以太网自协商--1000BASE-X自协商（七）

SGMII

SGMII作为1000BASE-X的孪生兄弟。它俩通常是同一个芯片物理接口的复用功能。很多小伙伴经常对它俩的基本概念和应用场景有混淆。下面笔者对SGMII接口进行一个系统的梳理。

SGMII接口并非IEEE 802.3的标准接口。该接口由思科定义并首先使用，因其良好的特性被其他第三方厂家广泛支持，最终成为事实上的标准接口。SGMII (Serial Gigabit Media Independent Interface)被设计用来达到下面两个目标：用比GMII/RGMII接口更少的芯片管脚，在10/100/1000 PHY与ETH MAC之间传递网络数据；在10M,100M,1000M三种速度模式下都支持半双工和全双工方式。

SGMII使用两个数据信号和两个时钟信号在10/100/1000 PHY与ETH MAC之间传递帧数据和链路速度信息(目前的SGMII模块接收方向普遍支持数据时钟提取功能CDR模块，故时钟信号没有存在的必要了)。数据信号工作在1.25 Gbaud的时钟频率上。

SGMII的接口框图如下：

SGMII数据通路完全利用了1000BASE-X PCS功能模块。传统的GMII接口的信号格式（TXD[7:0], RXD[7:0], TX_EN, RX_DV, TX_ER, RX_ER）通过编码，并串转换后从SGMII接口输出。CRS可以从RX_DV中推断出来，同理COL可以从RX_DV和TX_EN中推断出来。

SGMII控制通路是一种非对称的单向通知机制（与1000BASE-X自协商的双向交互机制完全不同）。PHY利用tx_config_Reg[15:0]将控制信息传递给MAC（PHY感知到有控制信息变化时，PHY就会传递tx_config_Reg给MAC）。MAC收到来自PHY的tx_config_Reg[15:0]后，将tx_config_Reg[14]设置成1，回送给PHY。Linktimer从1000BASE-X的的10ms缩小到SGMII的1.6ms以确保SGMII更快更新链路状态（PHY及时将双绞线侧链路状态通过SGMII接口同步给MAC）。

tx_config_Reg[15:0]的信息格式如下表：

很显然1.25GBuad传输速率对于MDI在10M/100M模式时是超速的。MDI工作在10Mbps时，SGMII将MDI侧1个帧重复100次传播（后面99个帧无SFD帧开始定界符）。MDI工作在100Mbps时，SGMII将MDI侧1个帧重复10次传播（后面9个帧无SFD帧开始定界符）。

PHY的SGMII接口一般称为SGMII-Master(SGMII-PHY)模式。交换芯片/CPU的SGMII接口一般称为SGMII-Slave(SGMII-MAC)模式。因为SGMII自协商是一种非对称的单向通知机制，故当链路双方都自协商使能时，SGMII-Master和SGMII-Slave只能配对使用（SGMII-Master和SGMII-Master不能互连；SGMII-Slave和SGMII-Slave不能互连）。若两侧SGMII自协商都强制关闭，则没有“SGMII-Master和SGMII-Slave只能配对使用”的这种限制。

SGMII自协商实践

SGMII-Slave模式

笔者以曾经实践过的Broadcom公司的BCM53286的四个SerDes口举例（将其设置为SGMII-Slave模式），与SGMII-Slave相关的3个寄存器内容分别如下：

MII Control Register (Page B9–BCh, Address 00–01h)

在该寄存器中与自协商相关bit分别为：

bit12 AnegEn 该bit为自协商使能位（系统工程师需要保证SGMII两端的自协商使能位保持一致）；

bit6,13 Speed 当SGMII自协商关闭时（bit12=0）,这两位决定SGMII-Slave侧的实际工作速度。1X 为1000 Mbps， 01 为100 Mbps， 00 为10 Mbps；

bit8 Duplex当SGMII自协商关闭时（bit12=0）,决定SGMII-Slave侧的实际工作双工模式。0 为Half-duplex， 1为Full-duplex；

AN LP Ability (Page B9h–BCh, Address 0Ah– 0Bh)

该寄存器为SGMII自协商SGMII-Slave侧核心状态寄存器，来自SGMII-Marster侧的tx_config_Reg[15:0]的自协商Base Page的状态信息就存储在该寄存器：

bit15 Copper Link，该比特状态显示为0，表示PHY的Copper MDI侧未建立正确链接；该比特状态显示为1，表示PHY的Copper MDI侧已建立正确链接；

bit12 Copper Duplex，该比特状态显示为1，表示PHY的Copper MDI侧工作于全双工模式；该比特状态显示为1，表示PHY的Copper MDI侧工作于半双工模式；

bit11：10 Copper Speed，该比特状态显示为2b00，表示PHY的Copper MDI侧工作于10BASE-T模式；该比特状态显示为2b01，表示PHY的Copper MDI侧工作于100BASE-TX模式；该比特状态显示为2b10，表示PHY的Copper MDI侧工作于1000BASE-T模式；

bit0 SGMII Selector，该比特状态显示为0，表示远端SerDes口工作于1000BASE-X模式；该比特状态显示为1，表示远端SerDes口工作于SGMII模式；

SerDes/SGMII Control 1 Register (Page B9h-BCh: Address 20h, Block0)

bit0 FIBER_MODE_1000X 该bit为SerDes模式设置位。根据网络管理员的实际应用需求灵活设置（置1:1000BASE-X模式，置0:SGMII模式）；

SGMII-Master模式

笔者以曾经实践过的Broadcom公司的BCM54616S的SGMII-Master口举例，与SGMII-Master相关的3个寄存器内容分别如下：

1000BASE-X MII Control

在该寄存器中与自协商相关bit分别为：

bit12 AnegEn 该bit为自协商使能位（配置工程师需要保证SGMII两端的自协商使能位保持一致）；

bit6,13 Speed 当SGMII自协商关闭时（bit12=0）,这两位决定SGMII-MAC侧的实际工作速度。1X 为1000 Mbps， 01 为100 Mbps， 00 为10 Mbps；

bit8 Duplex 当SGMII自协商关闭时（bit12=0）,决定SGMII-MAC侧的实际工作双工模式。0 为Half-duplex， 1为Full-duplex；

1000BASE-X AN Advertisement

该寄存器为SGMII自协商SGMII-Master侧核心状态寄存器，SGMII-Marster根据此寄存器的内容装填tx_config_Reg[15:0]，然后将tx_config_Reg[15:0]的内容发送给SGMII-Slave。

该寄存器内容为只读（根据MDI侧双绞线自协商的结果Copper Link[HCD]自动更新该寄存器），管理员无法直接设置此寄存器位（可以通过调整双绞线侧的广告能力寄存器从而影响Copper Link[HCD进而影响该寄存器]）。

该寄存器的比特定义与tx_config_Reg [15:0]完全相同。这里不再赘述。

AN LP Ability (Page B9h–BCh, Address 0Ah– 0Bh)

该寄存器为SGMII自协商SGMII-Master侧核心状态寄存器，来自SGMII-Slave侧的ACK的状态信息就存储在该寄存器：

bit14 ACK，该比特状态显示为0，表示SGMII-Master尚未收到来自SGMII-Slave侧的确认；该比特状态显示为1，表示SGMII-Master已经收到来自SGMII-Slave侧的确认。

SGMII应用

两个交换芯片的SGMII接口互连场景应用：

通常情况下交换芯片的SGMII接口都是SGMII-Slave模式，根据前面讨论的SGMII自协商机制，此情况下是不能互连的。但是博通BCM53286M的SerDes口支持“伪SGMII-Master模式”（SerDes/SGMII Control 1 Register (Page B9h-BCh: Address 20h, Block0的bit5 SGMII_MSTR_MODE设置为1）。将两个交互芯片中任一个的SerDes口设置成“伪SGMII-Master模式”,即可实现两个交换芯片的SGMII接口互连。

SerDes端口的无CPU的SFP Dump场景应用：

SerDes口以SFP的形式对用户开放，用户有动态切换插入SFP电模块和SFP光模块的需求。通常情况下，CPU的I2C接口读取模块的类型：当为SFP电模块时，将FIBER_MODE_1000X设置为0（SGMII模式）；当为SFP光模块时，将FIBER_MODE_1000X设置为1（1000BASE-X模式）。当无CPU的Dump应用时，SerDes/SGMII Control 1 Register (Page B9h-BCh: Address 20h, Block0的bit4 AUTODET_EN设置为1（默认即为1），此时芯片利用收到的自协商的状态字的比特0可以判断出SFP模块的类型，进而可以自动更新SerDes口的模式，从而可以实现正确连接。

1000BASE-X 自协商介绍完毕，下节课开始介绍"背板以太网"系列。