如何使用FPGA驅動PHY芯片

前言

筆者因為作業的原因接觸到使用FPGA驅動PHY芯片進行通信，期間接觸到了德州儀器的dp83849，博通公司的B50610，裕太車通的YT8512等芯片，下面以裕太車通的芯片YT8512為例來講解如何使用和驅動PHY芯片，

必要的硬體知識

對于嵌入式軟體開發來說，不講硬體就講軟體構架的行為都是耍流氓，

如何確定PHY芯片的物理地址?

首先讀者要明確一點，PHY芯片的物理地址是什么?這個東西有什么意義? 假如在你使用的電路板子上存在多個PHY芯片，為了區分每個不同的PHY芯片，給定PHY芯片一個獨有的地址，從而確定我發送的的控制信號是給哪個PHY芯片的，而這個地址就是PHY芯片的物理地址，根據MDIO的協議，PHY的物理地址是5Bit資料，則理論上來說一根總線最多可以驅動2的5次方，即32個PHY芯片，但是實際上一般不會這么使用，首先在一般的工程中用不到這么多芯片，其次就是FPGA的引腳往往有很多，也不會如此的節省引腳，

那么如何給定PHY芯片的物理地址呢?一般來說，PHY芯片的物理地址都是通過PHY芯片管腳連接的電阻的上拉下拉決定的，即當你板子焊接好后，PHY的物理地址就確定了，除了改變硬體連接之外，沒有其它辦法改變PHY芯片的物理地址，

裕太車通的芯片YT8512有一個POS(英語原文叫PowerOnStrapping ，筆者也不知道對應的中文名詞是什么)的程序，即PHY芯片在上電的程序中，通過硬體的連接確定PHY芯片的物理地址，作業模式等等，

如何確定PHY芯片的作業模式?

以使用的裕太車通的PHY芯片YT8512為例，此芯片支持兩種介面:MII和RGMII，在上文提到的POS程序中，根據控制引腳的電阻上拉下拉決定，

如何驅動PHY芯片?

以MII為例

讀者可以把PHY芯片的介面簡單的理解為兩部分，其一為控制介面，包括MDC， MDIO兩個管腳；其二為通訊管腳，包括TXCLK， TXD， TXEN， RXCLK， RXD， RXDV等信號，

控制管腳用于了解和控制PHY芯片的作業狀態，通過讀取和寫入暫存器資料的方式了解當前PHY芯片的作業狀態，MDIO是一種串行通訊方式，每次讀取或者寫入16位資料，至于每一位資料代表什么，就請各位讀者去看對應芯片的器件手冊了，其中MDC起到的是同步時鐘的作用，其每個周期應該發送和接收MDIO一個bit資料，以筆者使用的，裕太車通的YT8512的MII規定為例:根據作業模式的不同，如果作業在100M作業模式下，MDC應該為25MHz的時鐘，如果作業在10M作業模式下，MDC應該是2，5MHz的時鐘，

通訊管腳就更好理解了，就是發送和接收資料的管腳，當發送信號的時候TXEN作為發送信號的使能位，將其置為高電平后只需按照TXCLK時鐘把要發送的資料賦給TXD埠就行了；同理，當接收信號的時候當RXDV置為高電平意味著發送的資訊已經開始到達PHY芯片，只需按照RXCLK時鐘把RXD信號存盤起來就好，

MDIO的通訊協議是什么?

所謂MDIO總線通信即FPGA和PHY芯片之間控制介面的通訊方式，根據FPGA讀和寫操作的不同，又分為兩種不同幀格式，這個幀都是FPGA發送給PHY芯片的，分為以下幾個部分:
前導碼(PRE):
器件手冊上為Preameble，一般是32個或者32個以上bit的高電平，用來提醒PHY芯片資料將要來臨，
起始碼(ST):
器件手冊上為Start Of Frame，以0，1作為發送幀的起始位，即先發送一個低電平，和前面32個高電平分隔開，再發送一個高電平，
操作碼(OP):
Opration Code，用來使PHY芯片區分這幀資料是讀操作還是寫操作，如果是讀指令，發送1，0；如果是寫指令，發送0，1；
PHY的物理地址(PHYAD):
PHY Address，PHY芯片的物理地址，用于區分特定的PHY芯片，在原則上講，一條MDIO總線可以驅動32個PHY芯片，但是實際上往往不會這么做，如果讀者朋友們使用的是FPGA開發板的話，往往只有幾個PHY芯片，因為FPGA的并行操作特點，還有很可能是每個PHY芯片單獨有一根MDIO總線連接，但是值得說明的是，這個5Bit資料是不可或缺的，請讀者朋友們仔細讀器件手冊，弄清楚相應的PHY芯片對應的物理地址，
暫存器地址(REGAD):
Register Address， PHY芯片往往有很多暫存器用于配置相應的作業模式，或者監視芯片的作業狀態，期存器中的資料便是下文中的Data資料，往往是16Bit的，
轉換碼(TA):
Turn Around，根據讀寫操作的不同，TA也會有不同的輸入，這很好理解，在寫操作狀態下，FPGA只需不停地輸入便可；但是在讀操作狀態下，PHY會向FPGA回傳資料，所以需要兩個時鐘的時間作為緩沖，讀操作下TA為Z，0；寫操作下為1，0，
資料(DATA):
讀出或者寫入的資料，至于這16bit資料每一位代表什么意思，就需要各位讀者去看相應器件的器件手冊了，

圖為博通芯片的MII介面

PHY芯片怎么收發資料?

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