Zynq-Linux移植学习笔记之67- 国产ZYNQ上通过GPIO模拟MDC/MDIO协议

news2024/9/22 17:38:33

1、背景介绍

模块上有9个PHY，其中两个PHY通过ZYNQ PS端的MDIO总线连接，其余7个PHY单独通过GPIO进行控制，需要实现GPIO模拟MDC/MDIO协议。

2、vivado工程设计

vivado工程内为每个PHY建立两个GPIO IP核，分别用来代表MDC和MDIO（虽然有点浪费）

MDC配置为默认输出

MDIO配置为双向

MDIO管脚默认上拉

3、MDIO时序介绍

MDIO接口包括两条线，MDIO和MDC，其中MDIO是双向数据线，而MDC是由STA驱动的时钟线。MDC时钟的最高速率一般为2.5MHz，MDC也可以是非固定频率，甚至可以是非周期的。MDIO接口只是会在MDC时钟的上升沿进行采样，而并不在意MDC时钟的频率（类似于I2C接口）。MDIO是一个PHY的管理接口，用来读/写PHY的寄存器，以控制PHY的行为或获取PHY的状态，MDC为MDIO提供时钟。

Preamble+Start：32bits的前导码以及2bit的开始位。

OP Code：2bits的操作码，10表示读，01表示写。

PHYAD：5bits的PHY地址，一般PHY地址，从0开始顺序编号，例如6口switch中PHY地址为0-5。

REGAD：5bits的寄存器地址，即要读或写的寄存器。

Turn Around：2bits的TA，在读命令中，MDIO在此时由MAC驱动改为PHY驱动，并等待一个时钟周期准备发送数据。在写命令中，不需要MDIO方向发生变化，则只是等待两个时钟周期准备写入数据。

Data：16bits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，MAC将要写入对应PHYAD的REGAD寄存器的值写入Data中。

Idle：空闲状态，此时MDIO无源驱动，处高阻状态，但一般用上拉电阻使其处在高电平，上拉电阻一般为1.5K。（空闲电平是低电平）

逻辑分析上抓到的示意图如下：

4、应用程序设计

参考上面的时序，采用GPIO翻转实现，注意AXI GPIO IP核0x4写0为输出，写1为输入，主要是用来操作MDIO方向

代码如下：

/*
 * Copyright (c) 2012 Xilinx, Inc.  All rights reserved.
 *
 * Xilinx, Inc.
 * XILINX IS PROVIDING THIS DESIGN, CODE, OR INFORMATION "AS IS" AS A
 * COURTESY TO YOU.  BY PROVIDING THIS DESIGN, CODE, OR INFORMATION AS
 * ONE POSSIBLE   IMPLEMENTATION OF THIS FEATURE, APPLICATION OR
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 * THE ADEQUACY OF THE IMPLEMENTATION, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO
 * ANY WARRANTIES OR REPRESENTATIONS THAT THIS IMPLEMENTATION IS FREE
 * FROM CLAIMS OF INFRINGEMENT, IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY
 * AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.
 *
 */

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <linux/mii.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/socket.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <net/if.h>
#include <linux/sockios.h>
#include <linux/types.h>
#include <netinet/in.h>
#include <unistd.h>
#include "xil_io.h"


#define  PHY2_YT8521_ADDR                             0x01
#define  PHY3_YT8521_ADDR                             0x02
#define  PHY5_YT8521_ADDR                             0x04
#define  PHY6_YT8521_ADDR                             0x05
#define  PHY7_YT8521_ADDR                             0x06
#define  PHY8_YT8521_ADDR                             0x07
#define  PHY9_YT8521_ADDR                             0x00

#define  PHY_YT8521_ID_REG_ADDR                      0x03
#define  PHY_YT8521_REG_DEBUG_ADDR_OFFSET            0x1E
#define  PHY_YT8521_REG_DEBUG_DATA                   0x1F
#define  PHY_YT8521_EXT_REG_ADDR                     0xa00d

#define MDC2_GPIO_ADDR 0x412B0000
#define MDC3_GPIO_ADDR 0x412D0000
#define MDC5_GPIO_ADDR 0x412F0000
#define MDC6_GPIO_ADDR 0x41310000
#define MDC7_GPIO_ADDR 0x41330000
#define MDC8_GPIO_ADDR 0x41350000
#define MDC9_GPIO_ADDR 0x41370000

#define MDIO2_GPIO_ADDR 0x412C0000
#define MDIO3_GPIO_ADDR 0x412E0000
#define MDIO5_GPIO_ADDR 0x41300000
#define MDIO6_GPIO_ADDR 0x41320000
#define MDIO7_GPIO_ADDR 0x41340000
#define MDIO8_GPIO_ADDR 0x41360000
#define MDIO9_GPIO_ADDR 0x41380000



#define PHY2_SOFT_SMI_MDIO_READ Xil_In32(MDIO2_GPIO_ADDR)
#define PHY3_SOFT_SMI_MDIO_READ Xil_In32(MDIO3_GPIO_ADDR)
#define PHY5_SOFT_SMI_MDIO_READ Xil_In32(MDIO5_GPIO_ADDR)
#define PHY6_SOFT_SMI_MDIO_READ Xil_In32(MDIO6_GPIO_ADDR)
#define PHY7_SOFT_SMI_MDIO_READ Xil_In32(MDIO7_GPIO_ADDR)
#define PHY8_SOFT_SMI_MDIO_READ Xil_In32(MDIO8_GPIO_ADDR)
#define PHY9_SOFT_SMI_MDIO_READ Xil_In32(MDIO9_GPIO_ADDR)

typedef unsigned char u8;
typedef unsigned short u16;

void mdio_out(int index)
{
	switch(index)
	{
	case 2:
		Xil_Out32(MDIO2_GPIO_ADDR+0x4,0x0);
		break;
	case 3:
		Xil_Out32(MDIO3_GPIO_ADDR+0x4,0x0);
		break;
	case 5:
		Xil_Out32(MDIO5_GPIO_ADDR+0x4,0x0);
		break;
	case 6:
		Xil_Out32(MDIO6_GPIO_ADDR+0x4,0x0);
		break;
	case 7:
		Xil_Out32(MDIO7_GPIO_ADDR+0x4,0x0);
		break;
	case 8:
		Xil_Out32(MDIO8_GPIO_ADDR+0x4,0x0);
		break;
	case 9:
		Xil_Out32(MDIO9_GPIO_ADDR+0x4,0x0);
		break;
	default:
		break;
	}

}

void mdio_in(int index)
{
	switch(index)
	{
	case 2:
		Xil_Out32(MDIO2_GPIO_ADDR+0x4,0x1);
		break;
	case 3:
		Xil_Out32(MDIO3_GPIO_ADDR+0x4,0x1);
		break;
	case 5:
		Xil_Out32(MDIO5_GPIO_ADDR+0x4,0x1);
		break;
	case 6:
		Xil_Out32(MDIO6_GPIO_ADDR+0x4,0x1);
		break;
	case 7:
		Xil_Out32(MDIO7_GPIO_ADDR+0x4,0x1);
		break;
	case 8:
		Xil_Out32(MDIO8_GPIO_ADDR+0x4,0x1);
		break;
	case 9:
		Xil_Out32(MDIO9_GPIO_ADDR+0x4,0x1);
		break;
	default:
		break;
	}

}

void mdc_low(int index)
{
	switch(index)
	{
	case 2:
		Xil_Out32(MDC2_GPIO_ADDR,0x0);
		break;
	case 3:
		Xil_Out32(MDC3_GPIO_ADDR,0x0);
		break;
	case 5:
		Xil_Out32(MDC5_GPIO_ADDR,0x0);
		break;
	case 6:
		Xil_Out32(MDC6_GPIO_ADDR,0x0);
		break;
	case 7:
		Xil_Out32(MDC7_GPIO_ADDR,0x0);
		break;
	case 8:
		Xil_Out32(MDC8_GPIO_ADDR,0x0);
		break;
	case 9:
		Xil_Out32(MDC9_GPIO_ADDR,0x0);
		break;
	default:
		break;
	}

}

void mdc_high(int index)
{
	switch(index)
	{
	case 2:
		Xil_Out32(MDC2_GPIO_ADDR,0xffffffff);
		break;
	case 3:
		Xil_Out32(MDC3_GPIO_ADDR,0xffffffff);
		break;
	case 5:
		Xil_Out32(MDC5_GPIO_ADDR,0xffffffff);
		break;
	case 6:
		Xil_Out32(MDC6_GPIO_ADDR,0xffffffff);
		break;
	case 7:
		Xil_Out32(MDC7_GPIO_ADDR,0xffffffff);
		break;
	case 8:
		Xil_Out32(MDC8_GPIO_ADDR,0xffffffff);
		break;
	case 9:
		Xil_Out32(MDC9_GPIO_ADDR,0xffffffff);
		break;
	default:
		break;
	}

}

void mdio_low(int index)
{
	switch(index)
	{
	case 2:
		Xil_Out32(MDIO2_GPIO_ADDR,0x0);
		break;
	case 3:
		Xil_Out32(MDIO3_GPIO_ADDR,0x0);
		break;
	case 5:
		Xil_Out32(MDIO5_GPIO_ADDR,0x0);
		break;
	case 6:
		Xil_Out32(MDIO6_GPIO_ADDR,0x0);
		break;
	case 7:
		Xil_Out32(MDIO7_GPIO_ADDR,0x0);
		break;
	case 8:
		Xil_Out32(MDIO8_GPIO_ADDR,0x0);
		break;
	case 9:
		Xil_Out32(MDIO9_GPIO_ADDR,0x0);
		break;
	default:
		break;
	}

}

void mdio_high(int index)
{
	switch(index)
	{
	case 2:
		Xil_Out32(MDIO2_GPIO_ADDR,0xffffffff);
		break;
	case 3:
		Xil_Out32(MDIO3_GPIO_ADDR,0xffffffff);
		break;
	case 5:
		Xil_Out32(MDIO5_GPIO_ADDR,0xffffffff);
		break;
	case 6:
		Xil_Out32(MDIO6_GPIO_ADDR,0xffffffff);
		break;
	case 7:
		Xil_Out32(MDIO7_GPIO_ADDR,0xffffffff);
		break;
	case 8:
		Xil_Out32(MDIO8_GPIO_ADDR,0xffffffff);
		break;
	case 9:
		Xil_Out32(MDIO9_GPIO_ADDR,0xffffffff);
		break;
	default:
		break;
	}


}


void Mcu_Yt8521_Soft_Smi_Bit_Set(int index,u8 bit)
{
    // set mdio dir out
    // set mdio
	mdio_out(index);
	if(bit) mdio_high(index);
	else mdio_low(index);

    // set clk.
	mdc_low(index);
	mdc_high(index);
}

void Mcu_Yt8521_Soft_Smi_Bit_Get(int index,u8 *bit)
{
    // set mdio dir in
    // get mdio
	mdio_in(index);      //MDIO线设置为输入

	switch(index)
	{
	case 2:
		*bit = !!PHY2_SOFT_SMI_MDIO_READ;
		break;
	case 3:
		*bit = !!PHY3_SOFT_SMI_MDIO_READ;
		break;
	case 5:
		*bit = !!PHY5_SOFT_SMI_MDIO_READ;
		break;
	case 6:
		*bit = !!PHY6_SOFT_SMI_MDIO_READ;
		break;
	case 7:
		*bit = !!PHY7_SOFT_SMI_MDIO_READ;
		break;
	case 8:
		*bit = !!PHY8_SOFT_SMI_MDIO_READ;
		break;
	case 9:
		*bit = !!PHY9_SOFT_SMI_MDIO_READ;
		break;
	default:
		break;
	}


    // set clk.
	mdc_low(index);
	mdc_high(index);

}

u16 Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Write(int index,u8 phy_addr, u8 reg_addr, u16 data)
{
	u16 i = 0;

    //idel
	for(i = 0; i < 32; i++)
	{
		Mcu_Yt8521_Soft_Smi_Bit_Set(index,1);
	}

	//start
	Mcu_Yt8521_Soft_Smi_Bit_Set(index,0);
	Mcu_Yt8521_Soft_Smi_Bit_Set(index,1);

	//op code
	Mcu_Yt8521_Soft_Smi_Bit_Set(index,0);
	Mcu_Yt8521_Soft_Smi_Bit_Set(index,1);

	//phy address
	for(i = 0; i < 5; i++)
	{
		if( phy_addr & (0x10 >> i) )
		{
			Mcu_Yt8521_Soft_Smi_Bit_Set(index,1);
		}
		else
		{
			Mcu_Yt8521_Soft_Smi_Bit_Set(index,0);
		}
	}

	//register address
	for(i = 0; i < 5; i++)
	{
		if( reg_addr & (0x10 >> i) )
		{
			Mcu_Yt8521_Soft_Smi_Bit_Set(index,1);
		}
		else
		{
			Mcu_Yt8521_Soft_Smi_Bit_Set(index,0);
		}
	}

	//TA翻转状态（ack）
	Mcu_Yt8521_Soft_Smi_Bit_Set(index,1);
	Mcu_Yt8521_Soft_Smi_Bit_Set(index,0);

	//register data
	for(i = 0; i < 16; i++)
	{
		if( data & (0x8000 >> i) )
		{
			Mcu_Yt8521_Soft_Smi_Bit_Set(index,1);
		}
		else
		{
			Mcu_Yt8521_Soft_Smi_Bit_Set(index,0);
		}
	}

	return 0;
}

u16 Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Read(int index,u8 phy_addr, u8 reg_addr)
{
	u16 i = 0;
	u16 data = 0;     //待获取的数据
	u8  bit  = 0;

	//idel
	for(i = 0; i < 32; i++)
	{
		Mcu_Yt8521_Soft_Smi_Bit_Set(index,1);
	}

	//start
	Mcu_Yt8521_Soft_Smi_Bit_Set(index,0);
	Mcu_Yt8521_Soft_Smi_Bit_Set(index,1);

	//op code
	Mcu_Yt8521_Soft_Smi_Bit_Set(index,1);
	Mcu_Yt8521_Soft_Smi_Bit_Set(index,0);

	//phy address
	for(i = 0; i < 5; i++)
	{
		if( phy_addr & (0x10 >> i) )
		{
			Mcu_Yt8521_Soft_Smi_Bit_Set(index,1);
		}
		else
		{
			Mcu_Yt8521_Soft_Smi_Bit_Set(index,0);
		}
	}

	//register address
	for(i = 0; i < 5; i++)
	{
		if( reg_addr & (0x10 >> i) )
		{
			Mcu_Yt8521_Soft_Smi_Bit_Set(index,1);
		}
		else
		{
			Mcu_Yt8521_Soft_Smi_Bit_Set(index,0);
		}
	}

	//TA翻转状态（ack）
	Mcu_Yt8521_Soft_Smi_Bit_Get(index,&bit);
	Mcu_Yt8521_Soft_Smi_Bit_Get(index,&bit);

	//register data
	for(i = 0; i < 16; i++)
	{
		data<<=1;
		Mcu_Yt8521_Soft_Smi_Bit_Get(index,&bit);

		if(bit)
		{
			data |= 0x1;
		}
	}

	return data;
}

int main(int argc, char *argv[])
{
	int phy_index=0;
	int reg_addr=0;
	int value=0;
	u16 Reg_Value;
	if(argc<4)
	{
		printf("Usage mdio_test w/r phy_index[2,3,5,6,7,8,9] reg_addr [value]\n ");
		return 0;
	}

	if(argc==4)
	{
		phy_index=(uint16_t) strtoul(argv[2], NULL, 0);
		reg_addr=(uint16_t) strtoul(argv[3], NULL, 0);

		switch(phy_index)
		{
		case 2:
			Reg_Value=Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Read(2,PHY2_YT8521_ADDR, reg_addr);
			printf("[READ]phy_index %d reg_addr 0x%x value is 0x%x\n",phy_index,reg_addr,Reg_Value);
			break;
		case 3:
			Reg_Value=Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Read(3,PHY3_YT8521_ADDR, reg_addr);
			printf("[READ]phy_index %d reg_addr 0x%x value is 0x%x\n",phy_index,reg_addr,Reg_Value);
			break;
		case 5:
			Reg_Value=Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Read(5,PHY5_YT8521_ADDR, reg_addr);
			printf("[READ]phy_index %d reg_addr 0x%x value is 0x%x\n",phy_index,reg_addr,Reg_Value);
			break;
		case 6:
			Reg_Value=Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Read(6,PHY6_YT8521_ADDR, reg_addr);
			printf("[READ]phy_index %d reg_addr 0x%x value is 0x%x\n",phy_index,reg_addr,Reg_Value);
			break;
		case 7:
			Reg_Value=Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Read(7,PHY7_YT8521_ADDR, reg_addr);
			printf("[READ]phy_index %d reg_addr 0x%x value is 0x%x\n",phy_index,reg_addr,Reg_Value);
			break;
		case 8:
			Reg_Value=Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Read(8,PHY8_YT8521_ADDR, reg_addr);
			printf("[READ]phy_index %d reg_addr 0x%x value is 0x%x\n",phy_index,reg_addr,Reg_Value);
			break;
		case 9:
			Reg_Value=Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Read(9,PHY9_YT8521_ADDR, reg_addr);
			printf("[READ]phy_index %d reg_addr 0x%x value is 0x%x\n",phy_index,reg_addr,Reg_Value);
			break;
		default:
			break;
		}


	}
	else if(argc==5)
	{
		phy_index=(uint16_t) strtoul(argv[2], NULL, 0);
		reg_addr=(uint16_t) strtoul(argv[3], NULL, 0);
		value=(uint16_t) strtoul(argv[4], NULL, 0);
		printf("[WRITE] phy_index is %d reg_addr is 0x%x value is 0x%x\n",phy_index,reg_addr,value);
		switch(phy_index)
		{
		case 2:
			Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Write(2,PHY2_YT8521_ADDR, reg_addr,value);
			break;
		case 3:
			Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Write(3,PHY3_YT8521_ADDR, reg_addr,value);
			break;
		case 5:
			Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Write(5,PHY5_YT8521_ADDR, reg_addr,value);
			break;
		case 6:
			Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Write(6,PHY6_YT8521_ADDR, reg_addr,value);
			break;
		case 7:
			Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Write(7,PHY7_YT8521_ADDR, reg_addr,value);
			break;
		case 8:
			Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Write(8,PHY8_YT8521_ADDR, reg_addr,value);
			break;
		case 9:
			Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Write(9,PHY9_YT8521_ADDR, reg_addr,value);
			break;
		default:
			break;
		}
	}






#if 0
	u16 id = 0;

	printf("//***************** Read SMI Reg of YT8521 ******************//\r\n");
	printf("------ PHY Identification Registers ------\r\n");

	id = Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Read(2,PHY2_YT8521_ADDR, PHY_YT8521_ID_REG_ADDR);   //reg_addr:0x03  读取的值应为0x11a
	printf("PHY2_YT8521 id = 0x%x\n", id);


	id = Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Read(3,PHY3_YT8521_ADDR, PHY_YT8521_ID_REG_ADDR);   //reg_addr:0x03  读取的值应为0x11a
	printf("PHY3_YT8521 id = 0x%x\n", id);

	id = Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Read(5,PHY5_YT8521_ADDR, PHY_YT8521_ID_REG_ADDR);   //reg_addr:0x03  读取的值应为0x11a
	printf("PHY5_YT8521 id = 0x%x\n", id);

	id = Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Read(6,PHY6_YT8521_ADDR, PHY_YT8521_ID_REG_ADDR);   //reg_addr:0x03  读取的值应为0x11a
	printf("PHY6_YT8521 id = 0x%x\n", id);

	id = Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Read(7,PHY7_YT8521_ADDR, PHY_YT8521_ID_REG_ADDR);   //reg_addr:0x03  读取的值应为0x11a
	printf("PHY7_YT8521 id = 0x%x\n", id);

	id = Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Read(8,PHY8_YT8521_ADDR, PHY_YT8521_ID_REG_ADDR);   //reg_addr:0x03  读取的值应为0x11a
	printf("PHY8_YT8521 id = 0x%x\n", id);

	id = Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Read(9,PHY9_YT8521_ADDR, PHY_YT8521_ID_REG_ADDR);   //reg_addr:0x03  读取的值应为0x11a
	printf("PHY9_YT8521 id = 0x%x\n", id);


    printf("Setting PHY2\n");
    Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Write(2,PHY2_YT8521_ADDR, PHY_YT8521_REG_DEBUG_ADDR_OFFSET, PHY_YT8521_EXT_REG_ADDR);
    Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Write(2,PHY2_YT8521_ADDR, PHY_YT8521_REG_DEBUG_DATA,0x604);

    printf("Setting PHY3\n");
    Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Write(3,PHY3_YT8521_ADDR, PHY_YT8521_REG_DEBUG_ADDR_OFFSET, PHY_YT8521_EXT_REG_ADDR);
    Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Write(3,PHY3_YT8521_ADDR, PHY_YT8521_REG_DEBUG_DATA,0x604);

    printf("Setting PHY5\n");
    Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Write(5,PHY5_YT8521_ADDR, PHY_YT8521_REG_DEBUG_ADDR_OFFSET, PHY_YT8521_EXT_REG_ADDR);
    Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Write(5,PHY5_YT8521_ADDR, PHY_YT8521_REG_DEBUG_DATA,0x604);

    printf("Setting PHY6\n");
    Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Write(6,PHY6_YT8521_ADDR, PHY_YT8521_REG_DEBUG_ADDR_OFFSET, PHY_YT8521_EXT_REG_ADDR);
    Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Write(6,PHY6_YT8521_ADDR, PHY_YT8521_REG_DEBUG_DATA,0x604);

    printf("Setting PHY7\n");
    Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Write(7,PHY7_YT8521_ADDR, PHY_YT8521_REG_DEBUG_ADDR_OFFSET, PHY_YT8521_EXT_REG_ADDR);
    Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Write(7,PHY7_YT8521_ADDR, PHY_YT8521_REG_DEBUG_DATA,0x604);

    printf("Setting PHY8\n");
    Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Write(8,PHY8_YT8521_ADDR, PHY_YT8521_REG_DEBUG_ADDR_OFFSET, PHY_YT8521_EXT_REG_ADDR);
    Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Write(8,PHY8_YT8521_ADDR, PHY_YT8521_REG_DEBUG_DATA,0x604);

    printf("Setting PHY9\n");
    Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Write(9,PHY9_YT8521_ADDR, PHY_YT8521_REG_DEBUG_ADDR_OFFSET, PHY_YT8521_EXT_REG_ADDR);
    Srv_Yt8521_Soft_I2c_Device_Write(9,PHY9_YT8521_ADDR, PHY_YT8521_REG_DEBUG_DATA,0x604);
#endif


    return 0;
}

5、测试验证

读取裕太8521的PHY ID

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