在之前的文章，我們講解了STM32的網絡外設部分。

文章有《STM32網絡電路設計》《STM32網絡之MAC控制器》《STM32網絡之DMA控制器》《STM32網絡之中斷》。

STM32只有網絡外設時不能進行網絡通信的，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絡芯片，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，需要將網線的差分信號轉換成數字信號，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絡，集成PHY會增加成本。

所以，STM32不集成PHY不是技術問題，而是各方面考慮的結果。

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：基礎寄存器

Extended：擴展寄存器

Vendor-spcififc：廠商特殊寄存器

其中在802.3協議2012版中有如下說明。

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

本文主要根據802.3-2012協議講解PHY的基礎寄存器，并不是根據某個具體芯片講解的。

寄存器0和寄存器1在協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的主要工作狀態進行設置

bit15 Rset

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

在復位過程完成之前，不需要PHY接受對控制寄存器的寫事務，而在復位過程完成之前，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經過MII/GMII（也可能是其他的MAC/PHY接口）發送過來的數據將不會被發送到MDI上，而是在PHY內部（一般在PCS）回環到本端口的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設置Loopback后端口可能就Linkdown了，MAC無法向該端口發幀，這時就需要通過設置端口ForceLink up才能使用Loopback功能。

bit13 Speed Selection（LSB）

Bit13和Bit6兩位聯合實現對端口的速率控制功能，具體的對應關系詳見下圖

需要注意的是SpeedSelection只有在自動協商關閉的情況下才起作用，如果自動協商設置為Enable狀態，則該設置不起作用；

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

bit12 Auto-Negotiation Enable

自動協商（AN）開關。設置為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商來確定。如果設置為0則自動協商功能關閉，端口的工作模式通過ControlRegister相應位置的配置決定。必須注意的是，對于1000BASE-T接口，自動協商必須打開。

bit11 Power Down

端口工作開關：設置為1將使端口進入PowerDown（低功耗狀態）模式，正常情況下PHY在PowerDown模式其MII和MDI均不會對外發送數據。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，需要復位端口以保證端口可靠的連接。

bit10 Isolate

隔離狀態開關：改位置1將導致PHY和MII接口之間處于電氣隔離狀態，除了MDC/MDIO接口的信號外，其他MII引腳處于高阻態。IEEE802.3沒有對Isolate時MDI接口的狀態進行規范，此時MDI端可能還在正常運行。Isolate在實際應用中并沒有用到。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聯的，一個端口設置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。

bit9 Restart Auto-Negotiation

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

bit8 Duplex Mode

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

bit7 Collision Test

沖突信號（COL）測試開關：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，通過發幀沖突來測試COL信號，因此該配置實用價值不大。

bit6 Speed Selection（MSB）

和Bit13兩位聯合實現對端口的速率控制功能。

bit5 Unidirectional enable

當第12位為1或第8位為0時，該位為忽略了。

當第12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，它們應寫入為零，讀取時應忽略；但是，PHY應返回這些位中的值零。

02狀態寄存器（寄存器1）

寄存器1是PHY狀態寄存器，主要包含PHY的狀態信息。

bit15 100BASE-T4

PHY使用100BASE-T4信令規范執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信令規范執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信令規范執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信令規范執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信令規范執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的數據通過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碼模式。

0：PHY不能接受管理幀，除非它們前面有前導碼模式。

前導碼模式。

在官方文檔中22.2.4.5.2中有描述的。大家可以自行查看。

其實這個前導碼我們在之前也是講解到的，在文章《STM32網絡之SMI接口》如下圖，建議沒有讀過這篇文章的同學讀一下。

bit5 Auto-Negotiation Complete

AN完成狀態指示位：Bit5指示的是端口AN進程是否完成的狀態位。在ANEnable的情況下，Bit5=1表示自動協商進程已經成功結束，此時PHY的其他和Link狀態相關的寄存器才是正確可靠的。如果AN進程沒有完成，則這些狀態信息可能是錯誤的。在調試以及異常故障處理時，可以通過該位寄存器的狀態判斷AN是否成功，從而進一步的檢查AN相關的設置是否正確，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范中并沒有定義，由PHY的制造商自由發揮，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。在與端口相關的故障查證中，RemoteFault是一個重要的指示信息，通過互聯雙方的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使能自動協商

0：PHY不使能自動協商

bit2 Link Status

Link狀態指示位：Bit2=1代表端口Linkup，0則代表端口Linkdown。實際應用中一般都是通過Bit2來判斷端口的狀態。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

0：沒有檢測到抖動（戳刺）狀態

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主要模式千兆網模式下，PHY的狀態。

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

bit15 1000BASE-X Full Duplex

PHY使用1000BASE-X信令規范執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信令規范執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信令規范執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信令規范執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

除去基礎寄存器，802.3-2012協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，使用同一份內核，這里就可以用PHYID來做區別。

寄存器4：自動協商通告寄存器

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。

當設置為自動協商使能情況下通過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，所以一般情況下寄存器的值被設計為只讀，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故障，此寄存器就是有力的現場證據。
編輯：lyn