MDIO協議即SMI協議，SMI協議也是一種通信協議類似與I2C協議但是通信方式不一樣。SMI包含兩根信號線，一個MDC時鐘線，一個MDIO雙向傳輸的數據線.MDIO最早在IEEE 802.3的第22卷定義，后來在第45卷又定義了增強版本的MDIO，其主要被應用于以太網的MAC和PHY層之間，用于MAC層器件通過讀寫寄存器來實現對PHY層器件的操作與管理。

MDIO主機（即產生MDC時鐘的設備）通常被稱為STA（Station Management Entity），而MDIO從機通常被稱為MMD（MDIO Management Device）。通常STA都是MAC層器件的一部分，而MMD則是PHY層器件的一部分。

MDIO接口包括兩條線，MDIO和MDC，其中MDIO是雙向數據線，而MDC是由STA驅動的時鐘線。MDC時鐘的最高速率一般為2.5MHz，MDC也可以是非固定頻率，甚至可以是非周期的。MDIO接口只是會在MDC時鐘的上升沿進行采樣，而并不在意MDC時鐘的頻率（類似于I2C接口）。如下圖所示。

MDIO接口最初是由IEEE RFC802.3中的22號條款定義的，在最初的定義中，一個單獨的MDIO接口可以訪問32個不同的PHY設備中的32個寄存器，這些寄存器提供狀態和控制信息，例如：連接狀態、傳輸速度能力、當前選擇的傳速、低壓消耗時的下電情況、全雙工還是半雙工、自動協商、錯誤提示以及反饋信息等等。

為了滿足10G以太網設備的普及發展，在IEEE 802.3ae 的45號條款中為MDIO接口提供了額外的規范：

1）能夠通過32個端口訪問32個不同設備的65536個寄存器；

2）為訪問10G以太網提供額外的OP碼和ST碼，從而可以直接訪問寄存器地址；

3）端到端的報錯信號；

4）環回模式控制；

5）低壓電氣標準。

Clause-22 格式：

Clause-45 格式：

如上圖所示，比較兩個版本的差異，我們可以發現 Clause-22 只有讀寫兩個幀 格式，因此是單幀可以完成讀或寫操作。而增強版Clause-45 增加了 Address 幀 和Post-read-inc-address（自動增量讀)，在向下兼容Clause-22的同時，又支持自動增量讀操作以及訪問寄存器由5bit 擴展到16bit。Clause-45 需要兩幀完成讀或者寫操作，也就是說STA 要先發送 Address 幀 再發送 Write or Read or Post-read-inc-address幀。

其中ST 域段用來區分是Clause-22（ST=00） 還是Clause-45 (ST=01)

Clause-45 各個域段解釋：

TA: Turn Around，2 位轉向，在讀操作中，MDIO 在此時由 MAC 驅動改為 PHY 驅動，在第一個 TA 位，MDIO 引腳為高阻狀態，第二個 TA 位，PHY 將 MDIO 引腳拉低，準備發送數據，MAC 端此兩位設為高阻，若 MAC 檢測到第二位非低電平，表明對方無應答，可通過這個判斷是否讀取失敗；在寫操作中，不需要 MDIO 方向發生變化，MAC 固定輸出 2’b10

MDIO 時序：

可以看到，PHY 芯片在 MDC 上升沿讀取數據，并在上升沿給出數據。因此 MAC 端須在 MDC 下降沿給出數據，而讀取數據在上升沿、下降沿均可.

審核編輯：黃飛

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