PHY 链路拓扑

概述

网络堆栈中的 PHY 链路拓扑表示旨在表示任何给定以太网链路的硬件布局。

从用户空间的角度来看，以太网接口只不过是一个 struct net_device，它通过传统的 ioctls 和 ethtool netlink 命令公开配置选项。设计这些配置 API 的基本假设是链路看起来像

+-----------------------+        +----------+      +--------------+
| Ethernet Controller / |        | Ethernet |      | Connector /  |
|       MAC             | ------ |   PHY    | ---- |    Port      | ---... to LP
+-----------------------+        +----------+      +--------------+
struct net_device               struct phy_device

需要配置 PHY 的命令将通过 net_device.phydev 字段到达 PHY 并执行相关配置。

当例如使用 SFP 收发器时（虽然这不是唯一的特定情况），这种假设在更复杂的拓扑中会失效。

这里，我们有 2 个基本场景。要么 MAC 能够输出一个串行接口，可以直接馈送到 SFP 插槽，例如 SGMII、1000BaseX、10GBaseR 等。

然后，链路拓扑如下所示（当插入 SFP 模块时）

+-----+  SGMII  +------------+
| MAC | ------- | SFP Module |
+-----+         +------------+

知道一些模块嵌入了 PHY，实际链路更像是

+-----+  SGMII   +--------------+
| MAC | -------- | PHY (on SFP) |
+-----+          +--------------+

在这种情况下，SFP PHY 由 phylib 处理，并通过 phylink 的 SFP 上游操作注册。

现在一些以太网控制器无法输出串行接口，因此我们无法直接将它们连接到 SFP 插槽。但是，一些 PHY 可以用作媒体转换器，将非串行 MAC MII 接口转换为馈送到 SFP 的串行 MII 接口

+-----+  RGMII  +-----------------------+  SGMII  +--------------+
| MAC | ------- | PHY (media converter) | ------- | PHY (on SFP) |
+-----+         +-----------------------+         +--------------+

这就是拥有单个 net_device.phydev 指针的模型显示其局限性的地方，因为我们现在链路上有 2 个 PHY。

phy_link 拓扑框架旨在提供一种跟踪链路上每个 PHY 的方法，供内核驱动程序和子系统使用，但也向用户空间报告拓扑，允许在配置命令中定位单个 PHY。

API

struct phy_link_topology 是每个网络设备资源，在网络设备创建时初始化。一旦初始化，就可以通过以下方式将 PHY 注册到拓扑

phy_link_topo_add_phy()

除了将 PHY 注册到拓扑之外，此调用还会为 PHY 分配一个唯一的索引，然后可以将其报告给用户空间以引用此 PHY（类似于 ifindex）。此索引是一个 u32，范围从 1 到 U32_MAX。值 0 保留用于指示 PHY 尚未属于任何拓扑。

然后可以通过以下方式从拓扑中删除 PHY

phy_link_topo_del_phy()

这些函数已经挂接到 phylib 子系统中，因此通过 phy_attach_direct() 链接到网络设备的所有 PHY 将自动加入网络设备的拓扑。

如果 SFP 上游是 phylink（因此，没有媒体转换器），SFP 模块上的 PHY 也会自动注册。

可用作 SFP 上游的 PHY 驱动程序需要调用 phy_sfp_attach_phy() 和 phy_sfp_detach_phy()，它们可以用作 struct sfp_upstream_ops 的 .attach_phy / .detach_phy 实现。

UAPI

存在一组 netlink 命令来查询用户空间的链路拓扑，请参阅 Documentation/networking/ethtool-netlink.rst。

拥有拓扑表示的全部意义在于在 struct phy_device 中分配 phyindex 字段。此索引使用 ETHTOOL_MSG_PHY_GET ethtnl 命令报告给用户空间。执行 DUMP 操作将导致列出所有 net_device 中的所有 PHY。DUMP 命令接受在请求中传递 ETHTOOL_A_HEADER_DEV_INDEX 或 ETHTOOL_A_HEADER_DEV_NAME 以将 DUMP 筛选到单个 net_device。

然后可以使用以下 ethnl 命令使用 ETHTOOL_A_HEADER_PHY_INDEX 字段作为请求参数传递检索到的索引

• ETHTOOL_MSG_STRSET_GET 从给定的 PHY 获取统计信息字符串集

• ETHTOOL_MSG_CABLE_TEST_ACT 和 ETHTOOL_MSG_CABLE_TEST_ACT，用于在链路上的给定 PHY 上执行电缆测试（很可能是最外面的 PHY）

• ETHTOOL_MSG_PSE_SET 和 ETHTOOL_MSG_PSE_GET 用于 PHY 控制的 PoE 和 PSE 设置

• ETHTOOL_MSG_PLCA_GET_CFG、ETHTOOL_MSG_PLCA_SET_CFG 和 ETHTOOL_MSG_PLCA_GET_STATUS 用于设置 PLCA（物理层冲突避免）参数

请注意，PHY 索引可以传递给其他请求，如果存在且不相关，这些请求将静默忽略它。