如何快速理解PHY芯片

物理層芯片稱為PHY、數(shù)據(jù)鏈路層芯片稱為MAC。

可以看到PHY的數(shù)據(jù)是RJ45網(wǎng)絡(luò)接口（網(wǎng)線口）穿過了的差分信號，而PHY作用就是將差分信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，這塊內(nèi)容不用深究，制造商都設(shè)計(jì)好了。

那我們干什么呢？（主要是對phy芯片進(jìn)行模式選擇，比如工作速率，工作模式）

為什么要熟悉RJ45網(wǎng)口

上面說到針對phy芯片我們只要進(jìn)行模式選擇（下文會介紹使用mdio接口，通過寄存器控制）

那模式選擇后，如何查看是否有效呢？最簡單直接的就是通過RJ45網(wǎng)口的指示燈查看

RJ45 座子上一般有兩個(gè)燈，一個(gè)黃色(橙色)，一個(gè)綠色，綠色亮的話表示網(wǎng)絡(luò)連接正常，黃色閃爍的話說明當(dāng)前正在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，黃燈閃動(dòng)頻率快表示網(wǎng)速好，這兩個(gè)燈由 PHY 芯片控制。

如果不懂物理層和數(shù)據(jù)鏈路層可以看一下網(wǎng)絡(luò)七層協(xié)議。

兩個(gè)模塊進(jìn)行通信

下圖是兩個(gè)主控直接的通信，比如我們的電腦 和 路由器?，但是如果沒有中間的介質(zhì)還能連接網(wǎng)絡(luò)嗎？答案是可以的。

如果phy芯片沒有，那么可以直接通過兩個(gè)mac連接進(jìn)行通信，之所以需要mac 、phy、變壓器的目的是為了轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)類型適配所以的網(wǎng)線，但是在一些電路上，沒必要加這么多東西。

比如搭載 Linux系統(tǒng)的arm芯片想要網(wǎng)絡(luò)，可以直接通過mac和網(wǎng)卡芯片連接獲取，這時(shí)候就需要通過RGMII接口或者M(jìn)II接口 和?MDIO?連接網(wǎng)卡芯片。

（網(wǎng)卡芯片內(nèi)置也是mac+phy，有的只有mac 層這個(gè)要看具體的手冊）

什么是MDIO協(xié)議

mido協(xié)議即SMI協(xié)議。

SMI協(xié)議也是一種通信協(xié)議類似與I2C協(xié)議但是通信方式不一樣。

SMI包含兩根信號線，一個(gè)MDC時(shí)鐘線，一個(gè)MDIO雙向傳輸?shù)臄?shù)據(jù)線。如下圖為SMI應(yīng)用框圖。STA設(shè)備通過MDIO接口與PHY通信。STA（StaTIon Management）為主控設(shè)備，比如MCU、MAC、ONU等。

PHY為從設(shè)備。一個(gè)STA最多管理32個(gè)PHY。MDC信號由STA控制，MDIO信號根據(jù)通信方式的不同可以由STA或者PHY接管控制。如圖通常MDIO會接一個(gè)電阻上拉至接口電源。

MDIO的作用?

從上面的連接圖可以看到MDIO是用來連接主設(shè)備和多個(gè)PHY設(shè)備，并且通過MDIO來傳輸數(shù)據(jù)。

那么傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù)是哪些呢？主要是傳輸鏈接狀態(tài)、傳輸速度與選擇、斷電、低功率休眠狀態(tài)、TX/RX模式選擇、自動(dòng)協(xié)商控制、環(huán)回模式控制等。

MDIO沒那么重要

MDIO在上面說到的兩個(gè)模塊通信，我提到了 arm芯片和網(wǎng)卡芯片直接需要，那么這個(gè)真的有必要嗎？其實(shí)沒必要連接?。?！

換個(gè)話說 不連接也可以使得網(wǎng)絡(luò)暢通，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)靠RGMII不是靠MDIO，MDIO的作用僅僅只是用來查看一些狀態(tài)和功能，還有簡單的控制，而這些簡單的控制是完全可以有網(wǎng)卡芯片內(nèi)置去寫死，arm層只要和網(wǎng)卡的寫的一直就可以通訊。

但是為什么很多時(shí)候需要通過mdio來進(jìn)行讀寫控制，這個(gè)只是在網(wǎng)絡(luò)通訊正常后的升級優(yōu)化，用來方便查看狀態(tài)，就像寫了個(gè)前端網(wǎng)頁來看后臺數(shù)據(jù)。

如果mido沒有讀通，或者讀取的數(shù)據(jù)是0xfffff，那么不一定是mdio的問題，很多時(shí)候是網(wǎng)卡本身沒有啟動(dòng)！

MDIO讀寫時(shí)序

Preamble：32bits的前導(dǎo)碼

Start：2bit的開始位。

OP Code：2bits的操作碼，10表示讀，01表示寫。

PHYAD：5bits的PHY地址。

REGAD：5bits的寄存器地址，即要讀或?qū)懙募拇嫫鳌?/p>

Turn Around：2bits的TA，在讀命令中，MDIO在此時(shí)由MAC驅(qū)動(dòng)改為PHY驅(qū)動(dòng)，并等待一個(gè)時(shí)鐘周期準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)。在寫命令中，不需要MDIO方向發(fā)生變化，則只是等待兩個(gè)時(shí)鐘周期準(zhǔn)備寫入數(shù)據(jù)。

Data：16bits數(shù)據(jù)，在讀命令中，PHY芯片將讀到的對應(yīng)PHYAD的REGAD寄存器的數(shù)據(jù)寫到Data中，在寫命令中，MAC將要寫入對應(yīng)PHYAD的REGAD寄存器的值寫入Data中。

Idle：空閑狀態(tài)，此時(shí)MDIO無源驅(qū)動(dòng)，處高阻狀態(tài)，但一般用上拉電阻使其處在高電平，上拉電阻一般為1.5K。

為什么說讀取的phy最多32個(gè)

因?yàn)閙dio中讀取的phy只提供5bit的字節(jié)即最高11111 轉(zhuǎn)成十進(jìn)制就是31即0-31就是32個(gè)，但這是從讀取的方式判斷的，而mdio讀取是依照phy芯片本身地址空間就5位

為什么說reg地址最多32個(gè)？

同樣mdio中讀取的reg只提供5bit的字節(jié)即最高11111 轉(zhuǎn)成十進(jìn)制就是31即0-31就是32個(gè)

PHY 芯片寄存器地址空間為 5 位，地址 0-31 共 32 個(gè)寄存器， IEEE 定義了 0-15 這 16 個(gè)寄存器的功能， 16~31 這 16 個(gè)寄存器由廠商自行實(shí)現(xiàn)。也就是說不管你用的哪個(gè)廠家的 PHY 芯片，其中 0~15 這 16 個(gè)寄存器是一模一樣的。?僅靠這 16 個(gè)寄存器是完全可以驅(qū)動(dòng)起 PHY 芯片的，至少能保證基本的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信。

一些感想

這個(gè)也是我看了大量的參考文獻(xiàn)和一步步的實(shí)踐總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，中間花了幾百塊問過知乎的博主和一些領(lǐng)域內(nèi)的人，都沒有講解的很細(xì)致，最后還是通過實(shí)踐，把每一層都走一遍，把變壓器去掉，把phy去掉，linux系統(tǒng)的網(wǎng)卡函數(shù)看了一遍，phy芯片的手冊有看了很多。

本篇文章想幫助很多像我一樣的有些剛?cè)胄械拇蚬と耍ㄎ沂莻€(gè)女生，內(nèi)向靦腆但是又較真，學(xué)的嵌入式，入了這行，不甘心做不出來，就自己花錢各種找資源，找人咨詢，前期因?yàn)椴欢谋蝗撕鲇屏隋X，還是堅(jiān)持繼續(xù)深入探討）。希望對你有幫助。

審核編輯：黃飛

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