PHY寄存器

在以前的文章，咱们讲解了STM32的网络外设部分。

 

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文章有《STM32网络电路设计》《STM32网络之MAC控制器》《STM32网络之DMA控制器》《STM32网络之中断》。

 

STM32只有网络外设时不能进行网络通讯的，由于STM32只提供了SMI接口，MII和RMII接口。咱们还须要与之通讯的外部网络芯片，简称PHY芯片。我熟悉的PHY型号有：RTL8201F，RTL8201E，RTL8201G，DP83848,YT8512C等，原计划讲解RTL8201F的，可是内容太多，先把PHY寄存器拿出来说一下。

 

为何STM32不集成PHY呢？

PHY（PortPhysical Layer），中文可称之为端口物理层。

一、PHY芯片是模拟芯片，须要将网线的差分信号转换成数字信号，若是集成，则芯片面积增长，若是要下降功耗，还要高的芯片制造工艺，这会直接将芯片成本拉高。

二、并非全部的STM32使用者都须要使用到网络，集成PHY会增长成本。

因此，STM32不集成PHY不是技术问题，而是各方面考虑的结果。

 

难道没有集成PHY的MCU吗？

有的，TI的LM3S8962。

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咱们说回PHY寄存器，外部PHY芯片寄存器分为3种类型

Basic：基础寄存器

Extended：扩展寄存器

Vendor-spcififc：厂商特殊寄存器

其中在802.3协议2012版中有以下说明。

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不一样的手册，对基础寄存器有不一样的说明，按照802.3-2012上图的说明基础寄存器是控制器寄存器（寄存器0）和状态寄存器（寄存器1），在GMII（千兆网）接口中海油扩展状态寄存器（寄存器15）。

本文主要根据802.3-2012协议讲解PHY的基础寄存器，并非根据某个具体芯片讲解的。

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寄存器0和寄存器1在协议文档的中位置以下图

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上面提到的802.3-2012协议你们能够到ieee官网下载

https://standards.ieee.org/

或者经过百度网盘下载

连接：https://pan.baidu.com/s/1Nr_KHse32zysBKZ0btPceg

提取码：xhin

 

0一、控制寄存器（寄存器0）

寄存器0是PHY控制寄存器，经过ControlRegister能够对PHY的主要工做状态进行设置

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bit15 Rset

bit15为1时表示，PHY复位。Bit15控制的是PHY复位功能，在该位置写入1实现对PHY的复位操做。复位后该端口PHY的其余控制、状态寄存器将恢复到默认值，每次PHY复位应该在0.5s的时间内完成，复位过程当中Bit15保持为1，复位完成以后该位应该自动清零。通常要改变端口的工做模式（如速率、双工、流控或协商信息等）时，在设置完相应位置的寄存器以后，须要经过Reset位复位PHY来使配置生效。

 

在复位过程完成以前，不须要PHY接受对控制寄存器的写事务，而在复位过程完成以前，对控制寄存器中除bit15之外的位的写操做可能无效。

 

bit14 Loopback

Loopback是一个调试以及故障诊断中经常使用的功能，Bit14置1以后，PHY和外部MDI的链接在逻辑上将被断开，从MAC通过MII/GMII（也多是其余的MAC/PHY接口）发送过来的数据将不会被发送到MDI上，而是在PHY内部（通常在PCS）回环到本端口的MII/GMII接收通道上。

 

经过Loopback功能能够检查MII/GMII以及PHY接口部分是否工做正常，对于端口不通的状况可用于故障定位。须要注意的是，不少时候PHY设置Loopback后端口可能就Linkdown了，MAC没法向该端口发帧，这时就须要经过设置端口ForceLink up才能使用Loopback功能。

 

bit13 Speed Selection（LSB）

Bit13和Bit6两位联合实现对端口的速率控制功能，具体的对应关系详见下图

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须要注意的是SpeedSelection只有在自动协商关闭的状况下才起做用，若是自动协商设置为Enable状态，则该设置不起做用；

 

而且，对SpeedSelection的修改设置，每每须要复位端口才能配置生效。所以在设置该位置的时候须要检查自动协商的设置并经过Bit15复位端口。

 

bit12 Auto-Negotiation Enable

自动协商（AN）开关。设置为1表示打开AN功能，端口的工做模式经过和链接对端进行自动协商来肯定。若是设置为0则自动协商功能关闭，端口的工做模式经过ControlRegister相应位置的配置决定。必须注意的是，对于1000BASE-T接口,自动协商必须打开。

 

bit11 Power Down

端口工做开关：设置为1将使端口进入PowerDown（低功耗状态）模式，正常状况下PHY在PowerDown模式其MII和MDI均不会对外发送数据。PowerDown模式通常在软件shutdown端口的时候使用，须要注意的是端口从PowerDown模式恢复，须要复位端口以保证端口可靠的链接。

 

bit10 Isolate

隔离状态开关：改位置1将致使PHY和MII接口之间处于电气隔离状态，除了MDC/MDIO接口的信号外，其余MII引脚处于高阻态。IEEE802.3没有对Isolate时MDI接口的状态进行规范，此时MDI端可能还在正常运行。Isolate在实际应用中并无用到。而且，值得注意的是，因为目前不少百兆的PHY芯片其MAC接口主流的都是SMII/S3MII，8个端口的接口是相互关联的，一个端口设置Isolate可能会影响其余端口的正常使用，所以在使用中注意不要随意更改bit10的状态。

 

bit9 Restart Auto-Negotiation

从新启动自动协商开关：Bit9置1将从新启动端口的自动协商进程，固然前提是Auto-NegotiationEnable是使能的。通常在修改端口的自动协商能力信息以后经过Bit9置1从新启动自动协商来使端口按照新的配置创建link。

 

bit8 Duplex Mode

双工模式设置：Bit8置1端口设置为全双工，置0则端设置为半双工，和SpeedSelection的设置同样，DuplexMode的设置只有在自动协商关闭的状况下才起做用，若是自动协商设置为Enable状态，则该设置不起做用，端口的双工模式根据AN结果来定。对DuplexMode的修改配置也须要复位端口才能生效。

 

bit7 Collision Test

冲突信号（COL）测试开关：在须要对COL信号进行测试时，能够经过Bit7置1，这时PHY将输出一个COL脉冲以供测试。实际测试操做中也能够将端口配置为半双工状态，经过发帧冲突来测试COL信号，所以该配置实用价值不大。

 

bit6 Speed Selection（MSB）

和Bit13两位联合实现对端口的速率控制功能。

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bit5 Unidirectional enable

当第12位为1或第8位为0时，该位为忽略了。

当第12位为0且第8位为1：

1：从MII接口启用传输，无论PHY是否肯定已创建有效链路

0：仅当PHY肯定已创建有效链路时，才启用从MII接口传输

 

Bits 4:0 reserved

保留位，它们应写入为零，读取时应忽略；可是，PHY应返回这些位中的值零。

 

0二、状态寄存器（寄存器1）

 

寄存器1是PHY状态寄存器，主要包含PHY的状态信息。

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bit15 100BASE-T4

PHY使用100BASE-T4信令规范执行链路传输和接收的能力。1：具备能力；0：不具备能力。

 

bit14 100BASE-X Full Duplex

PHY使用100BASE-X信令规范执行全双工链路传输和接收的能力。1：具备能力；0：不具备能力。

 

bit13 100BASE-X Half Duplex

PHY使用100BASE-X信令规范执行半双工链路传输和接收的能力。1：具备能力；0：不具备能力。

 

bit12 10Mb/s Full Duplex

PHY具备以10Mb/s的速度运行时执行全双工链路传输和接收的能力。1：具备能力；0：不具备能力。

 

bit11 10Mb/s Half Duplex

PHY具备以10Mb/s的速度运行时执行半双工链路传输和接收的能力。1：具备能力；0：不具备能力。

 

bit10 100BASE-T2 Full Duplex

PHY具备使用100BASE-T2信令规范执行全双工链路传输和接收的能力。1：具备能力；0：不具备能力。

 

bit9 100BASE-T2 Half Duplex

PHY具备使用100BASE-T2信令规范执行半双工链路传输和接收的能力。1：具备能力；0：不具备能力。

 

bit8 Externded Status

1：使能寄存器15

0：不使能寄存器15

 

bit7 Unidirectional ability

1：PHY有能力编码和传输来自PHY的数据经过MII接口，而无论PHY是否已肯定有效链路已被链接已创建。

0：仅当PHY肯定已创建有效链路时，才启用从MII接口传输

 

bit6 MF Preamble Suppression

1：PHY可以接受管理帧，而无论它们前面是否有前导码模式。

0：PHY不能接受管理帧，除非它们前面有前导码模式。

 

前导码模式。

在官方文档中22.2.4.5.2中有描述的。你们能够自行查看。

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其实这个前导码咱们在以前也是讲解到的，在文章《STM32网络之SMI接口》以下图，建议没有读过这篇文章的同窗读一下。

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bit5 Auto-Negotiation Complete

AN完成状态指示位：Bit5指示的是端口AN进程是否完成的状态位。在ANEnable的状况下，Bit5=1表示自动协商进程已经成功结束，此时PHY的其余和Link状态相关的寄存器才是正确可靠的。若是AN进程没有完成，则这些状态信息多是错误的。在调试以及异常故障处理时，能够经过该位寄存器的状态判断AN是否成功，从而进一步的检查AN相关的设置是否正确，或者芯片的AN功能是否正常等。

 

bit4 Remote Fault

远端错误指示位：Bit4=1表明链接对端（LinkPartner）出错，至于出错的具体类型以及错误检测机制在规范中并无定义，由PHY的制造商自由发挥，通常的厂商都会在其余的寄存器（Register16-31由厂商自行定义）指示比较详细的错误类型。在与端口相关的故障查证中，RemoteFault是一个重要的指示信息，经过互联双方的RemoteFault信息（可能要加上其余的具体错误指示），能够帮助定位故障缘由。

 

bit3 Auto-Negotiation Ability

1：PHY使能自动协商

0：PHY不使能自动协商

 

bit2 Link Status

Link状态指示位：Bit2=1表明端口Linkup，0则表明端口Linkdown。实际应用中通常都是经过Bit2来判断端口的状态。并且，通常的MAC芯片也是经过轮询PHY的这个寄存器值来判断端口的Link状态的（这个过程可能有不一样的名称，好比BCM叫作LinkScan，而Marvell叫作PHYPolling。）如前所述，在ANEnable的状况下，LinkStatus的信息只有在Auto-NegotiationComplete指示已经完成的状况下才是正确可靠的，不然有可能出错。

 

bit1 Jabber Detect

1：检测到抖动(戳刺)状态

0：没有检测到抖动(戳刺)状态

 

bit0 Extended Capability

1：PHY提供了扩展的功能集，可经过扩展的寄存器集进行访问。

0：没有提供扩展寄存器。

 

0三、寄存器15

 

寄存器15主要模式千兆网模式下，PHY的状态。

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如上图，寄存器15主要描述，千兆网模式下PHY的状态，具体含义和寄存器1的相关位差很少。

bit15 1000BASE-X Full Duplex

PHY使用1000BASE-X信令规范执行全双工链路传输和接收的能力。1：具备能力；0：不具备能力。

 

bit14 1000BASE-X Half Duplex

PHY使用100B0ASE-X信令规范执行半双工链路传输和接收的能力。1：具备能力；0：不具备能力。

 

bit13 1000BASE-T Full Duplex

PHY具备使用1000BASE-T信令规范执行全双工链路传输和接收的能力。1：具备能力；0：不具备能力。

 

bit12 1000BASE-T Half Duplex

PHY具备使用1000BASE-T信令规范执行半双工链路传输和接收的能力。1：具备能力；0：不具备能力。

 

Bits 11:0 reserved

保留位，读取的时候忽略。

 

04

其余寄存器

 

除去基础寄存器，802.3-2012协议也提到了其余寄存器，这里简单说明下，不作重点讲解。

 

寄存器2、3：芯片ID寄存器

寄存器二、3分别是PHYID寄存器，从内核代码知道，寄存器2(PHYID1)为高16位，而寄存器3(PHYID2)为低16位。它们做为PHY芯片的标识，通常被认为做用不大，之前有过同一主CPU搭配不一样的PHY组合不一样的板卡，使用同一分内核，这里就能够用PHYID来作区别。

 

寄存器4：自动协商通告寄存器

该寄存器保存着PHY自己具有的特性、能力。如PHY支持流控、百兆全双工/半双工、十兆全双工/半双工，等。

当设置为自动协商使能状况下经过FLP在MDI上进行通告。若是不使能，则此寄存器的配置无效。

 

寄存器5：自动协商对端能力通告寄存器

该寄存器和寄存器4相似，它表示对端(交换机或PC)具有的特性、能力。一样要注意是的只有在自动协商使能状况下该寄存器信息才有效。因为此寄存器表示的是对端的状态，因此通常状况下寄存器的值被设计为只读，但有的芯片如dm9000的流控位5.10FCS是可读写的。

该寄存器主要用来了解对端的状况，在出现问题时，能够了解对方的信息，从而大体定位范围。而不用一味地找自身缘由。万一真的是对端的交换机出现故障，此寄存器就是有力的现场证据。

 

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