Management Data Input / Output (MDIO) - Technis...

Management Data Input / Output (MDIO) - Technischer Hintergrund

Management Data Input / Output (MDIO) ist ein serieller 2-Draht-Bus, mit dem PHYs oder Geräte der physischen Schicht in Media Access Controllern (MACs) in Gigabit-Ethernet-Geräten verwaltet werden. Die Verwaltung dieser PHYs basiert auf dem Zugriff und der Änderung ihrer verschiedenen Register.

MDIO wurde ursprünglich in Abschnitt 22 von IEEE RFC802.3 definiert. In der ursprünglichen Spezifikation kann eine einzelne MDIO-Schnittstelle auf bis zu 32 Register in 32 verschiedenen PHY-Geräten zugreifen. Diese Register bieten Status- und Steuerinformationen wie: Verbindungsstatus, Geschwindigkeitsfähigkeit und -auswahl, Ausschalten bei geringem Stromverbrauch, Duplexmodus (voll oder halb), automatische Aushandlung, Fehlersignalisierung und Loopback.

Um den wachsenden Anforderungen von 10-Gigabit-Ethernet-Geräten gerecht zu werden, wurden in Abschnitt 45 der 802.3ae-Spezifikation die folgenden Ergänzungen zu MDIO bereitgestellt:

  • Zugriff auf 65.536 Register in 32 verschiedenen Geräten an 32 verschiedenen Ports
  • Zusätzlicher OP-Code und ST-Code für den Zugriff auf das Register für indirekte Adressen für 10-Gigabit-Ethernet
  • End-to-End-Fehlersignalisierung
  • Mehrere Loopback-Punkte
  • Elektrische Niederspannungsspezifikation


Theoretische Funktionweise 

Der MDIO-Bus hat zwei Signale: Management Data Clock (MDC) und Managment Data Input / Ouput (MDIO).

MDIO verfügt über eine spezifische Terminologie zum Definieren der verschiedenen Geräte am Bus. Das Gerät, das den MDIO-Bus steuert, wird als Station Management Entity (STA) identifiziert. Die Zielgeräte, die vom MDC verwaltet werden, werden als MDIO Manageable Devices (MMD) bezeichnet.

Die STA initiiert die gesamte Kommunikation in MDIO und ist für das Ansteuern der Uhr auf MDC verantwortlich. MDC hat eine Frequenz von bis zu 2,5 MHz.

 

Klausel 22
Abschnitt 22 definiert das grundlegende Rahmenformat für die MDIO-Kommunikation (Abbildung 13), das sich aus den folgenden Elementen zusammensetzt:

 

Grundlegendes MDIO-Rahmenformat

Abbildung 13: Grundlegendes MDIO-Rahmenformat

 

 

ST 2 bits Start of Frame (01 for Clause 22)
OP 2 bits OP Code
PHYADRESS 5 bits PHY Address
REGADRESS 5 bits Register Address
TA 2 bits Turnaround time to change bus ownership from STA to MMD if required
DATA 16 bits Data
Driven by STA during write
Driven by MMD during read

 


Das Rahmenformat erlaubt nur eine 5-Bit-Nummer sowohl für die PHY-Adresse als auch für die Registeradresse, wodurch die Anzahl der MMDs begrenzt wird, an die die STA eine Schnittstelle herstellen kann. Darüber hinaus unterstützt Klausel 22 MDIO nur 5-V-tolerante Geräte und verfügt nicht über eine Niederspannungsoption.

 

Klausel 45
Um die Mängel von Abschnitt 22 zu beheben, wurde Abschnitt 45 zur 802.3-Spezifikation hinzugefügt. In Abschnitt 45 wurde die Unterstützung für Niederspannungsgeräte bis zu 1,2 V hinzugefügt und das Rahmenformat (Abbildung 14) erweitert, um den Zugriff auf viele weitere Geräte und Register zu ermöglichen. Einige der Elemente des erweiterten Rahmens ähneln dem Basisdatenrahmen:

 

Erweitertes MDIO-Rahmenformat

Abbildung 14: Erweitertes MDIO-Frame-Format

 

ST 2 bits Start of Frame (00 for Clause 45)
OP 2 bits OP Code
PHYADR 5 bits PHY Address
DEVTYPE 5 bits Device Type
TA 2 bits Turnaround time to change bus ownership from STA to MMD if required
ADDR/DATA 16 bits Address or Data
Driven by STA for address
Driven by STA during write
Driven by MMD during read
Driven by MMD during read-increment-address


Die wichtigste Änderung in Abschnitt 45 ist der Zugriff auf die Register. In Abschnitt 22 gab ein einzelner Frame sowohl die Adresse als auch die zu lesenden oder zu schreibenden Daten an. Klausel 45 ändert dieses Paradigma. Zuerst wird ein Adressrahmen gesendet, um die MMD und das Register anzugeben. Ein zweiter Rahmen wird dann gesendet, um das Lesen oder Schreiben durchzuführen.

Das Hinzufügen dieses Zugriffs mit zwei Zyklen hat den Vorteil, dass Klausel 45 abwärtskompatibel mit Klausel 22 ist, sodass Geräte miteinander interagieren können. Zweitens wird durch Erstellen eines Adressrahmens der Registeradressraum von 5 Bit auf 16 Bit erhöht, wodurch eine STA auf 65.536 verschiedene Register zugreifen kann.

Um dies zu erreichen, wurden verschiedene Änderungen an der Zusammensetzung des Datenrahmens vorgenommen. Ein neuer ST-Code (00) wird definiert, um Datenrahmen von Klausel 45 zu identifizieren. Die OP-Codes wurden erweitert, um einen Adressrahmen, einen Schreibrahmen, einen Leserahmen oder einen Inkrement-Adressrahmen zum Lesen und Nachlesen anzugeben. Da die Registeradresse nicht mehr benötigt wird, wird dieses Feld durch DEVTYPE ersetzt, um den Zielgerätetyp anzugeben. Der erweiterte Gerätetyp ermöglicht der STA den Zugriff auf andere Geräte zusätzlich zu PHYs.

 

MDIO Protokoll Analyzer

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