linux网络设备—PHY

 

linux网络设备—PHY

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一.结构体

1.PHY设备

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1. struct phy_device {  
2.     struct phy_driver *drv; //PHY设备驱动  
3.     struct mii_bus *bus;    //对应的MII总线  
4.     struct device dev;  //设备文件  
5.     u32 phy_id; //PHY ID  
6.     enum phy_state state;   //PHY状态  
7.     u32 dev_flags;  
8.     phy_interface_t interface;  //PHY接口  
9.     int addr;   //PHY 总线地址(0~31)  
10.     int speed;  //速度  
11.     int duplex; //双工模式  
12.     int pause;  //停止  
13.     int asym_pause; //  
14.     int link;     
15.     u32 interrupts; //中断使能标志  
16.     u32 supported;    
17.     u32 advertising;  
18.     int autoneg;  
19.     int link_timeout;   //026  
20.     int irq;    //中断号  
21.     void *priv; //私有数据  
22.     struct work_struct phy_queue;   //PHY工作队列  
23.     struct delayed_work state_queue;    //PHY延时工作队列  
24.     atomic_t irq_disable;     
25.     struct mutex lock;  
26.     struct net_device *attached_dev;    //网络设备  
27.     void (*adjust_link)(struct net_device *dev);  
28.     void (*adjust_state)(struct net_device *dev);  
29. };  

2.PHY驱动

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1. struct phy_driver {  
2.     u32 phy_id;     //PHY ID  
3.     char *name;     //PHY名  
4.     unsigned int phy_id_mask;  
5.     u32 features;   //特性  
6.     u32 flags;  //标记  
7.     int (*config_init)(struct phy_device *phydev);  //配置初始化  
8.     int (*probe)(struct phy_device *phydev);    //探测到 probe方法  
9.     int (*suspend)(struct phy_device *phydev);  //唤醒  
10.     int (*resume)(struct phy_device *phydev);   //挂起  
11.     int (*config_aneg)(struct phy_device *phydev);  //支援(Auto-negotiation)配置  
12.     int (*read_status)(struct phy_device *phydev);  //读支援(Auto-negotiation)状态  
13.     int (*ack_interrupt)(struct phy_device *phydev);    //清中断  
14.     int (*config_intr)(struct phy_device *phydev);  //使能/禁用 中断  
15.     int (*did_interrupt)(struct phy_device *phydev);    //判断是否由中断  
16.     void (*remove)(struct phy_device *phydev);  //移除  
17.     int  (*hwtstamp)(struct phy_device *phydev, struct ifreq *ifr); //时间戳处理  
18.     bool (*rxtstamp)(struct phy_device *dev, struct sk_buff *skb, int type);    //接收时间戳  
19.     void (*txtstamp)(struct phy_device *dev, struct sk_buff *skb, int type);    //发送时间戳  
20.     struct device_driver driver;    //设备驱动文件  
21. };  

二.设备与驱动的注册函数

1.注册PHY设备

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1. int phy_device_register(struct phy_device *phydev)  
2. {  
3.     int err;  
4.     if (phydev->bus->phy_map[phydev->addr])    //判断PHY是否已经给注册了  
5.         return -EINVAL;  
6.     phydev->bus->phy_map[phydev->addr] = phydev;   //添加PHY到总线的phy_map里  
7.     phy_scan_fixups(phydev);    //执行匹配的fixups  
8.     err = device_register(&phydev->dev); //注册设备  
9.     if (err) {  
10.         pr_err("phy %d failed to register\n", phydev->addr);  
11.         goto out;  
12.     }  
13.     return 0;  
14.  out:  
15.     phydev->bus->phy_map[phydev->addr] = NULL;  
16.     return err;  
17. }  
18. EXPORT_SYMBOL(phy_device_register);  

PHY的设备一般是动态注册的在注册之前一般会调用get_phy_device函数

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1. struct phy_device * get_phy_device(struct mii_bus *bus, int addr)  
2. {  
3.     struct phy_device *dev = NULL;  
4.     u32 phy_id;  
5.     int r;  
6.     r = get_phy_id(bus, addr, &phy_id); //获取PHY ID  
7.     if (r)  
8.         return ERR_PTR(r);  
9.     if ((phy_id & 0x1fffffff) == 0x1fffffff)  
10.         return NULL;  
11.     dev = phy_device_create(bus, addr, phy_id); //创建PHY设备  
12.     return dev;  
13. }  
14. EXPORT_SYMBOL(get_phy_device);  

获取PHY ID

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1. int get_phy_id(struct mii_bus *bus, int addr, u32 *phy_id)  
2. {  
3.     int phy_reg;  
4.     //调用PHY的总线也就是mii总线的读方法获取PHY ID  
5.     phy_reg = bus->read(bus, addr, MII_PHYSID1); //获取PHYS ID1命令  
6.     if (phy_reg < 0)  
7.         return -EIO;  
8.     *phy_id = (phy_reg & 0xffff) << 16;  
9.     phy_reg = bus->read(bus, addr, MII_PHYSID2); //获取PHYS ID1命令  
10.     if (phy_reg < 0)  
11.         return -EIO;  
12.     *phy_id |= (phy_reg & 0xffff);  
13.     return 0;  
14. }  
15. EXPORT_SYMBOL(get_phy_id);  

创建PHY设备

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1. static struct phy_device* phy_device_create(struct mii_bus *bus,int addr, int phy_id)  
2. {  
3.     struct phy_device *dev;  
4.     dev = kzalloc(sizeof(*dev), GFP_KERNEL);    //分配phy设备内存  
5.     if (NULL == dev)  
6.         return (struct phy_device*) PTR_ERR((void*)-ENOMEM);  
7.     dev->dev.release = phy_device_release;  
8.     dev->speed = 0;  //速度  
9.     dev->duplex = -1;    //双工模式  
10.     dev->pause = dev->asym_pause = 0;  
11.     dev->link = 1;     
12.     dev->interface = PHY_INTERFACE_MODE_GMII;    //接口模式GMII  
13.     dev->autoneg = AUTONEG_ENABLE;   //自动使能  
14.     dev->addr = addr; //地址  
15.     dev->phy_id = phy_id; //PHY ID  
16.     dev->bus = bus;  //mii总线  
17.     dev->dev.parent = bus->parent;    //父设备  
18.     dev->dev.bus = &mdio_bus_type;   //总线类型  
19.     dev->irq = bus->irq != NULL ? bus->irq[addr] : PHY_POLL;   //中断/轮询  
20.     dev_set_name(&dev->dev, PHY_ID_FMT, bus->id, addr);   //PHY 设备文件名  
21.     dev->state = PHY_DOWN;   //状态DOWN  
22.     mutex_init(&dev->lock);  
23.     INIT_DELAYED_WORK(&dev->state_queue, phy_state_machine);    //初始化PHY状态机  
24.     request_module(MDIO_MODULE_PREFIX MDIO_ID_FMT, MDIO_ID_ARGS(phy_id));  
25.     return dev;  
26. }  

2.注册PHY驱动

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1. int phy_driver_register(struct phy_driver *new_driver)  
2. {  
3.     int retval;  
4.     new_driver->driver.name = new_driver->name;   //驱动名  
5.     new_driver->driver.bus = &mdio_bus_type; //总线类型  
6.     new_driver->driver.probe = phy_probe;    //探测函数  
7.     new_driver->driver.remove = phy_remove;  //移除函数  
8.     retval = driver_register(&new_driver->driver);   //注册设备驱动  
9.     if (retval) {  
10.         printk(KERN_ERR "%s: Error %d in registering driver\n",new_driver->name, retval);  
11.         return retval;  
12.     }  
13.     pr_debug("%s: Registered new driver\n", new_driver->name);  
14.     return 0;  
15. }  
16. EXPORT_SYMBOL(phy_driver_register);  

3.匹配

PHY设备和PHY驱动的总线类型都是mdio_bus_type

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1. struct bus_type mdio_bus_type = {  
2.     .name       = "mdio_bus",  
3.     .match      = mdio_bus_match,   //匹配方法  
4.     .pm     = MDIO_BUS_PM_OPS,  
5. };  
6. EXPORT_SYMBOL(mdio_bus_type);  

匹配函数mdio_bus_match

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1. static int mdio_bus_match(struct device *dev, struct device_driver *drv)  
2. {  
3.     struct phy_device *phydev = to_phy_device(dev); //获取PHY设备  
4.     struct phy_driver *phydrv = to_phy_driver(drv); //获取PHY驱动  
5.     return ((phydrv->phy_id & phydrv->phy_id_mask) ==(phydev->phy_id & phydrv->phy_id_mask));   //比较phy_id  
6. }  

匹配成功就会调用phy驱动的probe方法,也即是phy_probe

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1. static int phy_probe(struct device *dev)  
2. {  
3.     struct phy_device *phydev;  
4.     struct phy_driver *phydrv;  
5.     struct device_driver *drv;  
6.     int err = 0;  
7.     phydev = to_phy_device(dev);    //获取PHY设备  
8.     drv = get_driver(phydev->dev.driver);  
9.     phydrv = to_phy_driver(drv);    //获取PHY驱动  
10.     phydev->drv = phydrv;    //捆绑一下  
11.     if (!(phydrv->flags & PHY_HAS_INTERRUPT))    //设置中断方式  
12.         phydev->irq = PHY_POLL;  
13.     mutex_lock(&phydev->lock);  
14.     phydev->supported = phydrv->features; //设置PHY设备特性  
15.     phydev->advertising = phydrv->features;   //设置PHY设备特性  
16.     phydev->state = PHY_READY;   //状态设置为"准备好"  
17.     if (phydev->drv->probe)   //如果驱动有probe方法  
18.         err = phydev->drv->probe(phydev); //则调用  
19.     mutex_unlock(&phydev->lock);  
20.     return err;  
21. }  

三.初始化过程

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1. static int __init phy_init(void)  
2. {  
3.     int rc;  
4.     rc = mdio_bus_init();   //初始化mdio总线  
5.     if (rc)  
6.         return rc;  
7.     rc = phy_driver_register(&genphy_driver);   //注册通用的PHY设备驱动  
8.     if (rc)  
9.         mdio_bus_exit();  
10.     return rc;  
11. }  

初始化过程主要是初始化mdio总线

接着注册通用的PHY设备驱动

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1. static struct phy_driver genphy_driver = {  
2.     .phy_id = 0xffffffff,  
3.     .phy_id_mask = 0xffffffff,  
4.     .name   = "Generic PHY",  
5.     .config_init = genphy_config_init, //初始化函数  
6.     .features   = 0,  
7.     .config_aneg = genphy_config_aneg, //配置 支援(Auto-negotiation)  
8.     .read_status = genphy_read_status, //读状态  
9.     .suspend    = genphy_suspend,  
10.     .resume = genphy_resume,  
11.     .driver = {.owner= THIS_MODULE, },  
12. };  

初始化配置方法

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1. static int genphy_config_init(struct phy_device *phydev)  
2. {  
3.     int val;  
4.     u32 features;  
5.     //默认支持特性  
6.     features = (SUPPORTED_TP | SUPPORTED_MII| SUPPORTED_AUI | SUPPORTED_FIBRE |SUPPORTED_BNC);  
7.     val = phy_read(phydev, MII_BMSR);   //读基础状态  
8.     if (val < 0)  
9.         return val;  
10.     if (val & BMSR_ANEGCAPABLE) //支持(auto-negotiation)  
11.         features |= SUPPORTED_Autoneg;  
12.     if (val & BMSR_100FULL) //100兆全双工  
13.         features |= SUPPORTED_100baseT_Full;  
14.     if (val & BMSR_100HALF) //100兆半双工  
15.         features |= SUPPORTED_100baseT_Half;  
16.     if (val & BMSR_10FULL)  //10兆全双工  
17.         features |= SUPPORTED_10baseT_Full;  
18.     if (val & BMSR_10HALF)  //10兆半双工  
19.         features |= SUPPORTED_10baseT_Half;  
20.     if (val & BMSR_ESTATEN) {  
21.         val = phy_read(phydev, MII_ESTATUS);    //读扩展状态  
22.         if (val < 0)  
23.             return val;  
24.         if (val & ESTATUS_1000_TFULL)   //1000兆全双工  
25.             features |= SUPPORTED_1000baseT_Full;  
26.         if (val & ESTATUS_1000_THALF)   //1000兆半双工  
27.             features |= SUPPORTED_1000baseT_Half;  
28.     }  
29.     phydev->supported = features;    //PHY特性  
30.     phydev->advertising = features;  
31.     return 0;  
32. }  

四.PHY状态机

1.状态分类

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1. enum phy_state {  
2.     PHY_DOWN=0,  
3.     PHY_STARTING,   //开始  
4.     PHY_READY,  //准备好  
5.     PHY_PENDING,    //挂起  
6.     PHY_UP,     //开启  
7.     PHY_AN,     //判断连接状态中 negotiating  
8.     PHY_RUNNING,    //运行  
9.     PHY_NOLINK, //开启 未连接  
10.     PHY_FORCING,    //设置中  
11.     PHY_CHANGELINK, //连接状态改变  
12.     PHY_HALTED, //停止  
13.     PHY_RESUMING    //唤醒  
14. };  

2.状态机phy_state_machine

在phy_device_create函数中,开启了状态机

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1. void phy_state_machine(struct work_struct *work)  
2. {  
3.     struct delayed_work *dwork = to_delayed_work(work);  
4.     struct phy_device *phydev = container_of(dwork, struct phy_device, state_queue);  
5.     int needs_aneg = 0;  
6.     int err = 0;  
7.     mutex_lock(&phydev->lock);  
8.     if (phydev->adjust_state)  
9.         phydev->adjust_state(phydev->attached_dev);  
10.     switch(phydev->state) {  
11.         case PHY_DOWN:      //关闭((ifconfig eth0 down)  
12.         case PHY_STARTING:  //开始  
13.         case PHY_READY:     //准备好  
14.         case PHY_PENDING:   //挂起  
15.             break;  
16.         case PHY_UP:    //开启(ifconfig eth0 up)  
17.             needs_aneg = 1;  
18.             phydev->link_timeout = PHY_AN_TIMEOUT;  
19.             break;  
20.         case PHY_AN:    //判断连接状态中 negotiating  
21.             err = phy_read_status(phydev);  
22.             if (err < 0)  
23.                 break;  
24.             if (!phydev->link) {  
25.                 phydev->state = PHY_NOLINK;  
26.                 netif_carrier_off(phydev->attached_dev);  
27.                 phydev->adjust_link(phydev->attached_dev);  
28.                 break;  
29.             }  
30.             err = phy_aneg_done(phydev);  
31.             if (err < 0)  
32.                 break;  
33.             if (err > 0) {  
34.                 phydev->state = PHY_RUNNING;  
35.                 netif_carrier_on(phydev->attached_dev);  
36.                 phydev->adjust_link(phydev->attached_dev);  
37.   
38.             }   
39.             else if (0 == phydev->link_timeout--) {  
40.                 int idx;  
41.                 needs_aneg = 1;  
42.                 if (phydev->drv->flags & PHY_HAS_MAGICANEG)  
43.                     break;  
44.                 idx = phy_find_valid(0, phydev->supported);  
45.                 phydev->speed = settings[idx].speed;  
46.                 phydev->duplex = settings[idx].duplex;  
47.                 phydev->autoneg = AUTONEG_DISABLE;  
48.                 pr_info("Trying %d/%s\n", phydev->speed,DUPLEX_FULL ==phydev->duplex ?"FULL" : "HALF");  
49.             }  
50.             break;  
51.         case PHY_NOLINK:    //开启 未连接  
52.             err = phy_read_status(phydev);  
53.             if (err)  
54.                 break;  
55.             if (phydev->link) {  
56.                 phydev->state = PHY_RUNNING;  
57.                 netif_carrier_on(phydev->attached_dev);  
58.                 phydev->adjust_link(phydev->attached_dev);  
59.             }  
60.             break;  
61.         case PHY_FORCING:   //设置中  
62.             err = genphy_update_link(phydev);  
63.             if (err)  
64.                 break;  
65.             if (phydev->link) {  
66.                 phydev->state = PHY_RUNNING;  
67.                 netif_carrier_on(phydev->attached_dev);  
68.             }   
69.             else {  
70.                 if (0 == phydev->link_timeout--) {  
71.                     phy_force_reduction(phydev);  
72.                     needs_aneg = 1;  
73.                 }  
74.             }  
75.             phydev->adjust_link(phydev->attached_dev);  
76.             break;  
77.         case PHY_RUNNING:   //运行  
78.             if (PHY_POLL == phydev->irq)  
79.                 phydev->state = PHY_CHANGELINK;  
80.             break;  
81.         case PHY_CHANGELINK:    //连接状态改变  
82.             err = phy_read_status(phydev);  
83.             if (err)  
84.                 break;  
85.             if (phydev->link) {  
86.                 phydev->state = PHY_RUNNING;  
87.                 netif_carrier_on(phydev->attached_dev);  
88.             }   
89.             else {  
90.                 phydev->state = PHY_NOLINK;  
91.                 netif_carrier_off(phydev->attached_dev);  
92.             }  
93.             phydev->adjust_link(phydev->attached_dev);  
94.             if (PHY_POLL != phydev->irq)  
95.                 err = phy_config_interrupt(phydev,PHY_INTERRUPT_ENABLED);  
96.             break;  
97.         case PHY_HALTED:    //停止  
98.             if (phydev->link) {  
99.                 phydev->link = 0;  
100.                 netif_carrier_off(phydev->attached_dev);  
101.                 phydev->adjust_link(phydev->attached_dev);  
102.             }  
103.             break;  
104.         case PHY_RESUMING:  //唤醒  
105.             err = phy_clear_interrupt(phydev);  
106.             if (err)  
107.                 break;  
108.             err = phy_config_interrupt(phydev,PHY_INTERRUPT_ENABLED);  
109.             if (err)  
110.                 break;  
111.             if (AUTONEG_ENABLE == phydev->autoneg) {  
112.                 err = phy_aneg_done(phydev);  
113.                 if (err < 0)  
114.                     break;  
115.                 if (err > 0) {  
116.                     err = phy_read_status(phydev);  
117.                     if (err)  
118.                         break;  
119.                     if (phydev->link) {  
120.                         phydev->state = PHY_RUNNING;  
121.                         netif_carrier_on(phydev->attached_dev);  
122.                     }   
123.                     else  
124.                         phydev->state = PHY_NOLINK;  
125.                     phydev->adjust_link(phydev->attached_dev);  
126.                 }   
127.                 else {  
128.                     phydev->state = PHY_AN;  
129.                     phydev->link_timeout = PHY_AN_TIMEOUT;  
130.                 }  
131.             }  
132.             else {  
133.                 err = phy_read_status(phydev);  
134.                 if (err)  
135.                     break;  
136.                 if (phydev->link) {  
137.                     phydev->state = PHY_RUNNING;  
138.                     netif_carrier_on(phydev->attached_dev);  
139.                 }   
140.                 else  
141.                     phydev->state = PHY_NOLINK;  
142.                 phydev->adjust_link(phydev->attached_dev);  
143.             }  
144.             break;  
145.     }  
146.     mutex_unlock(&phydev->lock);  
147.     if (needs_aneg) //需要自动配置(例如ifconfig eth0 up就会调用)  
148.         err = phy_start_aneg(phydev);   //开始自动配置  
149.     if (err < 0)  
150.         phy_error(phydev);  
151.     schedule_delayed_work(&phydev->state_queue, PHY_STATE_TIME * HZ);  
152. }  

3.运行ifconfig eth0 up命令的过程

进入分支状态机分支

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1. case PHY_UP:    //开启(ifconfig eth0 up)  
2.             needs_aneg = 1;  
3.             phydev->link_timeout = PHY_AN_TIMEOUT;  
4.             break;  

相应处理

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1. if (needs_aneg) //需要自动协商机制(例如ifconfig eth0 up就会调用)  
2.         err = phy_start_aneg(phydev);   //开始自动配置  

调用phy_start_aneg函数

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1. int phy_start_aneg(struct phy_device *phydev)  
2. {  
3.     int err;  
4.     mutex_lock(&phydev->lock);  
5.     if (AUTONEG_DISABLE == phydev->autoneg)  
6.         phy_sanitize_settings(phydev);  
7.     err = phydev->drv->config_aneg(phydev);   //调用驱动的config_aneg方法,默认是genphy_config_aneg  
8.     if (err < 0)  
9.         goto out_unlock;  
10.     if (phydev->state != PHY_HALTED) {   //调整修改PHY设备状态  
11.         if (AUTONEG_ENABLE == phydev->autoneg) {  
12.             phydev->state = PHY_AN;  
13.             phydev->link_timeout = PHY_AN_TIMEOUT;  
14.         }   
15.         else {  
16.             phydev->state = PHY_FORCING;  
17.             phydev->link_timeout = PHY_FORCE_TIMEOUT;  
18.         }  
19.     }  
20. out_unlock:  
21.     mutex_unlock(&phydev->lock);  
22.     return err;  
23. }  
24. EXPORT_SYMBOL(phy_start_aneg);  

调用默认的自动协商方法genphy_config_aneg

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1. int genphy_config_aneg(struct phy_device *phydev)  
2. {  
3.     int result;  
4.     if (AUTONEG_ENABLE != phydev->autoneg)  
5.         return genphy_setup_forced(phydev);  
6.     result = genphy_config_advert(phydev);  
7.     if (result < 0) /* error */  
8.         return result;  
9.     if (result == 0) {  
10.         int ctl = phy_read(phydev, MII_BMCR);   //获取状态  
11.         if (ctl < 0)  
12.             return ctl;  
13.         if (!(ctl & BMCR_ANENABLE) || (ctl & BMCR_ISOLATE))  
14.             result = 1; /* do restart aneg */  
15.     }  
16.     if (result > 0)  
17.         result = genphy_restart_aneg(phydev);   //重新开启自动协商机制  
18.     return result;  
19. }  
20. EXPORT_SYMBOL(genphy_config_aneg);  

接着调用genphy_config_aneg

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1. int genphy_restart_aneg(struct phy_device *phydev)  
2. {  
3.     int ctl;  
4.     ctl = phy_read(phydev, MII_BMCR);   //获取基本状态  
5.     if (ctl < 0)  
6.         return ctl;  
7.     ctl |= (BMCR_ANENABLE | BMCR_ANRESTART);    //使能自动协商机制及支援重启  
8.     /* Don't isolate the PHY if we're negotiating */  
9.     ctl &= ~(BMCR_ISOLATE);  
10.     ctl = phy_write(phydev, MII_BMCR, ctl); //写命令  
11.     return ctl;  
12. }  
13. EXPORT_SYMBOL(genphy_restart_aneg);  

五.其他常用的api

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1. static inline int phy_read(struct phy_device *phydev, u32 regnum);  //PHY读  
2. static inline int phy_write(struct phy_device *phydev, u32 regnum, u16 val);    //PHY写  
3. void phy_start(struct phy_device *phydev);  //PHY开始  
4. void phy_stop(struct phy_device *phydev);   //PHY停止  
5. int phy_init_hw(struct phy_device *phydev); //PHY初始化硬件  
6. struct phy_device * phy_attach(struct net_device *dev,const char *bus_id, u32 flags, phy_interface_t interface);    //PHY接上  
7. void phy_detach(struct phy_device *phydev); //PHY分离  
8. struct phy_device *phy_find_first(struct mii_bus *bus); //查找mii_bus总线上第一个PHY  
9. int phy_connect_direct(struct net_device *dev, struct phy_device *phydev,void (*handler)(struct net_device *), u32 flags,phy_interface_t interface);    //PHY直接连接网络设备  
10. struct phy_device * phy_connect(struct net_device *dev, const char *bus_id,void (*handler)(struct net_device *), u32 flags,phy_interface_t interface);  //PHY连接网络设备  
11. void phy_disconnect(struct phy_device *phydev); //PHY断开与网络设备的连接  
12. int phy_start_interrupts(struct phy_device *phydev);//PHY开始中断  
13. int phy_stop_interrupts(struct phy_device *phydev); //PHY停止中断  
14. int phy_ethtool_sset(struct phy_device *phydev, struct ethtool_cmd *cmd);   //ethtool工具sset功能  
15. int phy_ethtool_gset(struct phy_device *phydev, struct ethtool_cmd *cmd);   //ethtool工具gset功能  
16. int phy_mii_ioctl(struct phy_device *phydev,struct ifreq *ifr, int cmd);    //通用PHY/mii接口  
17. void phy_print_status(struct phy_device *phydev);   //PHY打印状态