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一、前言
实际项目开发中，由于设计原因，会将phy的mdio引脚连接到SoC的2个空闲gpio上，
这样就无法通过Gmac自有的架构实现修改phy，
因此只能通过GPIO模拟的方式实现MDIO，
好在Linux支持MDIO via GPIO功能。
该功能需要用到内核驱动mdio-bitbang.c和mdio-gpio.c。
本例 ：
- 平台：
复旦微
- kernel 版本：
linux 4.14.55-xxxxx
- phy芯片
yt8521
- phy连接到
gmac0
- mdio总线连接到：
gpioc 2
portc 3
二、mdio基础概念
1、SMI接口
SMI是MAC内核访问PHY寄存器接口，它由两根线组成，双工:
-
MDC(Management Data Clock)为时钟，
-
MDIO(Management Data Input/Output)为双向数据通信，
原理上跟I2C总线很类似，也可以通过总线访问多个不同的phy。
MDIO协议是以太网标准IEEE802.3中专门用于MAC和PYH之间管理的串行接口总线，该接口主要用于MAC控制器对PYH层的状态读取和设置（寄存器操作）、获取链路状态，控制物理层协商等操作。
MDC/MDIO基本特性：
- 两线制 ：MDC（时钟线）和MDIO（数据线）。分主从设备。
- 时钟频率：2.5MHz
- 通信方式：总线制，可同时接入的PHY数量为32个
- 通过SMI接口，MAC芯片主动的轮询PHY层芯片，获得状态信息，并发出命令信息。
其中主设备称作STA，从设备称作MDI，一个主设备可以对多个从设备进行命令读写操作。
三、mdio协议波形
1、MDIO接口数据帧
在IEEE802.3协议中，把MDIO接口数据帧分为两种，一种是Clause22，另一种是Clause45。
前者主要用于百兆千兆以太网，后者用于千兆以上的以太网。
2、Clause22
MDIO 接口的读写通信协议如下图所示：
-
Preamble：
32 位前导码，由 MAC 端发送 32 位逻辑“1”，用于同步 PHY 芯片。
-
ST（Start of Frame）：
2 位帧开始信号，用 01 表示。
-
OP（Operation Code）：
2 位操作码，读：10 写：01。
-
PHYAD（PHY Address）：
5 位 PHY 地址，用于表示与哪个 PHY 芯片通信，因此一个 MAC 上可以连 接多个 PHY 芯片。
-
REGAD（Register Address）：
5 位寄存器地址，可以表示共 32 位寄存器。
-
TA（Turnaround）：
2 位转向，
在读命令中，MDIO 在此时由 MAC 驱动改为 PHY 驱动，在第一个 TA 位，MDIO 引脚为高阻状态，第二个 TA 位，PHY 将 MDIO 引脚拉低，准备发送数据；
在写命令中，不需 要 MDIO 方向发生变化，MAC 固定输出 2’b10，随后开始写入数据。
-
DATA：
16 位数据，在读命令中，PHY 芯片将读到的对应 PHYAD 的 REGAD 寄存器的数据写到 DATA 中；在写命令中，PHY 芯片将接收到的 DATA 写入 REGAD 寄存器中。需要注意的是，在 DATA 传 输的过程中，高位在前，低位在后。
-
IDLE：
空闲状态，此时 MDIO 为无源驱动，处于高阻状态，但一般用上拉电阻使其上拉至高电平。
波形举例
向phy：3 寄存器0x00 写入 数据0x4140
3、Clause45
四、YT8521
YT8521S是一款高度集成的以太网收发器，符合10BASE-Te、100BASE-TX和1000BASE-T IEEE 802.3标准。
1、引脚
其中与mdio相关引脚：
14 MDC Management Data Clock
15 MDIO Input/Output of Management Data.Pull up 3.3V/2.5V/1.8V for 3.3V/2.5V/1.8V I/O respectively
2、模块图
3、MDIO协议时序-[重要]
下面YT8521的SMI时序图：
上升沿读数据，下降沿写数据
五、驱动移植
1、驱动文件及移植
mdio-gpio.c
mdio-bitbang.c
勾选 下面几项：
│ │ <*> Bitbanged MDIO buses │ │ │ │ <*> GPIO controlled MDIO bus multiplexers │ │ │ │ <*> MMIO device-controlled MDIO bus multiplexers │ │
2、移植设备树
aliases {…………mdio-gpio0 = &mdio0;};mdio0: mdio {compatible = "virtual,mdio-gpio";gpios = <&portc 2 0 >,<&portc 3 0>; #address-cells = <1>;#size-cells = <0>;phy0: ethernet-phy@7 {reg = <0x7>;yt,phy-delay = <0xfc>;phy-connection-type = "rgmii-id";};};&gmac0 {status = "okay";phy-handle = <&phy0>;};
由设备树可知，
- 我们创建了1个独立的mdio设备节点，
- 当用命令mdio修改phy时，就会根据gmac0的phy-handle，
- 找到mdio0节点从而调用mdio-gpio驱动模块来配置phy：8521。
下图，是phy直接连接到gmac0的mdio接口，mdio命令执行的通路：
下图是phy连接到gpio口，mdio命令执行的通路：
3、查看log
开机有以下log，说明驱动 移植成功：
# dmesg | grep MDIO
[ 3.257270] libphy: GPIO Bitbanged MDIO: probed
[ 3.274202] libphy: Fixed MDIO Bus: probed
# cd /sys/class/mdio_bus/
# ls
fixed-0 gpio-0 stmmac-0 stmmac-1
# cd gpio-0/
# ls
device gpio-0:03 of_node power subsystem uevent
# cd gpio-0\:03/
# ls
attached_dev phy_has_fixups power
driver phy_id subsystem
of_node phy_interface uevent
4、操作
修改eth0为百兆速率，则设置Speed_Selection位为01，同时自动协商为Autoneg_En要禁用，即设置该寄存器值为0x2140：
# mdio eth0 0x00 0x2140write phy addr: 0x3 reg: 0x0 value : 0x2140
抓取波形如下：