转:Linux PHY几个状态的跟踪

MAC驱动和PHY驱动

PHY一般和具体的MAC控制驱动联系一起，这里以TI的MAC驱动为例，由它切入到PHY驱动。Linux内核通过mdio总线访问、控制PHY，源码实现在driver/net/phy/mdio_bus.c中。下面是mdio扫描、找到并注册phy的过程：

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1. davinci_mdio_probe  
2.  ->mdiobus_register  
3.     -> device_register  
4.     -> mdiobus_scan  
5.          -> get_phy_device  
6.               -> get_phy_id // 读寄存器  
7.               -> phy_device_create  
8.                    -> INIT_DELAYED_WORK(&dev->state_queue, phy_state_machine); // !!!!!!初始化状态机函数  
9.          -> phy_device_register  

在phy_device_create中做了大量的初始化工作，比如默认就是使能自动协商，另外调用 INIT_DELAYED_WORK(&dev->state_queue, phy_state_machine)创建phy的状态机，——实际上它是一个延时工作队列。

cpsw驱动在net_device_ops的ndo_open函数，亦即cpsw_ndo_open中调用cpsw_slave_open，通过 phy_connect与phy连接，同时将cpsw_adjust_link赋值给phy的状态调整函数指针adjust_link。在些过程将将 PHY状态机开启。

这个过程主要的函数如下：

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1. cpsw_ndo_open  
2. -> cpsw_slave_open  
3.    -> phy_connect (传递cpsw_adjust_link)  
4.       -> phy_connect_direct （PHY_READY）  
5.       ->  phy_prepare_link (赋值cpsw_adjust_link为adjust_link)  
6.       -> phy_start_machine  
7.    -> phy_start (PHY_READY变成PHY_UP)  

当系统启动时，经过上述的步骤，一切已经准备妥当。就等着迎接PHY的状态变更了。在这里，需要提及的函数是cpsw_adjust_link，它 调用了_cpsw_adjust_link，之后通知内核其它网络模块当前的状态。这个函数将在phy状态机函数中时时被调用，所以要关注一下。代码如 下：

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1. static void cpsw_adjust_link(struct net_device *ndev)  
2. {  
3.     struct cpsw_priv    *priv = netdev_priv(ndev);  
4.     bool            link = false;  
5.     for_each_slave(priv, _cpsw_adjust_link, priv, &link);  
6.     if (link) {  
7.         netif_carrier_on(ndev); // 通知内核子系统网络，当前链接是OK的  
8.         if (netif_running(ndev))  
9.             netif_wake_queue(ndev);  
10.     } else {  
11.         netif_carrier_off(ndev); // 通知内核子系统网络，当前链接断开了  
12.         netif_stop_queue(ndev);  
13.     }  
14. }  

真正干活(设置)的是这个函数：

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1. static void _cpsw_adjust_link(struct cpsw_slave *slave,  
2.                   struct cpsw_priv *priv, bool *link)  
3. {  
4.     struct phy_device   *phy = slave->phy;  
5.     u32         mac_control = 0;  
6.     u32         slave_port;  
7.     if (!phy)  
8.         return;  
9.     slave_port = cpsw_get_slave_port(priv, slave->slave_num);  
10.     if (phy->link) {  
11.         mac_control = priv->data.mac_control;  
12.         cpsw_ale_control_set(priv->ale, slave_port,  
13.                      ALE_PORT_STATE, ALE_PORT_STATE_FORWARD);  
14.         if (phy->speed == 1000) // 千兆  
15.             mac_control |= BIT(7);    
16.         if (phy->duplex)  
17.             mac_control |= BIT(0);    
18.         if (phy->speed == 100) // 百兆  
19.             mac_control |= BIT(15);  
20.         else if (phy->speed == 10) // 十兆  
21.             mac_control |= BIT(18);   
22.         *link = true;  
23.     } else {  
24.         mac_control = 0;  
25.         cpsw_ale_control_set(priv->ale, slave_port,  
26.                      ALE_PORT_STATE, ALE_PORT_STATE_DISABLE);  
27.     }  
28.     if (mac_control != slave->mac_control) {  
29.         phy_print_status(phy); // 当状态不同时，需要写寄存器时，才打印网络状态  
30.         __raw_writel(mac_control, &slave->sliver->mac_control);  
31.     }  
32.     slave->mac_control = mac_control;  
33. }  

它实际上写mac_control寄存器，这个寄存器控制着速率(千兆、百兆、十兆)和双工。之前不太理解，问了高手，才知道不单单要设置PHY寄 存器，还要设置mac控制模块的寄存器。phy_print_status是phy驱动的通用函数，用以打印网络状态(初步查了下，像Intel的网络驱 动，不调用此函数，等有空再研究研究)。

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1. void phy_print_status(struct phy_device *phydev)  
2. {  
3.     if (phydev->link) {  
4.         netdev_info(phydev->attached_dev,  
5.             "Link is Up - %s/%s - flow control %s\n",  
6.             phy_speed_to_str(phydev->speed),  
7.             DUPLEX_FULL == phydev->duplex ? "Full" : "Half",  
8.             phydev->pause ? "rx/tx" : "off");  
9.     } else  {  
10.         netdev_info(phydev->attached_dev, "Link is Down\n");  
11.     }  
12. }  

其中的phy_speed_to_str函数是将网速转化成字符串，在内核的旧版本上是没有的。

当网络连接时，会打印如下信息：

PHY: 2:50 - Link is Up - 100Mbps/Full - flow control off

当网络断开时，会打印：

PHY: 2:50 - Link is Down

PHY状态机

先看看PHY有的状态定义：

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1. enum phy_state {  
2.     PHY_DOWN = 0, // PHY芯片和驱动没准备好，一般情况下少发生  
3.     PHY_STARTING, // PHY芯片OK了，但驱动还没有准备好  
4.     PHY_READY,    // 准备好了，在probe中赋值，接下来会切到PHY_UP  
5.     PHY_PENDING,  
6.     PHY_UP,       // phy启动了，可以工作了，接下来会到PHY_AN  
7.     PHY_AN,       // 自动协商  
8.     PHY_RUNNING,  //　正在运行中，在网络连接(插上网线)时会到这个状态  
9.     PHY_NOLINK,   // 断网了  
10.     PHY_FORCING,  // 强制，当自动协商不使能时，就会进行此状态(实际上会读PHY寄存器进行设置速率、双工，等)  
11.     PHY_CHANGELINK, // 变化，这个状态很重要，当连接时，会换到PHY_RUNNING，当断网时，会切到PHY_NOLINK  
12.     PHY_HALTED,  
13.     PHY_RESUMING  
14. };  

phy状态变化主要在phy_state_machine函数，该函数一直在运行(每隔一秒检测一次网络状态)，该函数判断不同的网络状态作出不同 的动作。其中CHANGELINK是会根据网络连、断来判断是RUNNING还是NOLINK。这样，就知道网络是连接上还是断开。当连接上网络后(注： 不断开情况)，状态为RUNNING时，之后重新赋值CHANGELINK，到了CHANGELINK又赋值RUNNING，这两种状态之间不断切换。完 整代码如下：

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1. void phy_state_machine(struct work_struct *work)  
2. {  
3.     struct delayed_work *dwork = to_delayed_work(work);  
4.     struct phy_device *phydev =  
5.             container_of(dwork, struct phy_device, state_queue);  
6.     bool needs_aneg = false, do_suspend = false, do_resume = false;  
7.     int err = 0;  
8.     mutex_lock(&phydev->lock);  
9.     if (phydev->drv->link_change_notify)  
10.         phydev->drv->link_change_notify(phydev);  
11.     switch (phydev->state) {  
12.     case PHY_DOWN:  
13.     case PHY_STARTING:  
14.     case PHY_READY:  
15.     case PHY_PENDING:  
16.         break;  
17.     case PHY_UP:  
18.         needs_aneg = true;  
19.         phydev->link_timeout = PHY_AN_TIMEOUT; // 超时，自动协商不成功时，则会在超时后强制设置速率等参数  
20.         break;  
21.     case PHY_AN:  
22.         err = phy_read_status(phydev); // 读phy状态，包括link，速率、双工，等等  
23.         if (err < 0)  
24.             break;  
25.         if (!phydev->link) {  
26.             phydev->state = PHY_NOLINK; // 没有连接，则状态变成PHY_NOLINK  
27.             netif_carrier_off(phydev->attached_dev); // 通知内核其它网络模块(phy是最底一层)断网了。  
28.             phydev->adjust_link(phydev->attached_dev); // 调整参数(速率、双工)  
29.             break;  
30.         }  
31.         err = phy_aneg_done(phydev); // 检测是否完成自动协商  
32.         if (err < 0)  
33.             break;  
34.         if (err > 0) {  
35.             phydev->state = PHY_RUNNING; // 完成后，变成PHY_RUNNING状态  
36.             netif_carrier_on(phydev->attached_dev); // 发通知，连接OK  
37.             phydev->adjust_link(phydev->attached_dev); // 打印、调用参数  
38.         } else if (0 == phydev->link_timeout--)  
39.             needs_aneg = true;  
40.         break;  
41.     case PHY_NOLINK:  
42.         err = phy_read_status(phydev); // 读phy状态，包括link，速率、双工，等等  
43.         if (err)  
44.             break;  
45.         if (phydev->link) { // 在断开网络再连接(即拨掉再插上网线)，就进入此语句  
46.             if (AUTONEG_ENABLE == phydev->autoneg) {  
47.                 err = phy_aneg_done(phydev); // 如果是自动协商使能，就进行自动协商  
48.                 if (err < 0)  
49.                     break;  
50.                 if (!err) {  
51.                     phydev->state = PHY_AN;  
52.                     phydev->link_timeout = PHY_AN_TIMEOUT;  
53.                     break;  
54.                 }  
55.             }  
56.             phydev->state = PHY_RUNNING; // 运行时。。。。。  
57.             netif_carrier_on(phydev->attached_dev);  
58.             phydev->adjust_link(phydev->attached_dev);  
59.         }  
60.         break;  
61.     case PHY_FORCING:  
62.         err = genphy_update_link(phydev); // 先更新状态  
63.         if (err)  
64.             break;  
65.         if (phydev->link) {  
66.             phydev->state = PHY_RUNNING; // 运行。。。  
67.             netif_carrier_on(phydev->attached_dev);  
68.         } else {  
69.             if (0 == phydev->link_timeout--)  
70.                 needs_aneg = true;  
71.         }  
72.         phydev->adjust_link(phydev->attached_dev);  
73.         break;  
74.     case PHY_RUNNING:  
75.         if (!phy_interrupt_is_valid(phydev))  
76.             phydev->state = PHY_CHANGELINK; // 如果是RUNNING，则改变为CHANGELINK。  
77.         break;  
78.     case PHY_CHANGELINK:  
79.         err = phy_read_status(phydev); // 读phy状态，包括link，速率、双工，等等  
80.         if (err)  
81.             break;  
82.         if (phydev->link) {  
83.             phydev->state = PHY_RUNNING; // 连接网络时，则变成RUNNING  
84.             netif_carrier_on(phydev->attached_dev);  
85.         } else {  
86.             phydev->state = PHY_NOLINK;  // 不连网时，变成NOLINK  
87.             netif_carrier_off(phydev->attached_dev);  
88.         }  
89.         phydev->adjust_link(phydev->attached_dev);  
90.         if (phy_interrupt_is_valid(phydev))  
91.             err = phy_config_interrupt(phydev,  
92.                            PHY_INTERRUPT_ENABLED);  
93.         break;  
94.     case PHY_HALTED:  
95.         if (phydev->link) {  
96.             phydev->link = 0;  
97.             netif_carrier_off(phydev->attached_dev);  
98.             phydev->adjust_link(phydev->attached_dev);  
99.             do_suspend = true;  
100.         }  
101.         break;  
102.     case PHY_RESUMING:  
103.         err = phy_clear_interrupt(phydev);  
104.         if (err)  
105.             break;  
106.         err = phy_config_interrupt(phydev, PHY_INTERRUPT_ENABLED);  
107.         if (err)  
108.             break;  
109.         if (AUTONEG_ENABLE == phydev->autoneg) {  
110.             err = phy_aneg_done(phydev);  
111.             if (err < 0)  
112.                 break;  
113.             if (err > 0) {  
114.                 err = phy_read_status(phydev);  
115.                 if (err)  
116.                     break;  
117.                 if (phydev->link) {  
118.                     phydev->state = PHY_RUNNING;  
119.                     netif_carrier_on(phydev->attached_dev);  
120.                 } else  {  
121.                     phydev->state = PHY_NOLINK;  
122.                 }  
123.                 phydev->adjust_link(phydev->attached_dev);  
124.             } else {  
125.                 phydev->state = PHY_AN;  
126.                 phydev->link_timeout = PHY_AN_TIMEOUT;  
127.             }  
128.         } else {  
129.             err = phy_read_status(phydev); // 读phy状态，包括link，速率、双工，等等  
130.             if (err)  
131.                 break;  
132.             if (phydev->link) {  
133.                 phydev->state = PHY_RUNNING;  
134.                 netif_carrier_on(phydev->attached_dev);  
135.             } else  {  
136.                 phydev->state = PHY_NOLINK;  
137.             }  
138.             phydev->adjust_link(phydev->attached_dev);  
139.         }  
140.         do_resume = true;  
141.         break;  
142.     }  
143.     mutex_unlock(&phydev->lock);  
144.     if (needs_aneg)  
145.         err = phy_start_aneg(phydev);  
146.     else if (do_suspend)  
147.         phy_suspend(phydev);  
148.     else if (do_resume)  
149.         phy_resume(phydev);  
150.     if (err < 0)  
151.         phy_error(phydev);  
152.     queue_delayed_work(system_power_efficient_wq, &phydev->state_queue,  
153.                PHY_STATE_TIME * HZ);  
154. }  

经过一大段的分析研究后，当网络发生变化时，就十分清晰了。

PHY状态

上电时状态变化：

PHY_READY -> PHY_UP -> PHY_AN -> PHY_RUNNING

拨出网线时状态变化：

PHY_RUNNING ->PHY_NOLINK

插上网线时状态变化：

PHY_NOLINK -> PHY_RUNNING

自动协商过程：

cpsw_ndo_open->cpsw_slave_open -> PHY_UP -> phy_start_aneg -> genphy_config_aneg -> genphy_config_advert -> genphy_restart_aneg -> PHY_AN -> PHY_NOLINK(串口打印Down) -> phy_aneg_done -> PHY_RUNNING(串口打印Up)

注：在AN后出现NOLINK状态，我猜是因为自动协商需要时间，此时间大于1秒，然后执行到状态机判断成NOLINK，然后判断是否完成自动协商，然后再到RUNNING状态。

本文源码分析基于3.17版本内核，地址：http://lxr.oss.org.cn/source/drivers/net/ethernet/ti/?v=3.17