_pkt_queue);
        queue->completion_queue = NULL;
INIT_LIST_HEAD(&queue->poll_list);
        queue->backlog.poll = process_backlog;
        queue->backlog.weight = weight_p;
    }
    open_softirq(NET_TX_SOFTIRQ, net_tx_action, NULL); //在軟中斷上掛網路傳送handler
    open_softirq(NET_RX_SOFTIRQ, net_rx_action, NULL); //在軟中斷上掛網路接收handler
}
   4.2 載入網路裝置的驅動
NOTE：這裡的網路裝置是指MAC層的網路裝置，即TSEC和PCI網絡卡（bcm5461是phy）
在網路裝置驅動中建立net_device資料結構，並初始化其鉤子函式 open(),close() 等
掛載TSEC的驅動的入口函式是 gfar_probe

// 平臺裝置 TSEC 的資料結構
static struct platform_driver gfar_driver = {
    .probe = gfar_probe,
    .remove = gfar_remove,
    .driver = {
        .name = "fsl-gianfar",
    },
};

int gfar_probe(struct platform_device *pdev)
{
    dev = alloc_etherdev(sizeof (*priv)); // 建立net_device資料結構

    dev->open = gfar_enet_open;
    dev->hard_start_xmit = gfar_start_xmit;
    dev->tx_timeout = gfar_timeout;
    dev->watchdog_timeo = TX_TIMEOUT;
#ifdef CONFIG_GFAR_NAPI
    netif_napi_add(dev, &priv->napi,gfar_poll,GFAR_DEV_WEIGHT); //軟中斷裡會呼叫poll鉤子函式
#endif
#ifdef CONFIG_NET_POLL_CONTROLLER
    dev->poll_controller = gfar_netpoll;
#endif
    dev->stop = gfar_close;
    dev->change_mtu = gfar_change_mtu;
    dev->mtu = 1500;
    dev->set_multicast_list = gfar_set_multi;
    dev->set_mac_address = gfar_set_mac_address;
    dev->ethtool_ops = &gfar_ethtool_ops;
}

五、啟用網路裝置
5.1 使用者呼叫ifconfig等程式，然後通過ioctl系統呼叫進入核心
socket的ioctl()系統呼叫
    --> sock_ioctl()
        --> dev_ioctl()                              //判斷SIOCSIFFLAGS
          --> __dev_get_by_name(net, ifr->ifr_name)  //根據名字選net_device
             --> dev_change_flags()                  //判斷IFF_UP
                --> dev_open(net_device)             //呼叫open鉤子函式 

對於TSEC來說，掛的鉤子函式是 gfar_enet_open(net_device)

5.2 在網路裝置的open鉤子函式裡，分配接收bd，掛中斷ISR(包括rx、tx、err)，對於TSEC來說
gfar_enet_open
    --> 給Rx Tx Bd 分配一致性DMA記憶體 
    --> 把Rx Bd的“EA地址”賦給資料結構，實體地址賦給TSEC暫存器
    --> 把Tx Bd的“EA地址”賦給資料結構，實體地址賦給TSEC暫存器
    --> 給 tx_skbuff 指標陣列 分配記憶體，並初始化為NULL
    --> 給 rx_skbuff 指標陣列 分配記憶體，並初始化為NULL

    --> 初始化Tx Bd
    --> 初始化Rx Bd，提前分配儲存乙太網包的skb，這裡使用的是一次性dma對映
       （注意：#define DEFAULT_RX_BUFFER_SIZE  1536保證了skb能存一個乙太網包）
        rxbdp = priv->rx_bd_base;
        for (i = 0; i < priv->rx_ring_size; i++) {
            struct sk_buff *skb = NULL;
            rxbdp->status = 0;
          //這裡真正分配skb，並且初始化rxbpd->bufPtr, rxbdpd->length
skb = gfar_new_skb(dev, rxbdp);    
            priv->rx_skbuff[i] = skb;
            rxbdp++;
        }
        rxbdp--;
        rxbdp->status |= RXBD_WRAP; // 給最後一個bd設定標記WRAP標記

    --> 註冊TSEC相關的中斷handler： 錯誤，接收，傳送
        request_irq(priv->interruptError, gfar_error, 0, "enet_error", dev)
        request_irq(priv->interruptTransmit, gfar_transmit, 0, "enet_tx", dev)//包傳送完
        request_irq(priv->interruptReceive, gfar_receive, 0, "enet_rx", dev)  //包接收完

    -->gfar_start(net_device)
        // 使能Rx、Tx
        // 開啟TSEC的 DMA 暫存器
        // Mask 掉我們不關心的中斷event

最終，TSEC相關的Bd等資料結構應該是下面這個樣子的

六、中斷裡接收乙太網包

 TSEC的RX已經使能了，網路資料包進入記憶體的流程為：
    網線 --> Rj45網口 --> MDI 差分線
         --> bcm5461(PHY晶片進行數模轉換) --> MII匯流排 
         --> TSEC的DMA Engine 會自動檢查下一個可用的Rx bd 
         --> 把網路資料包 DMA 到 Rx bd 所指向的記憶體，即skb->data
接收到一個完整的乙太網資料包後，TSEC會根據event mask觸發一個 Rx 外部中斷。
cpu儲存現場，根據中斷向量，開始執行外部中斷處理函式do_IRQ()

do_IRQ 虛擬碼
{
   上半部處理硬中斷
       檢視中斷源暫存器，得知是網路外設產生了外部中斷
       執行網路裝置的rx中斷handler（裝置不同，函式不同，但流程類似，TSEC是gfar_receive）
          1. mask 掉 rx event，再來資料包就不會產生rx中斷
          2. 給napi_struct.state加上 NAPI_STATE_SCHED 狀態
          3. 掛網路裝置自己的napi_struct結構到cpu私有變數_get_cpu_var(softnet_data).poll_list
          4. 觸發網路接收軟中斷
    下半部處理軟中斷
        依次執行所有軟中斷handler，包括timer，tasklet等等
        執行網路接收的軟中斷handler net_rx_action
          1. 遍歷cpu私有變數_get_cpu_var(softnet_data).poll_list 
          2. 取出poll_list上面掛的napi_struct 結構,執行鉤子函式napi_struct.poll()
(裝置不同，鉤子函式不同,流程類似，TSEC是gfar_poll)
          3. 若poll鉤子函式處理完所有包，則開啟rx event mask，再來資料包的話會產生rx中斷
          4. 呼叫napi_complete(napi_struct *n)
             把napi_struct 結構從_get_cpu_var(softnet_data).poll_list 上移走
             同時去掉 napi_struct.state 的 NAPI_STATE_SCHED 狀態
}

6.1 TSEC的接收中斷處理函式
gfar_receive
{
#ifdef CONFIG_GFAR_NAPI
    // test_and_set當前net_device的napi_struct.state 為 NAPI_STATE_SCHED
    // 在軟中斷裡呼叫 net_rx_action 會檢查狀態 napi_struct.state
    if (netif_rx_schedule_prep(dev, &priv->napi)) {  
        tempval = gfar_read(&priv->regs->imask);            
        tempval &= IMASK_RX_DISABLED; //mask掉rx，不再產生rx中斷
        gfar_write(&priv->regs->imask, tempval);    
        // 將當前net_device的 napi_struct.poll_list 掛到
        // CPU私有變數__get_cpu_var(softnet_data).poll_list 上，並觸發軟中斷
        // 所以，在軟中斷中呼叫 net_rx_action 的時候，就會執行當前net_device的
        // napi_struct.poll()鉤子函式,即 gfar_poll()
__netif_rx_schedule(dev, &priv->napi);   
    } 
#else

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