Merge branch 'for-linus' of git://git.open-osd.org/linux-open-osd
[sfrench/cifs-2.6.git] / Documentation / networking / phy.txt
1
2 -------
3 PHY Abstraction Layer
4 (Updated 2008-04-08)
5
6 Purpose
7
8  Most network devices consist of set of registers which provide an interface
9  to a MAC layer, which communicates with the physical connection through a
10  PHY.  The PHY concerns itself with negotiating link parameters with the link
11  partner on the other side of the network connection (typically, an ethernet
12  cable), and provides a register interface to allow drivers to determine what
13  settings were chosen, and to configure what settings are allowed.
14
15  While these devices are distinct from the network devices, and conform to a
16  standard layout for the registers, it has been common practice to integrate
17  the PHY management code with the network driver.  This has resulted in large
18  amounts of redundant code.  Also, on embedded systems with multiple (and
19  sometimes quite different) ethernet controllers connected to the same 
20  management bus, it is difficult to ensure safe use of the bus.
21
22  Since the PHYs are devices, and the management busses through which they are
23  accessed are, in fact, busses, the PHY Abstraction Layer treats them as such.
24  In doing so, it has these goals:
25
26    1) Increase code-reuse
27    2) Increase overall code-maintainability
28    3) Speed development time for new network drivers, and for new systems
29  
30  Basically, this layer is meant to provide an interface to PHY devices which
31  allows network driver writers to write as little code as possible, while
32  still providing a full feature set.
33
34 The MDIO bus
35
36  Most network devices are connected to a PHY by means of a management bus.
37  Different devices use different busses (though some share common interfaces).
38  In order to take advantage of the PAL, each bus interface needs to be
39  registered as a distinct device.
40
41  1) read and write functions must be implemented.  Their prototypes are:
42
43      int write(struct mii_bus *bus, int mii_id, int regnum, u16 value);
44      int read(struct mii_bus *bus, int mii_id, int regnum);
45
46    mii_id is the address on the bus for the PHY, and regnum is the register
47    number.  These functions are guaranteed not to be called from interrupt
48    time, so it is safe for them to block, waiting for an interrupt to signal
49    the operation is complete
50  
51  2) A reset function is necessary.  This is used to return the bus to an
52    initialized state.
53
54  3) A probe function is needed.  This function should set up anything the bus
55    driver needs, setup the mii_bus structure, and register with the PAL using
56    mdiobus_register.  Similarly, there's a remove function to undo all of
57    that (use mdiobus_unregister).
58  
59  4) Like any driver, the device_driver structure must be configured, and init
60    exit functions are used to register the driver.
61
62  5) The bus must also be declared somewhere as a device, and registered.
63
64  As an example for how one driver implemented an mdio bus driver, see
65  drivers/net/ethernet/freescale/fsl_pq_mdio.c and an associated DTS file
66  for one of the users. (e.g. "git grep fsl,.*-mdio arch/powerpc/boot/dts/")
67
68 Connecting to a PHY
69
70  Sometime during startup, the network driver needs to establish a connection
71  between the PHY device, and the network device.  At this time, the PHY's bus
72  and drivers need to all have been loaded, so it is ready for the connection.
73  At this point, there are several ways to connect to the PHY:
74
75  1) The PAL handles everything, and only calls the network driver when
76    the link state changes, so it can react.
77
78  2) The PAL handles everything except interrupts (usually because the
79    controller has the interrupt registers).
80
81  3) The PAL handles everything, but checks in with the driver every second,
82    allowing the network driver to react first to any changes before the PAL
83    does.
84  
85  4) The PAL serves only as a library of functions, with the network device
86    manually calling functions to update status, and configure the PHY
87
88
89 Letting the PHY Abstraction Layer do Everything
90
91  If you choose option 1 (The hope is that every driver can, but to still be
92  useful to drivers that can't), connecting to the PHY is simple:
93
94  First, you need a function to react to changes in the link state.  This
95  function follows this protocol:
96
97    static void adjust_link(struct net_device *dev);
98  
99  Next, you need to know the device name of the PHY connected to this device. 
100  The name will look something like, "0:00", where the first number is the
101  bus id, and the second is the PHY's address on that bus.  Typically,
102  the bus is responsible for making its ID unique.
103  
104  Now, to connect, just call this function:
105  
106    phydev = phy_connect(dev, phy_name, &adjust_link, flags, interface);
107
108  phydev is a pointer to the phy_device structure which represents the PHY.  If
109  phy_connect is successful, it will return the pointer.  dev, here, is the
110  pointer to your net_device.  Once done, this function will have started the
111  PHY's software state machine, and registered for the PHY's interrupt, if it
112  has one.  The phydev structure will be populated with information about the
113  current state, though the PHY will not yet be truly operational at this
114  point.
115
116  flags is a u32 which can optionally contain phy-specific flags.
117  This is useful if the system has put hardware restrictions on
118  the PHY/controller, of which the PHY needs to be aware.
119
120  interface is a u32 which specifies the connection type used
121  between the controller and the PHY.  Examples are GMII, MII,
122  RGMII, and SGMII.  For a full list, see include/linux/phy.h
123
124  Now just make sure that phydev->supported and phydev->advertising have any
125  values pruned from them which don't make sense for your controller (a 10/100
126  controller may be connected to a gigabit capable PHY, so you would need to
127  mask off SUPPORTED_1000baseT*).  See include/linux/ethtool.h for definitions
128  for these bitfields. Note that you should not SET any bits, or the PHY may
129  get put into an unsupported state.
130
131  Lastly, once the controller is ready to handle network traffic, you call
132  phy_start(phydev).  This tells the PAL that you are ready, and configures the
133  PHY to connect to the network.  If you want to handle your own interrupts,
134  just set phydev->irq to PHY_IGNORE_INTERRUPT before you call phy_start.
135  Similarly, if you don't want to use interrupts, set phydev->irq to PHY_POLL.
136
137  When you want to disconnect from the network (even if just briefly), you call
138  phy_stop(phydev).
139
140 Keeping Close Tabs on the PAL
141
142  It is possible that the PAL's built-in state machine needs a little help to
143  keep your network device and the PHY properly in sync.  If so, you can
144  register a helper function when connecting to the PHY, which will be called
145  every second before the state machine reacts to any changes.  To do this, you
146  need to manually call phy_attach() and phy_prepare_link(), and then call
147  phy_start_machine() with the second argument set to point to your special
148  handler.
149
150  Currently there are no examples of how to use this functionality, and testing
151  on it has been limited because the author does not have any drivers which use
152  it (they all use option 1).  So Caveat Emptor.
153
154 Doing it all yourself
155
156  There's a remote chance that the PAL's built-in state machine cannot track
157  the complex interactions between the PHY and your network device.  If this is
158  so, you can simply call phy_attach(), and not call phy_start_machine or
159  phy_prepare_link().  This will mean that phydev->state is entirely yours to
160  handle (phy_start and phy_stop toggle between some of the states, so you
161  might need to avoid them).
162
163  An effort has been made to make sure that useful functionality can be
164  accessed without the state-machine running, and most of these functions are
165  descended from functions which did not interact with a complex state-machine.
166  However, again, no effort has been made so far to test running without the
167  state machine, so tryer beware.
168
169  Here is a brief rundown of the functions:
170
171  int phy_read(struct phy_device *phydev, u16 regnum);
172  int phy_write(struct phy_device *phydev, u16 regnum, u16 val);
173
174    Simple read/write primitives.  They invoke the bus's read/write function
175    pointers.
176
177  void phy_print_status(struct phy_device *phydev);
178  
179    A convenience function to print out the PHY status neatly.
180
181  int phy_start_interrupts(struct phy_device *phydev);
182  int phy_stop_interrupts(struct phy_device *phydev);
183
184    Requests the IRQ for the PHY interrupts, then enables them for
185    start, or disables then frees them for stop.
186
187  struct phy_device * phy_attach(struct net_device *dev, const char *phy_id,
188                  u32 flags, phy_interface_t interface);
189
190    Attaches a network device to a particular PHY, binding the PHY to a generic
191    driver if none was found during bus initialization.  Passes in
192    any phy-specific flags as needed.
193
194  int phy_start_aneg(struct phy_device *phydev);
195    
196    Using variables inside the phydev structure, either configures advertising
197    and resets autonegotiation, or disables autonegotiation, and configures
198    forced settings.
199
200  static inline int phy_read_status(struct phy_device *phydev);
201
202    Fills the phydev structure with up-to-date information about the current
203    settings in the PHY.
204
205  int phy_ethtool_sset(struct phy_device *phydev, struct ethtool_cmd *cmd);
206  int phy_ethtool_gset(struct phy_device *phydev, struct ethtool_cmd *cmd);
207
208    Ethtool convenience functions.
209
210  int phy_mii_ioctl(struct phy_device *phydev,
211                  struct mii_ioctl_data *mii_data, int cmd);
212
213    The MII ioctl.  Note that this function will completely screw up the state
214    machine if you write registers like BMCR, BMSR, ADVERTISE, etc.  Best to
215    use this only to write registers which are not standard, and don't set off
216    a renegotiation.
217
218
219 PHY Device Drivers
220
221  With the PHY Abstraction Layer, adding support for new PHYs is
222  quite easy.  In some cases, no work is required at all!  However,
223  many PHYs require a little hand-holding to get up-and-running.
224
225 Generic PHY driver
226
227  If the desired PHY doesn't have any errata, quirks, or special
228  features you want to support, then it may be best to not add
229  support, and let the PHY Abstraction Layer's Generic PHY Driver
230  do all of the work.  
231
232 Writing a PHY driver
233
234  If you do need to write a PHY driver, the first thing to do is
235  make sure it can be matched with an appropriate PHY device.
236  This is done during bus initialization by reading the device's
237  UID (stored in registers 2 and 3), then comparing it to each
238  driver's phy_id field by ANDing it with each driver's
239  phy_id_mask field.  Also, it needs a name.  Here's an example:
240
241    static struct phy_driver dm9161_driver = {
242          .phy_id         = 0x0181b880,
243          .name           = "Davicom DM9161E",
244          .phy_id_mask    = 0x0ffffff0,
245          ...
246    }
247
248  Next, you need to specify what features (speed, duplex, autoneg,
249  etc) your PHY device and driver support.  Most PHYs support
250  PHY_BASIC_FEATURES, but you can look in include/mii.h for other
251  features.
252
253  Each driver consists of a number of function pointers:
254
255    config_init: configures PHY into a sane state after a reset.
256      For instance, a Davicom PHY requires descrambling disabled.
257    probe: Does any setup needed by the driver
258    suspend/resume: power management
259    config_aneg: Changes the speed/duplex/negotiation settings
260    read_status: Reads the current speed/duplex/negotiation settings
261    ack_interrupt: Clear a pending interrupt
262    config_intr: Enable or disable interrupts
263    remove: Does any driver take-down
264
265  Of these, only config_aneg and read_status are required to be
266  assigned by the driver code.  The rest are optional.  Also, it is
267  preferred to use the generic phy driver's versions of these two
268  functions if at all possible: genphy_read_status and
269  genphy_config_aneg.  If this is not possible, it is likely that
270  you only need to perform some actions before and after invoking
271  these functions, and so your functions will wrap the generic
272  ones.
273
274  Feel free to look at the Marvell, Cicada, and Davicom drivers in
275  drivers/net/phy/ for examples (the lxt and qsemi drivers have
276  not been tested as of this writing)
277
278 Board Fixups
279
280  Sometimes the specific interaction between the platform and the PHY requires
281  special handling.  For instance, to change where the PHY's clock input is,
282  or to add a delay to account for latency issues in the data path.  In order
283  to support such contingencies, the PHY Layer allows platform code to register
284  fixups to be run when the PHY is brought up (or subsequently reset).
285
286  When the PHY Layer brings up a PHY it checks to see if there are any fixups
287  registered for it, matching based on UID (contained in the PHY device's phy_id
288  field) and the bus identifier (contained in phydev->dev.bus_id).  Both must
289  match, however two constants, PHY_ANY_ID and PHY_ANY_UID, are provided as
290  wildcards for the bus ID and UID, respectively.
291
292  When a match is found, the PHY layer will invoke the run function associated
293  with the fixup.  This function is passed a pointer to the phy_device of
294  interest.  It should therefore only operate on that PHY.
295
296  The platform code can either register the fixup using phy_register_fixup():
297
298         int phy_register_fixup(const char *phy_id,
299                 u32 phy_uid, u32 phy_uid_mask,
300                 int (*run)(struct phy_device *));
301
302  Or using one of the two stubs, phy_register_fixup_for_uid() and
303  phy_register_fixup_for_id():
304
305  int phy_register_fixup_for_uid(u32 phy_uid, u32 phy_uid_mask,
306                 int (*run)(struct phy_device *));
307  int phy_register_fixup_for_id(const char *phy_id,
308                 int (*run)(struct phy_device *));
309
310  The stubs set one of the two matching criteria, and set the other one to
311  match anything.
312