IEEE 802.3 协议中，**2.5GBASE-T、5GBASE-T 和 10GBASE-T** 的链路自协商（auto-negotiation，简称 AN）是在物理层（PHY）完成的。它的作用是：
* **让连接双方（主机和对端）自动协商出都支持的最高速率**
* **确定主从（Master/Slave）角色**
* **激活相应的链路训练和数据通道（如 LDPC 编码、DFE、THP 等）**
这些速率都基于 **Clause 45 和 Clause 98/126/73/104 等子规范**实现。
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## 🔁 一、速率自协商过程概述
自协商过程遵循如下步骤：
1. **基于 Clause 73 的自动协商流程启动**
2. **交换能力报文（Base Page & Next Page）**
3. **选择双方都支持的最高速率（优先级：10G > 5G > 2.5G > 1G）**
4. **确定 Master/Slave**
5. **进入 Clause 72 或 Clause 126 的 Training 阶段**
6. **训练完成后 Link Up**
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## 🧠 二、关键技术标准
| 速率 | IEEE标准Clause | 自协商规范 | 训练规范 |
| ---- | ------------ | --------- | --------- |
| 1G | Clause 40 | Clause 37 | N/A |
| 2.5G | Clause 126 | Clause 73 | Clause 72 |
| 5G | Clause 126 | Clause 73 | Clause 72 |
| 10G | Clause 55 | Clause 73 | Clause 72 |
注：2.5G 和 5G 是后加入的标准，兼容 1G 和 10G 的流程，但使用新的 **能力页（Next Page）扩展字段**表示其速率。
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## 📡 三、详细自协商过程（以 Clause 73 为例）
### 1. 启动 AN（Auto-Negotiation）
* 双方 PHY 上电或 Link Down 后重新尝试协商。
* 开始在 MDI（介质相关接口）上发送 **Fast Link Pulses（FLPs）**。
### 2. Base Page 交换
* Base Page（16-bit）包含基本能力（是否支持 1000BASE-T、Pause、FEC、是否为 Next Page）
* 不足以传达 2.5G/5G/10G 支持，需继续发送 Next Pages
### 3. Next Page 交换（Clause 73）
双方开始发送一系列 **Next Page**，用于传输：
* **所支持的速率（10G/5G/2.5G）**
* **FEC 支持**
* **是否要求为 Master**
* **是否支持 Energy Efficient Ethernet（EEE）**
* **PHY Identifier、Vendor OUI**
### 4. 主从决定（Master/Slave）
* 自协商决定一端为 Master，另一端为 Slave
* 主要用于 **训练时的时钟来源选择**（Master 发送基准时钟）
判断逻辑基于双方请求 Master 的标志位（MS=1），有冲突则比 PHY ID。
### 5. 链路训练阶段（Clause 72 / Clause 126）
根据协商速率，进入对应的训练阶段：
* 对于 2.5G/5G/10G，使用 Clause 72 中定义的 **PMA Training**
* 包括发送信道探测信号（TRN\_DATA）、估算 THP/DFE 系数
* 进行回退式训练（训练系数、错误检测）
> 这是最复杂的阶段，包括解扰、线对延迟、远端回馈等多个步骤。
### 6. 链路激活
* 如果训练成功，Link Status 拉高
* 开始 PCS 编码、LDPC 启用，开始正常数据传输
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## 🧾 四、速度优先级
在 IEEE 802.3 标准中，速率协商遵循 **优先级从高到低选择**：
```
10GBASE-T > 5GBASE-T > 2.5GBASE-T > 1000BASE-T
```
一旦协商出共同支持的最高速率，就不会考虑低速方案。
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## 🧪 五、例子：自协商报文中的能力字段
以 Clause 73 中的一个 Next Page 字段为例（16 bits）：
| Bit | 名称 | 描述 |
| ----- | ------------------ | ----------------- |
| 15 | NP | Next Page Flag |
| 14 | ACK2 | 二次确认 |
| 13 | Toggle | 状态翻转位 |
| 12\~0 | Message/Code Field | 含速率、FEC、EEE 等能力编码 |
对于支持 2.5G/5G 的 PHY，这些码位用特定 Vendor OUI 和 Message Code 来表达（标准或扩展域中）。
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## ⚙️ 六、与 Clause 45 的接口
如果是通过 MDIO/Clause 45 来控制 PHY，则：
* `MMD 7.0x0000` 和 `7.0x0001` 可读写 AN Control/Status
* `MMD 7.0x0005~0x000F` 读写能力页、下一页等内容
* `MMD 1/3/7` 还包括 Training 和状态控制
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## 🧰 七、常见调试问题
| 问题 | 原因 |
| -------------- | ------------------------------ |
| AN 成功但 Link 不起 | 训练失败（PMA），信道太差或系数估算失败 |
| 速率协商不一致 | 对端不支持新速率、Next Page 配置错误 |
| 主从冲突 | 双方都请求 Master、PHY ID 规则判断失败 |
| 配置无效 | 没写入正确的 Next Page，未启用 Clause 73 |
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## ✅ 总结流程图（简略）
```text
PHY Power On / Link Down
↓
Auto-Negotiation Start
↓
Exchange Base Page & Next Page
↓
解析速率能力 -> 决定 Master/Slave
↓
PMA Training (Clause 72)
↓
Training 成功？ ———→ 否 → Link Down
↓ 是
Link Up & 正常通信
```
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如果你正在做 2.5G/5G PHY 驱动开发，建议关注：
* Clause 73 / Clause 72 的寄存器交互
* PMA Training 的 TRN 状态机和信号捕获流程
* Next Page 的能力编码（是否需要设置 Vendor OUI）
我也可以提供模拟通信抓包、寄存器配置例子或对接示意图，欢迎继续深入。
