在之前的文章，我們講解了STM32的網(wǎng)絡(luò)外設(shè)部分。

文章有《STM32網(wǎng)絡(luò)電路設(shè)計》《STM32網(wǎng)絡(luò)之MAC控制器》《STM32網(wǎng)絡(luò)之DMA控制器》《STM32網(wǎng)絡(luò)之中斷》。

STM32只有網(wǎng)絡(luò)外設(shè)時不能進行網(wǎng)絡(luò)通信的，因為STM32只提供了SMI接口，MII和RMII接口。我們還需要與之通信的外部網(wǎng)絡(luò)芯片，簡稱PHY芯片。我熟悉的PHY型號有：RTL8201F，RTL8201E，RTL8201G，DP83848，YT8512C等，原計劃講解RTL8201F的，但是內(nèi)容太多，先把PHY寄存器拿出來講一下。

為什么STM32不集成PHY呢？

PHY（PortPhysical Layer），中文可稱之為端口物理層。

1、PHY芯片是模擬芯片，需要將網(wǎng)線的差分信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，如果集成，則芯片面積增加，如果要降低功耗，還要高的芯片制造工藝，這會直接將芯片成本拉高。

2、并不是所有的STM32使用者都需要使用到網(wǎng)絡(luò)，集成PHY會增加成本。

所以，STM32不集成PHY不是技術(shù)問題，而是各方面考慮的結(jié)果。

難道沒有集成PHY的MCU嗎？

有的，TI的LM3S8962。

我們說回PHY寄存器，外部PHY芯片寄存器分為3種類型

Basic：基礎(chǔ)寄存器

Extended：擴展寄存器

Vendor-spcififc：廠商特殊寄存器

其中在802.3協(xié)議2012版中有如下說明。

不同的手冊，對基礎(chǔ)寄存器有不同的說明，按照802.3-2012上圖的說明基礎(chǔ)寄存器是控制器寄存器（寄存器0）和狀態(tài)寄存器（寄存器1），在GMII（千兆網(wǎng)）接口中海油擴展狀態(tài)寄存器（寄存器15）。

本文主要根據(jù)802.3-2012協(xié)議講解PHY的基礎(chǔ)寄存器，并不是根據(jù)某個具體芯片講解的。

寄存器0和寄存器1在協(xié)議文檔的中位置如下圖

01控制寄存器（寄存器0）

寄存器0是PHY控制寄存器，通過ControlRegister可以對PHY的主要工作狀態(tài)進行設(shè)置

bit15 Rset

bit15為1時表示，PHY復(fù)位。Bit15控制的是PHY復(fù)位功能，在該位置寫入1實現(xiàn)對PHY的復(fù)位操作。復(fù)位后該端口PHY的其他控制、狀態(tài)寄存器將恢復(fù)到默認值，每次PHY復(fù)位應(yīng)該在0.5s的時間內(nèi)完成，復(fù)位過程中Bit15保持為1，復(fù)位完成之后該位應(yīng)該自動清零。一般要改變端口的工作模式（如速率、雙工、流控或協(xié)商信息等）時，在設(shè)置完相應(yīng)位置的寄存器之后，需要通過Reset位復(fù)位PHY來使配置生效。

在復(fù)位過程完成之前，不需要PHY接受對控制寄存器的寫事務(wù)，而在復(fù)位過程完成之前，對控制寄存器中除bit15以外的位的寫操作可能無效。

bit14 Loopback

Loopback是一個調(diào)試以及故障診斷中常用的功能，Bit14置1之后，PHY和外部MDI的連接在邏輯上將被斷開，從MAC經(jīng)過MII/GMII（也可能是其他的MAC/PHY接口）發(fā)送過來的數(shù)據(jù)將不會被發(fā)送到MDI上，而是在PHY內(nèi)部（一般在PCS）回環(huán)到本端口的MII/GMII接收通道上。

通過Loopback功能可以檢查MII/GMII以及PHY接口部分是否工作正常，對于端口不通的情況可用于故障定位。需要注意的是，很多時候PHY設(shè)置Loopback后端口可能就Linkdown了，MAC無法向該端口發(fā)幀，這時就需要通過設(shè)置端口ForceLink up才能使用Loopback功能。

bit13 Speed Selection（LSB）

Bit13和Bit6兩位聯(lián)合實現(xiàn)對端口的速率控制功能，具體的對應(yīng)關(guān)系詳見下圖

需要注意的是SpeedSelection只有在自動協(xié)商關(guān)閉的情況下才起作用，如果自動協(xié)商設(shè)置為Enable狀態(tài)，則該設(shè)置不起作用；

并且，對SpeedSelection的修改設(shè)置，往往需要復(fù)位端口才能配置生效。因此在設(shè)置該位置的時候需要檢查自動協(xié)商的設(shè)置并通過Bit15復(fù)位端口。

bit12 Auto-Negotiation Enable

自動協(xié)商（AN）開關(guān)。設(shè)置為1表示打開AN功能，端口的工作模式通過和連接對端進行自動協(xié)商來確定。如果設(shè)置為0則自動協(xié)商功能關(guān)閉，端口的工作模式通過ControlRegister相應(yīng)位置的配置決定。必須注意的是，對于1000BASE-T接口，自動協(xié)商必須打開。

bit11 Power Down

端口工作開關(guān)：設(shè)置為1將使端口進入PowerDown（低功耗狀態(tài)）模式，正常情況下PHY在PowerDown模式其MII和MDI均不會對外發(fā)送數(shù)據(jù)。PowerDown模式一般在軟件shutdown端口的時候使用，需要注意的是端口從PowerDown模式恢復(fù)，需要復(fù)位端口以保證端口可靠的連接。

bit10 Isolate

隔離狀態(tài)開關(guān)：改位置1將導(dǎo)致PHY和MII接口之間處于電氣隔離狀態(tài)，除了MDC/MDIO接口的信號外，其他MII引腳處于高阻態(tài)。IEEE802.3沒有對Isolate時MDI接口的狀態(tài)進行規(guī)范，此時MDI端可能還在正常運行。Isolate在實際應(yīng)用中并沒有用到。并且，值得注意的是，由于目前很多百兆的PHY芯片其MAC接口主流的都是SMII/S3MII，8個端口的接口是相互關(guān)聯(lián)的，一個端口設(shè)置Isolate可能會影響其他端口的正常使用，因此在使用中注意不要隨意更改bit10的狀態(tài)。

bit9 Restart Auto-Negotiation

重新啟動自動協(xié)商開關(guān)：Bit9置1將重新啟動端口的自動協(xié)商進程，當(dāng)然前提是Auto-NegotiationEnable是使能的。一般在修改端口的自動協(xié)商能力信息之后通過Bit9置1重新啟動自動協(xié)商來使端口按照新的配置建立link。

bit8 Duplex Mode

雙工模式設(shè)置：Bit8置1端口設(shè)置為全雙工，置0則端設(shè)置為半雙工，和SpeedSelection的設(shè)置一樣，DuplexMode的設(shè)置只有在自動協(xié)商關(guān)閉的情況下才起作用，如果自動協(xié)商設(shè)置為Enable狀態(tài)，則該設(shè)置不起作用，端口的雙工模式根據(jù)AN結(jié)果來定。對DuplexMode的修改配置也需要復(fù)位端口才能生效。

bit7 Collision Test

沖突信號（COL）測試開關(guān)：在需要對COL信號進行測試時，可以通過Bit7置1，這時PHY將輸出一個COL脈沖以供測試。實際測試操作中也可以將端口配置為半雙工狀態(tài)，通過發(fā)幀沖突來測試COL信號，因此該配置實用價值不大。

bit6 Speed Selection（MSB）

和Bit13兩位聯(lián)合實現(xiàn)對端口的速率控制功能。

bit5 Unidirectional enable

當(dāng)?shù)?2位為1或第8位為0時，該位為忽略了。

當(dāng)?shù)?2位為0且第8位為1：

1：從MII接口啟用傳輸，不管PHY是否確定已建立有效鏈路

0：僅當(dāng)PHY確定已建立有效鏈路時，才啟用從MII接口傳輸

Bits 4:0 reserved

保留位，它們應(yīng)寫入為零，讀取時應(yīng)忽略；但是，PHY應(yīng)返回這些位中的值零。

02狀態(tài)寄存器（寄存器1）

寄存器1是PHY狀態(tài)寄存器，主要包含PHY的狀態(tài)信息。

bit15 100BASE-T4

PHY使用100BASE-T4信令規(guī)范執(zhí)行鏈路傳輸和接收的能力。1：具有能力；0：不具有能力。

bit14 100BASE-X Full Duplex

PHY使用100BASE-X信令規(guī)范執(zhí)行全雙工鏈路傳輸和接收的能力。1：具有能力；0：不具有能力。

bit13 100BASE-X Half Duplex

PHY使用100BASE-X信令規(guī)范執(zhí)行半雙工鏈路傳輸和接收的能力。1：具有能力；0：不具有能力。

bit12 10Mb/s Full Duplex

PHY具有以10Mb/s的速度運行時執(zhí)行全雙工鏈路傳輸和接收的能力。1：具有能力；0：不具有能力。

bit11 10Mb/s Half Duplex

PHY具有以10Mb/s的速度運行時執(zhí)行半雙工鏈路傳輸和接收的能力。1：具有能力；0：不具有能力。

bit10 100BASE-T2 Full Duplex

PHY具有使用100BASE-T2信令規(guī)范執(zhí)行全雙工鏈路傳輸和接收的能力。1：具有能力；0：不具有能力。

bit9 100BASE-T2 Half Duplex

PHY具有使用100BASE-T2信令規(guī)范執(zhí)行半雙工鏈路傳輸和接收的能力。1：具有能力；0：不具有能力。

bit8 Externded Status

1：使能寄存器15

0：不使能寄存器15

bit7 Unidirectional ability

1：PHY有能力編碼和傳輸來自PHY的數(shù)據(jù)通過MII接口，而不管PHY是否已確定有效鏈路已被連接已建立。

0：僅當(dāng)PHY確定已建立有效鏈路時，才啟用從MII接口傳輸

bit6 MF Preamble Suppression

1：PHY能夠接受管理幀，而不管它們前面是否有前導(dǎo)碼模式。

0：PHY不能接受管理幀，除非它們前面有前導(dǎo)碼模式。

前導(dǎo)碼模式。

在官方文檔中22.2.4.5.2中有描述的。大家可以自行查看。

其實這個前導(dǎo)碼我們在之前也是講解到的，在文章《STM32網(wǎng)絡(luò)之SMI接口》如下圖，建議沒有讀過這篇文章的同學(xué)讀一下。

bit5 Auto-Negotiation Complete

AN完成狀態(tài)指示位：Bit5指示的是端口AN進程是否完成的狀態(tài)位。在ANEnable的情況下，Bit5=1表示自動協(xié)商進程已經(jīng)成功結(jié)束，此時PHY的其他和Link狀態(tài)相關(guān)的寄存器才是正確可靠的。如果AN進程沒有完成，則這些狀態(tài)信息可能是錯誤的。在調(diào)試以及異常故障處理時，可以通過該位寄存器的狀態(tài)判斷AN是否成功，從而進一步的檢查AN相關(guān)的設(shè)置是否正確，或者芯片的AN功能是否正常等。

bit4 Remote Fault

遠端錯誤指示位：Bit4=1代表連接對端（LinkPartner）出錯，至于出錯的具體類型以及錯誤檢測機制在規(guī)范中并沒有定義，由PHY的制造商自由發(fā)揮，一般的廠商都會在其他的寄存器（Register16-31由廠商自行定義）指示比較詳細的錯誤類型。在與端口相關(guān)的故障查證中，RemoteFault是一個重要的指示信息，通過互聯(lián)雙方的RemoteFault信息（可能要加上其他的具體錯誤指示），可以幫助定位故障原因。

bit3 Auto-Negotiation Ability

1：PHY使能自動協(xié)商

0：PHY不使能自動協(xié)商

bit2 Link Status

Link狀態(tài)指示位：Bit2=1代表端口Linkup，0則代表端口Linkdown。實際應(yīng)用中一般都是通過Bit2來判斷端口的狀態(tài)。而且，一般的MAC芯片也是通過輪詢PHY的這個寄存器值來判斷端口的Link狀態(tài)的（這個過程可能有不同的名稱，比如BCM叫做LinkScan，而Marvell叫做PHYPolling。）如前所述，在ANEnable的情況下，LinkStatus的信息只有在Auto-NegotiationComplete指示已經(jīng)完成的情況下才是正確可靠的，否則有可能出錯。

bit1 Jabber Detect

1：檢測到抖動（戳刺）狀態(tài)

0：沒有檢測到抖動（戳刺）狀態(tài)

bit0 Extended Capability

1：PHY提供了擴展的功能集，可通過擴展的寄存器集進行訪問。

0：沒有提供擴展寄存器。

03寄存器15

寄存器15主要模式千兆網(wǎng)模式下，PHY的狀態(tài)。

如上圖，寄存器15主要描述，千兆網(wǎng)模式下PHY的狀態(tài)，具體含義和寄存器1的相關(guān)位差不多。

bit15 1000BASE-X Full Duplex

PHY使用1000BASE-X信令規(guī)范執(zhí)行全雙工鏈路傳輸和接收的能力。1：具有能力；0：不具有能力。

bit14 1000BASE-X Half Duplex

PHY使用100B0ASE-X信令規(guī)范執(zhí)行半雙工鏈路傳輸和接收的能力。1：具有能力；0：不具有能力。

bit13 1000BASE-T Full Duplex

PHY具有使用1000BASE-T信令規(guī)范執(zhí)行全雙工鏈路傳輸和接收的能力。1：具有能力；0：不具有能力。

bit12 1000BASE-T Half Duplex

PHY具有使用1000BASE-T信令規(guī)范執(zhí)行半雙工鏈路傳輸和接收的能力。1：具有能力；0：不具有能力。

Bits 11:0 reserved

保留位，讀取的時候忽略。

04其他寄存器

除去基礎(chǔ)寄存器，802.3-2012協(xié)議也提到了其他寄存器，這里簡單說明下，不做重點講解。

寄存器2、3：芯片ID寄存器

寄存器2、3分別是PHYID寄存器，從內(nèi)核代碼知道，寄存器2（PHYID1）為高16位，而寄存器3（PHYID2）為低16位。它們作為PHY芯片的標識，一般被認為作用不大，以前有過同一主CPU搭配不同的PHY組合不同的板卡，使用同一份內(nèi)核，這里就可以用PHYID來做區(qū)別。

寄存器4：自動協(xié)商通告寄存器

該寄存器保存著PHY本身具備的特性、能力。如PHY支持流控、百兆全雙工/半雙工、十兆全雙工/半雙工，等。

當(dāng)設(shè)置為自動協(xié)商使能情況下通過FLP在MDI上進行通告。如果不使能，則此寄存器的配置無效。

寄存器5：自動協(xié)商對端能力通告寄存器

該寄存器和寄存器4類似，它表示對端（交換機或PC）具備的特性、能力。同樣要注意是的只有在自動協(xié)商使能情況下該寄存器信息才有效。由于此寄存器表示的是對端的狀態(tài)，所以一般情況下寄存器的值被設(shè)計為只讀，但有的芯片如dm9000的流控位5.10FCS是可讀寫的。

該寄存器主要用來了解對端的情況，在出現(xiàn)問題時，可以了解對方的信息，從而大致定位范圍。而不用一味地找自身原因。萬一真的是對端的交換機出現(xiàn)故障，此寄存器就是有力的現(xiàn)場證據(jù)。
編輯：lyn