Linux Mii management/mdio子系统分析之六 fixed-mii_bus分析（mac2mac分析）

???? 前面几章我们介绍了MDIO模块的大部分内容，针对mii_bus、mdio_bus、phy_device、phy_driver相关的注册、注销均进行了介绍。基本上把mdio模块的内容介绍完了，而本篇介绍的内容，主要是针对虚拟mii_bus实现，并将虚拟phy_device注册至该mii_bus上。（本次分析内容基于LINUX3.10的内核）

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那fixed-mii_bus起到什么作用呢？其应用场景如下（示意图如下）：

1. 两个cpu间的mac通过rgmii/sgmii等直接相连（不需要phy device），这两块核心板存在于一块单板上，无须使用phy芯片。
2. cpu与fpga间的mac通过rgmii/sgmii等直接相连（不需要phy device），这两块核心板存在于一块单板上，无须使用phy芯片。

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? ? ? 针对这两种应用场景，均没有使用phy芯片，但mac的驱动程序为保持通用性还是需要进行mii_bus注册以及net-device与phy-device的connect。因此mdio模块设计了一个虚拟的mii_bus（命名为fixed-mii_bus），用于mac芯片无需连接phy芯片的情况。针对上述情况而言，因两个mac间直接通过数据总线（rgmii/sgmii/qsgmii等）相连，因此需要手动配置mac芯片的模式（全双工）、速率（千兆/百兆/万兆等）。

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fixed_mii_bus相关的数据结构说明

主要定义了struct fixed_mdio_bus、struct fixed_phy两个结构体。其中struct fixed_mdio_bus中包含了

struct mii_bus类型的成员；而struct fixed_phy包含了struct phydev类型的成员。

struct fixed_mdio_bus

该结构体表征一个虚拟mii_bus，并包含了fixed相关的信息，其中：

1. 链表头phys用于将所有注册至fixed_mii_bus上的逻辑phy device链接在一起；
2. irqs表示每一个虚拟phy对应的中断（基本上很少有使用该变量的，在mii_bus介绍章节中也说了，该中断可实现对phy devic link up/down的中断触发。在此处基本用不到）

struct fixed_mdio_bus {

int irqs[PHY_MAX_ADDR];

struct mii_bus *mii_bus;

struct list_head phys;

};

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struct fixed_phy

该结构体表征一个虚拟phy设备，其中:

1. id表示phy的addr,范围[0-31];
2. regs表示该虚拟phy设备的寄存器值（因是一个虚拟phy，因此该虚拟phy的寄存器值由fxied_phy_status中的值决定）
3. status中定义了该虚拟phy设备的各状态值，主要包括link状态、speed、duplex、pause、asym_pause等，而regs中的值即根据该变量中的内容进行设置；
4. link_update接口用于更新虚拟phy的link状态。该接口类似于struct phydev中的adjust_link。它们之间的区别是：
   1. adjust_link接口根据phy device的link状态，对net_device的link状态进行更新；
   2. link_update接口则是根据net_device的link状态，对虚拟phy设备的link 状态进行更新。

? 针对该接口指针，基本上不需要使用，若需要使用，则在创建虚拟phy设备时，赋值即可。

1. node主要用于将该结构体链接至fixed_mdio_bus的的phys链表上。

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struct fixed_phy {

int id;

u16 regs[MII_REGS_NUM];

struct phy_device *phydev;

struct fixed_phy_status status;

int (*link_update)(struct net_device *, struct fixed_phy_status *);

struct list_head node;

};

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struct fixed_phy_status {

int link;

int speed;

int duplex;

int pause;

int asym_pause;

};

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fixed_mii_bus的实现流程

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在《LINUX MDIO模块分析（三）mii_bus注册、注销及其驱动开发流程》中，我们已经叙述了如何开发一个mii_bus驱动，此处引用一下：

? ? ? mii_bus结构体的定义如下，我们实现一个mii_bus驱动也就是实现该结构体类型的变量，并调用上述的mdiobus_register接口，即可完成mii_bus的注册。具体步骤如下：

1. 需设置该mii_bus的名称与id，而在系统中可根据该id值搜索一个mii_bus；
2. 完成read、write、reset方法，其中read、write主要用于与该mii_bus下的设备进行命令的交互；而reset方法主要用于对mii_bus的reset，关于这三个方法的实现，驱动开发人员可根据具体mac芯片的手册说明进行相应的开发操作。
3. phy_mask主要用于设置需要忽略的phy addr，如我们需要忽略对phy addr 0的查找，则将phy_mask设置为0x01即可。
4. 而irq主要指向一个数组，该数组中存储了每一个phy addr对应的irq，主要用于为每一个 phy addr对应的中断，该中断主要用于link up/down，针对该部分内容主要涉及到phy state machine，我们在后续章节中会详述该部分（大部分的mii_bus一般不提供该irq，但phy state machine提供了phy_poll机制，即是没有该irq，也可以进行phy link up/down，类似于mmc子模块中mmc card的poll机制）。

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而fixed_mii_bus的实现流程也大致如此。下面我们借助mii_bus的实现流程来分析fixed_mii_bus。

1. fixed_mii_bus的名称为fixed-0；
2. 提供了read、write方法（比不需要实现reset方法，其实write方法也没有实现，因为挂载在该mii_bus上的均为虚拟phy设备，不需要进行设置操作）。read接口的功能为根据phy addr在fixed_mii_bus的phys链表中找到对应的虚拟phy设备，并根据该虚拟phy设备的struct fixed_phy_status类型的成员，更新其寄存器的值，并返回。
3. fixed_mii_bus在初始化时，并没有设置需要忽略的phy addr；
4. 将struct fixed_mdio_bus类型的全局变量platform_fmb中的irq数组赋值给platform_fmb.mii_bus->irq。
5. 调用mdiobus_register完成fixed_mii_bus的注册。

? ? ?fixed_mii_bus基本上严格按照我们上一篇文章中介绍的流程创建的mii_bus。而针对虚拟phy设备而言，需要各模块自行进行虚拟设备的添加，因此fixed_mii_bus模块提供了添加接口fixed_phy_add（在3.10的内核中，仅提供了该接口，这限制了fixed_mii_bus的虚拟phy设备的添加时机，后面详述。而在linux4.x以上的内核增加了接口fixed_phy_register）。

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fixed_mdio_bus_init接口分析

该接口主要实现上述所说的fixed_mii_bus的实现流程：

1. 为fixed_mii_bus申请对应的mii_bus，并设置其read、write、irq变量；
2. 调用mdiobus_register接口，注册fixed_mii_bus。此处我们也多说一下：
   1. mdiobus_register接口我们在之前已经介绍过程，其会为phy addr范围为[0-31]的phy设备，调用mdiobus_scan进行phy device的搜索，若搜索到即为该虚拟phy设备创建phy_device，并注册到mdio_bus中（在搜索phy device时，即会调用fixed_mii_bus的read接口，若虚拟phy设备已添加到fixed_mii_bus中，则返回的phyid即为该虚拟phy设备的addr值，因此即会调用phy_device_create接口创建phy device，并注册至mdio_bus中。因此若在fixed_mdio_bus_init调用之前，未将虚拟phy设备添加至fixed_mii_bus上，则进行mdiobus_register时，搜索不到该虚拟phy设备）。

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fixed_mdio_read接口分析

? ? ? 该接口用于获取一个虚拟phy设备的寄存器值，而针对虚拟phy设备，其各寄存器的值即根据fixed_phy的struct fixed_phy_status 类型的成员变量status进行设置（即根据在虚拟phy设备的添加时，会通过struct fixed_phy_status 类型的变量，设置该虚拟phy设备的工作模式等信息）。该接口的实现流程图如下，主要功能为：

1. 根据输入的phy addr，查找该phy addr对应的虚拟设备是否已添加至fixed_mii_bus，若没有则返回失败；否则进入步骤b；
2. 若查找的fixed_phy提供link_update接口，则调用该接口更新该fixed_phy->status变量中各成员的值；
3. 调用fixed_phy_update_regs接口，根据fixed_phy->status更新该fixed_phy各寄存器的值；
4. 返回该fixed_phy对应寄存器的值。

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fixed_phy_add接口分析

该接口主要将一个fixed_phy添加至fixed_mii_bus中，该接口的实现流程如下所示。主要功能：

1. 申请struct fixed_phy类型大小的内存空间；
2. 若申请成功，则设置该fixed_phy的status成员,并更新其regs值；
3. 将该fixed_phy添加至fixed_mii_bus的成员phys链表中。

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? ? ? ?该接口主要是将一个fixed_phy添加至fixed_mii_bus的成员phys中，并没有为之创建对应的phy_device。而针对fixed_mii_bus上的成员phys链表上的fixed_phy链表成员，仅在fixed_mdio_bus_init中注册fixed_mii_bus时，通过mdiobus_register时，完成将该链表上的所有链表成员，均为其注册对应的phy_device至mdio_bus上。因此若各驱动模块想通过fixed_phy_add接口添加一个fixed_phy，则必须保证其在接口fixed_mdio_bus_init调用之前被调用到，否则该添加操作不起作用（因没有创建对应的phy_device）。而在linux3.10中，仅提供了这一个接口进行fixed_phy的添加。这也是这个接口的缺陷，即必须保证调用该接口（fixed_phy_add）的代码片段在fixed_mdio_bus_init执行之前调用。

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fixed_phy_register接口分析

? ? ?上面分析fixed_phy_add接口的调用有所限制，必须保证其在fixed_mdio_bus_init执行之前调用。因此在 linux4.x的内核中，增加了接口fixed_phy_register，该接口弥补了fixed_phy_add的不足。接口fixed_phy_register在调用fixed_phy_add之后，调用phy_register，实现phy_device的注册，弥补了fixed_phy_add的不足。该接口的实现流程图如下：

1. 获取一个可用的phy addr，若获取不到返回失败；
2. 调用fixed_phy_add将该fixed_phy添加至fixed_mii_bus；
3. 调用phy_register将该phy_device注册至mdio_bus上。

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? ? ? ? 在linux3.10及之前的版本，并没有提供该接口，若要使用则可以自己添加该接口。以上基本上完成了fixed_mii_bus模块相关接口的介绍，下面我们主要介绍如何使用fixed_mii_bus的接口。

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Mac2mac驱动程序修改流程

上面介绍了fixed_mii_bus模块的接口，下面我们说明一下如何修改一个mac的驱动，实现对fixed_phy的支持。我们从两方面说明（支持设备树、不支持设备树）

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不支持设备树模式的修改流程

1. 在mac驱动对应的platform driver的probe接口中，调用fixed_phy_register，完成fixed_phy的注册；
2. 在该net_device的ndo_open接口中，调用phy_connect接口进行phy_device、net_device的绑定时，可根据"fixed-0:phy_addr"，在mdio_bus上查找对应的phy_device，从而完成phy_device与net_device的绑定。

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支持设备树模式的修改流程

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1. 在mac驱动对应的platform driver的probe接口中，通过获取设备树中针对phy-device的定义（如定义了fixed-link，则说明使用fixed_phy，则调用fixed_phy_register，完成fixed_phy的注册；在4.x的内核提供了接口of_phy_register_fixed_link进行fixed_phy的注册）；
2. 在在该net_device的ndo_open接口中，调用phy_connect接口进行phy_device、net_device的绑定时，可根据"fixed-0:phy_addr"，在mdio_bus上查找对应的phy_device，从而完成phy_device与net_device的绑定。

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通过进行以上的修改，即可让mac驱动支持fixed-phy的支持。

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? ? ?本章完成了fixed-phy的分析，也基本上完成了mdio子系统的介绍，我们分析了mii_bus相关的实现流程以及具体mii_bus驱动的实现步骤；也分析了phy_device、phy_driver、mdio_bus的实现流程，以及net_device与phy_device的绑定（phy_connect）；介绍了phy_device的状态机流转相关的内容；fixed_mii_bus与fixed_phy的实现以及如何修改mac驱动支持fixed_phy。