device的關聯(MDIO模塊分析之五)

前面幾章基本上完成了mdio模塊驅動模型的分析，本篇文章主要講述phy device的狀態機以及phy device與net_device的關聯。Phy device主要是對phy的抽象，而net_device主要是對mac的抽象，而mdio總線以及mii_bus主要用於對phy設備的控制（包括設置phy設備的工作模式、速率模式、是否為自適應、phy的link狀態等），而net_device需要根據phy的工作模式、速率模式、phy的link狀態進行狀態的同步，因此需要將net_device與phy device進行綁定與解綁。本章主要分為兩個方面：

一、phy_device與net_device的綁定與解綁

二、phy device的狀態機

一、phy_device與net_device的綁定與解綁操作。

什麼時候實現phy_device與net_device的綁定與解綁操作？

我們從現有各廠家的net_device驅動可以看到，大致存在兩種模式：

1. 在net_device的probe接口中，根據傳遞的mdio_bus_id、phy_id，查找phy_device並完成net_device與phy_device的關聯；在net_device的remove接口中，完成net_device與phy_device的解綁操作；
2. 在net_device->netdev_ops->ndo_open接口中，據傳遞的mdio_bus_id、phy_id，查找phy_device並完成net_device與phy_device的關聯；在nnet_device->netdev_ops->ndo_stop中，完成net_device與phy_device的解綁操作（即應用層執行ifconfig xxx up/down操作時調用ndo_open/ndo_stop）。

關於phy_device與net_device的綁定與解綁主要涉及如下幾個函數phy_connect、phy_disconnect下面我們分析下這兩個接口的主要工呢

phy_connect分析

該接口主要用來進行一個net_device類型的變量與phy_device類型的變量的關聯、設置phy_device的狀態為PHY_READY，並啟動phy_device的狀態機，詳細處理流程如下圖所示

1. 確認phy_device是否存在（根據傳遞的phy_device_id，在mdio_bus_type中查找phy_deviec）；
2. 若phy_device存在，則進行net_device與phy_device的相互關聯（phy_device->attached_dev、net_device->phydev），並調用phy_driver->config_init完成對phy device的初始化；
3. 啟動phy_device的狀態機對應的延遲隊列。

phy_disconnect分析

phy_disconnect的操作剛好與phy_connect接口的操作相反，主要提供的功能如下：

1. 若phy_device支持中斷，則調用phy_stop_interrupts關閉中斷，並free該中斷；
2. 調用phy_stop_machine接口，關閉該phy_device的狀態機對應的延遲隊列；
3. 解除net_device與phy_device關聯，若該phy_device是與genphy_driver綁定，則調用device_release_driver解除它們之間的綁定關係。

phy_device irq相關說明

在上面的介紹中，我們提到了phy_device的中斷，針對phy_device的中斷而言，當兩個phy之間的link up/down的變化後（兩個phy完成速率協商或者連接斷開時），則會觸發該中斷，從而觸發phy_device的狀態機的轉變（狀態轉換至PHY_RUNNING/PHY_NOLINK）。

那若phy_device不支持中斷模式呢？那就使用PHY_POLL模式，在該模式下則當phy_device處於PHY_RUNNING狀態時，則將phy_device狀態自動切換至PHY_CHANGELINK狀態，而在PHY_CHANGELINK狀態下通過對phy_device的狀態寄存器，確定phy_device處於link up/down狀態。

這類似於之前介紹的MMC部分的mmc card的在位檢測模式（若支持中斷則通過中斷方式通知mmc card的在位與否；若不支持中斷，則進行週期1s的延遲隊列的調度進行輪詢檢測）。但與mmc模塊不同的是，針對phy_device的狀態機對應的延遲隊列而言，不管其phy_device是否支持link up/down中斷，其狀態機對應延遲隊列均為週期1s執行（不支持中斷則由phy_device的狀態機自動切換phy的狀態進行檢測，支持中斷則由中斷處理函數中進行狀態的切換）。

如下即為執行完phy_connect操作後，針對支持phy_device中斷處理接口（phy_interrupt）以及其底半部處理接口（phy_change）與phy_state_machine之間的接口調用關聯。

phy device的狀態機

在調用phy_connect完成net_device與phy_device的關聯後，則啟動phy_device的狀態機流轉對應的延遲隊列調度接口，進行phy_device的狀態流轉操作。如下圖為phy_device的狀態流程圖，下面詳細說明下各狀態的流轉說明：

1. 當調用phy_device_create創建一個phy_device或者調用phy_remove移除phy_device時，即將phy_device的狀態設置為PHY_DOWN；
2. PHY_START狀態，目前在linux3.10的內核中，沒有將phy_device的狀態切換至PHY_START步驟，因此先跳過；
3. 當調用phy_connect完成phy_device與net_device的綁定後，即將phy_device的狀態設置為PHY_READY狀態；或者在phy_device_register、phy_driver_register時完成phy_device與phy_driver的綁定後，也會將其狀態設置為PHY_READY。
4. 當系統調用phy_start接口，且其狀態為PHY_READY時，則將其狀態流轉至PHY_UP狀態（一般在net_device->net_ops->ndo_start中，完成phy_connect調用後，則調用phy_start將phy狀態流轉至PHY_UP）；
5. 在PHY_UP狀態時，若該phy_device設置了自適應，則自動將其狀態流轉至PHY_AN；若該PHY_DEVICE設置為FORCE狀態，則自動將其狀態流轉至PHY_FORCING；
6. 在PHY_AN狀態下，根據讀取的phy_device的狀態寄存器，若linkup，則將其狀態流轉至PHY_RUNNING；否則將其狀態流轉至PHY_NOLINK；
7. 在PHY_NOLINK狀態下，根據讀取的phy_device的狀態寄存器，若linkup，則將其狀態流轉至PHY_RUNNING；
8. 在PHY_FORCING狀態下，若讀取phy_device的狀態寄存器，為linkup，則將其狀態流轉至PHY_RUNNING；
9. PHY_RUNNING狀態下，若phy_device不支持中斷，則將其狀態設置為PHY_CHANGELINK，進行phy_device linkup狀態的輪詢檢測；
10. 在PHY_CHANGELINK狀態下，根據讀取的phy_device的狀態寄存器，若linkup，則將其狀態流轉至PHY_RUNNING；否則則將其狀態設置為PHY_NOLINK；
11. 當各驅動模塊調用phy_stop接口後，則phy_device的狀態跳轉至PHY_HALTED狀態（無條件跳轉，一般在net_device->netdev_ops->ndo_stop中會調用phy_stop）；
12. 僅在phy_device處於PHY_HALTED狀態時，方才會流轉至該PHY_RESUMING狀態，該狀態可跳轉至PHY_AN、PHY_NOLINK、PHY_RUNNING。

以上即為phy_device的狀態，當phy_device處於PHY_RUNNING狀態時（此時調用netif_carrier_on設置net_device狀態），說明兩端的phy協商成功，可進行數據通信。以上phy_device的狀態流轉由接口phy_state_machine實現，該接口的流程圖如下：

主要說明如下：

1. 當phy_device處於PHY_UP狀態時，則phy_device狀態機處理接口，設置needs_aneg為1，調用phy_start_ange接口，進入PHY_AN狀態或PHY_FORCING狀態，進行phy_device的狀態的協商；
2. 在PHY_AN狀態時，則phy_state_machine判斷是否需要將狀態跳轉至PHY_RUNNING或PHY_NOLINK；
3. 在PHY_RUNNING狀態時，若phy_device不支持中斷，則將其狀態跳轉至PHY_CHANNGELINK狀態，由phy_state_machine接口來輪詢判斷phy_device的狀態是否跳轉至PHY_RUNNING/PHY_NOLINK;

而像PHY_DOWN、PHY_START、PHY_READY、PHY_UP、PHY_HALTED、PHY_RESUMING這幾個狀態，一般由外部模塊調用相應的接口進行跳轉，而非phy_state_machine自動流轉。

針對net_device也有相應的狀態定義，如下圖所示主要涉及如下幾個狀態

<code>\tenum netdev_state_t {
\t\t__LINK_STATE_START,
\t\t__LINK_STATE_PRESENT,
\t\t__LINK_STATE_NOCARRIER,
\t\t__LINK_STATE_LINKWATCH_PENDING,
\t\t__LINK_STATE_DORMANT,
};/<code>

結語

以上即是本次的主要內容，主要涉及phy_device與net_device之間的關聯建立以及phy_device的狀態機流轉相關的內容。當phy_device處於PHY_RUNNING狀態時，則將net_device的狀態設置為carrier_on，即可進行mac層及mac層以上的數據通信工作。

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關鍵字: 之五 模塊 Linux