在之前的文章，我們講解了STM32的網路外設部分，

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文章有《STM32網路電路設計》《STM32網路之MAC控制器》《STM32網路之DMA控制器》《STM32網路之中斷》，

STM32只有網路外設時不能進行網路通信的，因為STM32只提供了SMI介面，MII和RMII介面，我們還需要與之通信的外部網路芯片，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暫存器拿出來講一下，

為什么STM32不集成PHY呢？

PHY（PortPhysical Layer），中文可稱之為埠物理層，

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路，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，

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我們說回PHY暫存器，外部PHY芯片暫存器分為3種型別

Basic：基礎暫存器

Extended：擴展暫存器

Vendor-spcififc：廠商特殊暫存器

其中在802.3協議2012版中有如下說明，

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不同的手冊，對基礎暫存器有不同的說明，按照802.3-2012上圖的說明基礎暫存器是控制器暫存器（暫存器0）和狀態暫存器（暫存器1），在GMII（千兆網）介面中海油擴展狀態暫存器（暫存器15），

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

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暫存器0和暫存器1在協議檔案的中位置如下圖

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上面提到的802.3-2012協議大家可以到ieee官網下載

https://standards.ieee.org/

或者通過百度網盤下載

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

提取碼：xhin

01、控制暫存器（暫存器0）

暫存器0是PHY控制暫存器，通過ControlRegister可以對PHY的主要作業狀態進行設定

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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實作對PHY的復位操作，復位后該埠PHY的其他控制、狀態暫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，復位程序中Bit15保持為1，復位完成之后該位應該自動清零，一般要改變埠的作業模式（如速率、雙工、流控或協商資訊等）時，在設定完相應位置的暫存器之后，需要通過Reset位復位PHY來使配置生效，

在復位程序完成之前，不需要PHY接受對控制暫存器的寫事務，而在復位程序完成之前，對控制暫存器中除bit15以外的位的寫操作可能無效，

bit14 Loopback

Loopback是一個除錯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介面）發送過來的資料將不會被發送到MDI上，而是在PHY內部（一般在PCS）回環到本埠的MII/GMII接收通道上，

通過Loopback功能可以檢查MII/GMII以及PHY介面部分是否作業正常，對于埠不通的情況可用于故障定位，需要注意的是，很多時候PHY設定Loopback后埠可能就Linkdown了，MAC無法向該埠發幀，這時就需要通過設定埠ForceLink up才能使用Loopback功能，

bit13 Speed Selection（LSB）

Bit13和Bit6兩位聯合實作對埠的速率控制功能，具體的對應關系詳見下圖

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

并且，對SpeedSelection的修改設定，往往需要復位埠才能配置生效，因此在設定該位置的時候需要檢查自動協商的設定并通過Bit15復位埠，

bit12 Auto-Negotiation Enable

自動協商（AN）開關，設定為1表示打開AN功能，埠的作業模式通過和連接對端進行自動協商來確定，如果設定為0則自動協商功能關閉，埠的作業模式通過ControlRegister相應位置的配置決定，必須注意的是，對于1000BASE-T介面,自動協商必須打開，

bit11 Power Down

埠作業開關：設定為1將使埠進入PowerDown（低功耗狀態）模式，正常情況下PHY在PowerDown模式其MII和MDI均不會對外發送資料，PowerDown模式一般在軟體shutdown埠的時候使用，需要注意的是埠從PowerDown模式恢復，需要復位埠以保證埠可靠的連接，

bit10 Isolate

隔離狀態開關：改位置1將導致PHY和MII介面之間處于電氣隔離狀態，除了MDC/MDIO介面的信號外，其他MII引腳處于高阻態，IEEE802.3沒有對Isolate時MDI介面的狀態進行規范，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介面主流的都是SMII/S3MII，8個埠的介面是相互關聯的，一個埠設定Isolate可能會影響其他埠的正常使用，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將重新啟動埠的自動協商行程，當然前提是Auto-NegotiationEnable是使能的，一般在修改埠的自動協商能力資訊之后通過Bit9置1重新啟動自動協商來使埠按照新的配置建立link，

bit8 Duplex Mode

雙工模式設定：Bit8置1埠設定為全雙工，置0則端設定為半雙工，和SpeedSelection的設定一樣，DuplexMode的設定只有在自動協商關閉的情況下才起作用，如果自動協商設定為Enable狀態，則該設定不起作用，埠的雙工模式根據AN結果來定，對DuplexMode的修改配置也需要復位埠才能生效，

bit7 Collision Test

沖突信號（COL）測驗開關：在需要對COL信號進行測驗時，可以通過Bit7置1，這時PHY將輸出一個COL脈沖以供測驗，實際測驗操作中也可以將埠配置為半雙工狀態，通過發幀沖突來測驗COL信號，因此該配置實用價值不大，

bit6 Speed Selection（MSB）

和Bit13兩位聯合實作對埠的速率控制功能，

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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介面啟用傳輸，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介面傳輸

Bits 4:0 reserved

保留位，它們應寫入為零，讀取時應忽略；但是，PHY應回傳這些位中的值零，

02、狀態暫存器（暫存器1）

暫存器1是PHY狀態暫存器，主要包含PHY的狀態資訊，

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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：使能暫存器15

0：不使能暫存器15

bit7 Unidirectional ability

1：PHY有能力編碼和傳輸來自PHY的資料通過MII介面，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介面傳輸

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，

在官方檔案中22.2.4.5.2中有描述的，大家可以自行查看，

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

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bit5 Auto-Negotiation Complete

AN完成狀態指示位：Bit5指示的是埠AN行程是否完成的狀態位，在ANEnable的情況下，Bit5=1表示自動協商行程已經成功結束，此時PHY的其他和Link狀態相關的暫存器才是正確可靠的，如果AN行程沒有完成，則這些狀態資訊可能是錯誤的，在除錯以及例外故障處理時，可以通過該位暫存器的狀態判斷AN是否成功，從而進一步的檢查AN相關的設定是否正確，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，至于出錯的具體型別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暫存器（Register16-31由廠商自行定義）指示比較詳細的錯誤型別，在與埠相關的故障查證中，RemoteFault是一個重要的指示資訊，通過互聯雙方的RemoteFault資訊（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代表埠Linkup，0則代表埠Linkdown，實際應用中一般都是通過Bit2來判斷埠的狀態，而且，一般的MAC芯片也是通過輪詢PHY的這個暫存器值來判斷埠的Link狀態的（這個程序可能有不同的名稱，比如BCM叫做LinkScan，而Marvell叫做PHYPolling，）如前所述，在ANEnable的情況下，LinkStatus的資訊只有在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，可通過擴展的暫存器集進行訪問，

0：沒有提供擴展暫存器，

03、暫存器15

暫存器15主要模式千兆網模式下，PHY的狀態，

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如上圖，暫存器15主要描述，千兆網模式下PHY的狀態，具體含義和暫存器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

其他暫存器

除去基礎暫存器，802.3-2012協議也提到了其他暫存器，這里簡單說明下，不做重點講解，

暫存器2、3：芯片ID暫存器

暫存器2、3分別是PHYID暫存器，從內核代碼知道，暫存器2(PHYID1)為高16位，而暫存器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，

暫存器4：自動協商通告暫存器

該暫存器保存著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，

當設定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，則此暫存器的配置無效，

暫存器5：自動協商對端能力通告暫存器

該暫存器和暫存器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暫存器資訊才有效，由于此暫存器表示的是對端的狀態，所以一般情況下暫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，

該暫存器主要用來了解對端的情況，在出現問題時，可以了解對方的資訊，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，此暫存器就是有力的現場證據，

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