STM系列（5）--STM32 以太網(wǎng)硬件設(shè)計(jì)—PHY

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OSI 的 7 層基準(zhǔn)模型中PHY 屬于第一層——物理層。PHY 是數(shù)據(jù)鏈路層的媒體訪問控制部分和媒體的接口。PHY 對(duì)所有傳輸?shù)臄?shù)據(jù)只是進(jìn)行編碼轉(zhuǎn)化，沒有對(duì)有效數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行任何分析或改變，但是 MAC 所有的數(shù)據(jù)傳輸都必須經(jīng)過PHY 發(fā)送和接收才能傳輸?shù)侥繕?biāo)MAC。

PHY 還可以完成連接判斷，自動(dòng)協(xié)商以及沖突檢測。MAC 可以通過修改 PHY 的寄存器完成對(duì)自動(dòng)協(xié) 商的監(jiān)控，當(dāng)然也可以讀取PHY 的寄存器來判斷PHY 的狀態(tài)。

一.PHY 寄存器

IEEE802.3 標(biāo)準(zhǔn)中定義了 PHY 的基本寄存器，寄存器偏移 00h ~ 0fh。其中最重要的就是 BCR（Basic Control Register, offset: 00h），BSR（Basic Status Register, offset: 01h）。

MAC 通過 SMI 接口訪問 BCR 來控制 PHY 的工作模式，也可以通過訪問 BSR 來得知 PHY 的工作狀態(tài)。 需要注意的是，有 時(shí) PHY 的工作速率和工作模式不一定是通過訪問 BSR 來得到的，因此在使用 STM32 MAC 外設(shè)與不同的 PHY 通訊時(shí)，可 能需要修改寄存器定義。以下是 ST 所提供的驅(qū)動(dòng)中關(guān)于 PHY 寄存器的定義（節(jié)選自 stm32f4xx_hal_conf.h）。

/* Section 3: Common PHY Registers */ #define PHY_BCR             ((uint16_t)0x00)          /*!< Transceiver Basic Control Register */ #define PHY_BSR             ((uint16_t)0x01)          /*!< Transceiver Basic Status Register */ #define PHY_RESET           ((uint16_t)0x8000)        /*!< PHY Reset */ #define PHY_LOOPBACK        ((uint16_t)0x4000) /*!< Select loop-back mode */ #define PHY_RESTART_AUTONEGOTIATION    ((uint16_t)0x0200)     /*!< Restart auto-negotiationfunction */ #define PHY_POWERDOWN               ((uint16_t)0x0800)        /*!< Select the power down mode */ #define PHY_AUTONEGO_COMPLETE     ((uint16_t)0x0020)      /*!< Auto-Negotiation process completed*/

/* Section 4: Extended PHY Registers */ #define   PHY_SR           ((uint16_t)0x10)    /*!< PHY status register Offset */ #define   PHY_LINK_STATUS   ((uint16_t)0x0001) /*!< PHY Link mask */ #define   PHY_SPEED_STATUS  ((uint16_t)0x0002) /*!< PHY Speed mask */ #define   PHY_DUPLEX_STATUS ((uint16_t)0x0004) /*!< PHY Duplex mask */

二．PHY AutoStrapping

現(xiàn)在的多數(shù) PHY 都具有 AutoStrapping 功能，即可以在硬件設(shè)計(jì)時(shí)，通過上下拉電阻設(shè)定某些引腳的電平，PHY 復(fù)位后自動(dòng) 將引腳電平讀入指定的寄存器標(biāo)志位，以相應(yīng)的方式工作。需要注意的有以下幾項(xiàng)：

1.PHY 寄存器地址

SMI 接口訪問 PHY 時(shí)除了需要 PHY 的寄存器偏移，也需要 PHY 的地址，這個(gè)地址是在 AutoStrapping 中指定的。當(dāng)然，隨 后也可以通過 SMI 接口軟件修改 PHY 的寄存器地址。

/** * @brief Reads a PHY register * @param heth: pointer to a ETH_HandleTypeDef structure that contains * the configuration information for ETHERNET module * @param PHYReg: PHY register address, is the index of one of the 32 PHY register. * This parameter can be one of the following values: * PHY_BCR: Transceiver Basic Control Register, * PHY_BSR: Transceiver Basic Status Register. * More PHY register could be read depending on the used PHY * @param RegValue: PHY register value * @retval HAL status */ HAL_StatusTypeDef HAL_ETH_ReadPHYRegister(ETH_HandleTypeDef *heth, uint16_t PHYReg, uint32_t *RegValue)

2.工作模式

工作模式首先需要注意的是是否使能自動(dòng)協(xié)商功能，自動(dòng)協(xié)商遵循的原則就是雙方尋找最快的方式。 也可以在不使能自動(dòng)協(xié) 商的情況下直接指定 PHY 的工作模式（例如半雙工 10Mbits/s）。在 ST 的 驅(qū)動(dòng)中，為了準(zhǔn)確的獲得此信息，通過 SMI 接口 讀取寄存器標(biāo)志位。

3. LED 接口

PHY 中一般都包括指示 LED，用來指示鏈接狀態(tài)和 Activity 情況。這些也是可以在此項(xiàng)中設(shè)置的。

  

4. 其它

此外，PHY 的 AutoStrapping 中一般還具有 Loopback 等功能。

三． 總結(jié)

MAC 和 PHY 并不困難，在應(yīng)用時(shí)，硬件工程師應(yīng)該閱讀 PHY 的參考手冊(cè)，并在原理圖中標(biāo)明所 選定的工作方式以方便軟件工程師編寫驅(qū)動(dòng)程序。

文章來源：微信公眾號(hào)   融創(chuàng)芯城（一站式電子元器件、PCB、PCBA購買服務(wù)平臺(tái)，項(xiàng)目眾包平臺(tái)，方案共享平臺(tái)）