QSFP/QSFP-DD/OSFP 通用管理接口规范（CMIS）解读：11 Page 13h IV

摘要：此专栏主要介绍光模块通用管理接口规范（Common Management Interface Specification, CMIS）协议规范 V5.0 的解读。本文主要关注协议文档的 8.11 节关于 Page 13h 的内容。不仅是对文档的简单翻译，还会剖析协议规定背后的深层含义。为了方便与协议文档内容对应，本文的章节编号与协议文档保持一致。

8.11.10 时钟与测量控制

这一节是码型发生器和检查器的“总控面板”说明。前面几节分别讲了主机侧/媒体侧的发生器和检查器怎么用，但还有一些公共的、全局性的控制需要统一管理，比如：

• 时钟源选择：测试信号该用哪个时钟来驱动？是用模块自己的参考时钟，还是从接收信号里恢复出来的时钟？
• 测量启动与停止：什么时候开始计数误码？什么时候停止？如何复位计数器？
• 测量时长控制：是连续测量，还是定时测量（门控）？门控时间多长？
• 更新周期：测量过程中，多久刷新一次中间结果？

规范还贴心地提供了一些实际配置示例，放在附录 E 里。

（1）时钟源设置（Byte 176）

时钟源有三个，分别是：

• 内部时钟：模块自带的晶振，稳定、独立，但不一定和实际数据同步。如果只是想快速测一下链路通断，选内部时钟最方便。
• 参考时钟：来自某个指定通道的外部时钟，通常由系统提供，比内部时钟更精确。
• 恢复时钟：从实际接收到的数据信号里“提取”出来的时钟，它能完全跟随数据流的节奏，做到完全同步。如果要做环回测试，通常需要从接收信号里恢复时钟，保证收发完全同步，这时选恢复时钟最合适。

1. 主机侧 PRBS 码型发生器的时钟源（Byte 176: bit 7-4，HostPRBSGeneratorClockSource）
   • 0：所有通道使用内部时钟
   • i=1-8：所有通道使用媒体通道 i 的参考时钟
   • 9-14：保留
   • 15：每个媒体通道或数据路径使用从数据中恢复出来的时钟。
2. 媒体侧 PRBS 码型发生器的时钟源（Byte 176: bit 3-0，MediaPRBSGeneratorClockSource）
   • 0：所有通道使用内部时钟
   • 1：所有通道使用参考时钟
   • i=2-9：所有通道使用主机通道 i-1 的参考时钟
   • 10-14：保留
   • 15：每个主机通道或数据路径使用从数据中恢复出来的时钟。

（2）全局启动/停止（Byte 177: bit 7，StartStopIsGlobal）

这个位是给多 Bank 模块提供的一个“全局开关”，让主机能够一键同步启动或停止所有 Bank 的测量，而不需要一个一个 Bank 去写。

1. 背景：多 Bank 带来的同步难题
   对于支持多个 Bank（每个 Bank 对应 8 个通道）的模块。在诊断测量中，启动/停止测量的控制位分布在每个 Bank 的 Page 13h 里。比如：

   • ResetErrorInformation：复位错误信息，在每个 Bank 的 13h:177.5 都有一份，共 4 个实例（对应 Bank 0–3）。
   • HostSideCheckerEnableLane：主机侧检查器使能，在每个 Bank 的 13h:160.0-7 有一组 8 位，共 32 个实例（4 Bank × 8 通道）。
   • MediaSideCheckerEnableLane：媒体侧检查器通道使能，共 32 个实例，地址是每个 Bank 的 13h:168.0-7。

   主机如果想启动所有 Bank 的测量，必须逐个 Bank 去写这些控制位。但 I2C 总线是串行的，写 Bank 0 和写 Bank 1 之间必然有时间差。这就导致不同 Bank 的测量开始时刻不一致，影响同步测量的精度。

2. StartStopIsGlobal 的作用
   这个位就是为解决同步问题而设计的“总开关”：

   • 0b：你写某个 Bank 的启动/停止控制，只影响那个 Bank。其他 Bank 不受影响。
   • 1b：你写任意一个 Bank 的启动/停止控制，模块内部会把它广播到所有支持的 Bank，让所有 Bank 的对应控制同时变化，达到同步启动/停止的效果。

（3）重启错误计数（Byte 177: bit 5，ResetErrorInformation）

ResetErrorInformation位就像诊断测量系统的“暂停/清零”按钮，但它非常巧妙，根据你按下的方向（从 0 到 1，还是从 1 到 0）以及模块的配置不同，会产生不同的效果。

• 对错误信息的影响：冻结与清零
  想象模块内部有一个计数器，一直在统计误码。DiagnosticsSelector 01h–05h 代表“实时统计”，11h–15h 代表“上一轮门控的结果”。

  1. 按下“暂停”（0b→1b）：
     计数器停止累加，当前计数被冻结住。同时，如果模块支持门控统计，它会把这份冻结的当前数据搬运到“上一轮结果”存储区（11h–15h），这样主机就可以读取一个稳定的中间结果。
  2. 按下“复位”（1b→0b）：
     计数器清零，重新从 0 开始统计。但“上一轮结果”存储区（11h–15h）不会动，仍然保留之前冻结的值，方便主机之后慢慢读。

• 对门控定时器的影响：取决于模块是否支持每通道定时器
  门控定时器用来控制测量的时间长度。ResetErrorInformation 的变化同时也会影响这些定时器的启停。

  1. 如果模块只有全局定时器（不支持每通道定时器）：这个位控制唯一的一个总定时器。
  • 从 0 到 1：停止总定时器。
  • 从 1 到 0：启动总定时器。
  2. 如果模块支持每通道独立定时器：这个位的含义变成：
  • 为 1：让定时器保持停止。
  • 为 0：启动定时器。
    而且启动或停止的范围由 StartStopIsGlobal 决定：若 StartStopIsGlobal=0，只影响当前 Bank 的通道；若为 1，则影响所有 Bank 的所有通道。

（4）自动重启门控（Byte 177: bit 4，AutoRestartGating）

这位是诊断测量的“循环模式开关”。它决定了一轮定时测量结束后，模块是停下来等主机，还是自动开始下一轮。

• 0b：单轮模式（测完就停）：当门控时间结束时，模块会置位字节 14h:134-135 中的 Gate Complete Flag。模块会更新误码计数结果，并停止误码检测。
• 1b：自动循环模式（测完立刻再来一轮）：当门控时间结束时，模块会置位字节 14h:134-135 中的 Gate Complete Flag。模块会更新误码计数结果，然后立即清除内部误码计数器并重启门控定时器，继续统计误码。

注： 在自动重启模式下，主机必须在门控时间结束前读取误码计数结果，以避免结果值被新结果覆盖。

（5）门控测量时间（Byte 177: bit 3-1，MeasurementTime）

测量（门控）时间：在一个定义的测量周期内产生一个完整结果所需的时间。

（6）更新周期选择（Byte 177: bit 0，UpdatePeriodSelect）

这个字段设置的是：在模块进行长时间测量时，主机查看中间进度的频率，就像下载文件时进度条的刷新速度。

• 作用
  这个位就是控制“每隔多久更新一次中间结果”：
  • 0b：每 1 秒更新一次。主机每秒都能读到最新的误码计数，进度条很平滑，但会占用更多 I2C 读操作。
  • 1b：每 5 秒更新一次。主机每 5 秒才看到一次新数据，更新频率低一些，但也能满足大多数监控需求。
• 前提条件：模块必须支持周期性更新
  这个字段只有在模块支持周期性更新时才有效。支持与否由能力位 **PeriodicUpdatesSupported（13h:129.4）**通告：
  • 如果该能力位为 1b，说明模块支持在测量期间周期性更新 DiagnosticsSelector 01h–06h 的实时统计结果。这时 UpdatePeriodSelect 才有意义。
  • 如果该能力位为 0b，模块不提供中间更新，主机只能等测量结束读最终结果，UpdatePeriodSelect 设置了也没用。

（7）主机侧 PRBS 码型检查器的时钟源（Byte 178: bit 3-2，HostPRBSCheckerClockSource）

主机侧 PRBS 码型检查器的时钟源可通过该控制寄存器进行配置：
0h：使用来自主机通道/数据路径的恢复时钟
1h：所有通道使用内部时钟
2h：所有通道使用参考时钟
3h：保留

（8）媒体侧 PRBS 码型检查器的时钟源（Byte 178: bit 1-0，MediaPRBSCheckerClockSource）

0h：使用来自媒体通道/数据路径的恢复时钟
1h：所有通道使用内部时钟
2h：所有通道使用参考时钟
3h：保留

8.11.12 环回控制

这一章节的内容可以用三个词来概括：前提、内容、权利。

• 前提：模块的环回能力由表8-89中的Page 13h Byte 128字节通告。主机必须先读这个能力通告，确认模块支持后，再配置。
• 内容：各个环回控制项如表8-109所示，包括四个字节Page 13h Byte 180-183。这四个字节是模块的“环回开关”。但开关的粒度取决于模块的能力：支持每通道控制就能单独开某一条，不支持就一开全开。能力位在13h:128.0–3。
• 权利：模块有权拒绝主机的命令。如果主机写了模块不支持的模式，模块会拒绝，并且寄存器值保持不变。

8.11.13 诊断掩码

表 8-110 为所有诊断标志提供了掩码位。本页上所有掩码位的默认值均为 1（被屏蔽）。诊断标志位于 Page 14h（见表 8-115）。
诊断掩码分为三类，分别对应诊断过程中可能出现的三种重要事件：

• 门控完成（Gating Complete）：当主机设置了一个定时测量（比如“测 10 秒误码”），时间一到，模块就会产生“门控完成”标志，表示这一轮测量结束了，结果已经准备好。这个掩码控制该事件是否触发中断。
• 码型发生器失锁（Pattern Generator LOL）：码型发生器是模块内部产生测试数据的小设备。它需要锁定时钟才能正常工作。如果因为某些原因（比如时钟源异常）锁不住了，就会产生“失锁”标志。这个掩码控制该事件是否触发中断。
• 码型检查器失锁（Pattern Checker LOL）：码型检查器是模块内部检查测试数据的“质检员”。它同样需要锁定时钟。如果锁不住，就没法正确比对数据，于是产生“检查器失锁”标志。这个掩码控制该事件是否触发中断。

8.11.14 用户自定义码型

• 背景：
  在诊断测试中，除了模块内置的标准测试码型（比如 PRBS31、PRBS13Q），有时主机想要发送一段自己定义的特定数据序列来进行测试。这个“用户自定义码型”就是供应商的“私人定制测试码型”。
• 内容：
  表 8-111 最多可以写 32 个音符（224~255 字节）。主机可以把想测试的数据序列填进去。模块不一定能把 32 个音符全唱出来。有些模块可能只能唱 4 个、8 个或 16 个音符。具体能支持多长，要看模块在表 8-96里广告的能力（之前学过 UserPatternLengthSupported 字段）。
• 工作过程：
  主机在用自定义码型前，先要查一下模块最大支持多长，然后再往表 8-111 里写入相应长度的自定义数据，最后让发生器按这个模式发出去测试。

总结

本文解读了 CMIS V5.0 中 Page 13h 的时钟与测量控制、环回控制、诊断掩码及用户自定义码型等关键寄存器，帮助读者理解诊断测试的全局控制机制与配置要点，为光模块调试提供实用参考。欢迎有疑问的小伙伴在评论区留言讨论。