Merge branch 'master' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/linville/wirel...
[linux-drm-fsl-dcu.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, 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  PHY-specific flags should be set in phydev->dev_flags prior to the call
117  to phy_connect() such that the underlying PHY driver can check for flags
118  and perform specific operations based on them.
119  This is useful if the system has put hardware restrictions on
120  the PHY/controller, of which the PHY needs to be aware.
121
122  interface is a u32 which specifies the connection type used
123  between the controller and the PHY.  Examples are GMII, MII,
124  RGMII, and SGMII.  For a full list, see include/linux/phy.h
125
126  Now just make sure that phydev->supported and phydev->advertising have any
127  values pruned from them which don't make sense for your controller (a 10/100
128  controller may be connected to a gigabit capable PHY, so you would need to
129  mask off SUPPORTED_1000baseT*).  See include/linux/ethtool.h for definitions
130  for these bitfields. Note that you should not SET any bits, or the PHY may
131  get put into an unsupported state.
132
133  Lastly, once the controller is ready to handle network traffic, you call
134  phy_start(phydev).  This tells the PAL that you are ready, and configures the
135  PHY to connect to the network.  If you want to handle your own interrupts,
136  just set phydev->irq to PHY_IGNORE_INTERRUPT before you call phy_start.
137  Similarly, if you don't want to use interrupts, set phydev->irq to PHY_POLL.
138
139  When you want to disconnect from the network (even if just briefly), you call
140  phy_stop(phydev).
141
142 Keeping Close Tabs on the PAL
143
144  It is possible that the PAL's built-in state machine needs a little help to
145  keep your network device and the PHY properly in sync.  If so, you can
146  register a helper function when connecting to the PHY, which will be called
147  every second before the state machine reacts to any changes.  To do this, you
148  need to manually call phy_attach() and phy_prepare_link(), and then call
149  phy_start_machine() with the second argument set to point to your special
150  handler.
151
152  Currently there are no examples of how to use this functionality, and testing
153  on it has been limited because the author does not have any drivers which use
154  it (they all use option 1).  So Caveat Emptor.
155
156 Doing it all yourself
157
158  There's a remote chance that the PAL's built-in state machine cannot track
159  the complex interactions between the PHY and your network device.  If this is
160  so, you can simply call phy_attach(), and not call phy_start_machine or
161  phy_prepare_link().  This will mean that phydev->state is entirely yours to
162  handle (phy_start and phy_stop toggle between some of the states, so you
163  might need to avoid them).
164
165  An effort has been made to make sure that useful functionality can be
166  accessed without the state-machine running, and most of these functions are
167  descended from functions which did not interact with a complex state-machine.
168  However, again, no effort has been made so far to test running without the
169  state machine, so tryer beware.
170
171  Here is a brief rundown of the functions:
172
173  int phy_read(struct phy_device *phydev, u16 regnum);
174  int phy_write(struct phy_device *phydev, u16 regnum, u16 val);
175
176    Simple read/write primitives.  They invoke the bus's read/write function
177    pointers.
178
179  void phy_print_status(struct phy_device *phydev);
180  
181    A convenience function to print out the PHY status neatly.
182
183  int phy_start_interrupts(struct phy_device *phydev);
184  int phy_stop_interrupts(struct phy_device *phydev);
185
186    Requests the IRQ for the PHY interrupts, then enables them for
187    start, or disables then frees them for stop.
188
189  struct phy_device * phy_attach(struct net_device *dev, const char *phy_id,
190                  phy_interface_t interface);
191
192    Attaches a network device to a particular PHY, binding the PHY to a generic
193    driver if none was found during bus initialization.
194
195  int phy_start_aneg(struct phy_device *phydev);
196    
197    Using variables inside the phydev structure, either configures advertising
198    and resets autonegotiation, or disables autonegotiation, and configures
199    forced settings.
200
201  static inline int phy_read_status(struct phy_device *phydev);
202
203    Fills the phydev structure with up-to-date information about the current
204    settings in the PHY.
205
206  int phy_ethtool_sset(struct phy_device *phydev, struct ethtool_cmd *cmd);
207  int phy_ethtool_gset(struct phy_device *phydev, struct ethtool_cmd *cmd);
208
209    Ethtool convenience functions.
210
211  int phy_mii_ioctl(struct phy_device *phydev,
212                  struct mii_ioctl_data *mii_data, int cmd);
213
214    The MII ioctl.  Note that this function will completely screw up the state
215    machine if you write registers like BMCR, BMSR, ADVERTISE, etc.  Best to
216    use this only to write registers which are not standard, and don't set off
217    a renegotiation.
218
219
220 PHY Device Drivers
221
222  With the PHY Abstraction Layer, adding support for new PHYs is
223  quite easy.  In some cases, no work is required at all!  However,
224  many PHYs require a little hand-holding to get up-and-running.
225
226 Generic PHY driver
227
228  If the desired PHY doesn't have any errata, quirks, or special
229  features you want to support, then it may be best to not add
230  support, and let the PHY Abstraction Layer's Generic PHY Driver
231  do all of the work.  
232
233 Writing a PHY driver
234
235  If you do need to write a PHY driver, the first thing to do is
236  make sure it can be matched with an appropriate PHY device.
237  This is done during bus initialization by reading the device's
238  UID (stored in registers 2 and 3), then comparing it to each
239  driver's phy_id field by ANDing it with each driver's
240  phy_id_mask field.  Also, it needs a name.  Here's an example:
241
242    static struct phy_driver dm9161_driver = {
243          .phy_id         = 0x0181b880,
244          .name           = "Davicom DM9161E",
245          .phy_id_mask    = 0x0ffffff0,
246          ...
247    }
248
249  Next, you need to specify what features (speed, duplex, autoneg,
250  etc) your PHY device and driver support.  Most PHYs support
251  PHY_BASIC_FEATURES, but you can look in include/mii.h for other
252  features.
253
254  Each driver consists of a number of function pointers:
255
256    config_init: configures PHY into a sane state after a reset.
257      For instance, a Davicom PHY requires descrambling disabled.
258    probe: Allocate phy->priv, optionally refuse to bind.
259    PHY may not have been reset or had fixups run yet.
260    suspend/resume: power management
261    config_aneg: Changes the speed/duplex/negotiation settings
262    read_status: Reads the current speed/duplex/negotiation settings
263    ack_interrupt: Clear a pending interrupt
264    config_intr: Enable or disable interrupts
265    remove: Does any driver take-down
266
267  Of these, only config_aneg and read_status are required to be
268  assigned by the driver code.  The rest are optional.  Also, it is
269  preferred to use the generic phy driver's versions of these two
270  functions if at all possible: genphy_read_status and
271  genphy_config_aneg.  If this is not possible, it is likely that
272  you only need to perform some actions before and after invoking
273  these functions, and so your functions will wrap the generic
274  ones.
275
276  Feel free to look at the Marvell, Cicada, and Davicom drivers in
277  drivers/net/phy/ for examples (the lxt and qsemi drivers have
278  not been tested as of this writing)
279
280 Board Fixups
281
282  Sometimes the specific interaction between the platform and the PHY requires
283  special handling.  For instance, to change where the PHY's clock input is,
284  or to add a delay to account for latency issues in the data path.  In order
285  to support such contingencies, the PHY Layer allows platform code to register
286  fixups to be run when the PHY is brought up (or subsequently reset).
287
288  When the PHY Layer brings up a PHY it checks to see if there are any fixups
289  registered for it, matching based on UID (contained in the PHY device's phy_id
290  field) and the bus identifier (contained in phydev->dev.bus_id).  Both must
291  match, however two constants, PHY_ANY_ID and PHY_ANY_UID, are provided as
292  wildcards for the bus ID and UID, respectively.
293
294  When a match is found, the PHY layer will invoke the run function associated
295  with the fixup.  This function is passed a pointer to the phy_device of
296  interest.  It should therefore only operate on that PHY.
297
298  The platform code can either register the fixup using phy_register_fixup():
299
300         int phy_register_fixup(const char *phy_id,
301                 u32 phy_uid, u32 phy_uid_mask,
302                 int (*run)(struct phy_device *));
303
304  Or using one of the two stubs, phy_register_fixup_for_uid() and
305  phy_register_fixup_for_id():
306
307  int phy_register_fixup_for_uid(u32 phy_uid, u32 phy_uid_mask,
308                 int (*run)(struct phy_device *));
309  int phy_register_fixup_for_id(const char *phy_id,
310                 int (*run)(struct phy_device *));
311
312  The stubs set one of the two matching criteria, and set the other one to
313  match anything.
314