STM系列（5）--STM32 以太網硬件設計—PHY

小融一號

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OSI 的 7 層基準模型中PHY 屬于第一層——物理層。PHY 是數據鏈路層的媒體訪問控制部分和媒體的接口。PHY 對所有傳輸的數據只是進行編碼轉化，沒有對有效數據信號進行任何分析或改變，但是 MAC 所有的數據傳輸都必須經過PHY 發送和接收才能傳輸到目標MAC。

PHY 還可以完成連接判斷，自動協商以及沖突檢測。MAC 可以通過修改 PHY 的寄存器完成對自動協 商的監控，當然也可以讀取PHY 的寄存器來判斷PHY 的狀態。

一.PHY 寄存器

IEEE802.3 標準中定義了 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。 需要注意的是，有 時 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 外設與不同的 PHY 通訊時，可 能需要修改寄存器定義。以下是 ST 所提供的驅動中關于 PHY 寄存器的定義（節選自 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

現在的多數 PHY 都具有 AutoStrapping 功能，即可以在硬件設計時，通過上下拉電阻設定某些引腳的電平，PHY 復位后自動 將引腳電平讀入指定的寄存器標志位，以相應的方式工作。需要注意的有以下幾項：

1.PHY 寄存器地址

SMI 接口訪問 PHY 時除了需要 PHY 的寄存器偏移，也需要 PHY 的地址，這個地址是在 AutoStrapping 中指定的。當然，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協商功能，自動協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協 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 驅動中，為了準確的獲得此信息，通過 SMI 接口 讀取寄存器標志位。

3. LED 接口

PHY 中一般都包括指示 LED，用來指示鏈接狀態和 Activity 情況。這些也是可以在此項中設置的。

  

4. 其它

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

三． 總結

MAC 和 PHY 并不困難，在應用時，硬件工程師應該閱讀 PHY 的參考手冊，并在原理圖中標明所 選定的工作方式以方便軟件工程師編寫驅動程序。

文章來源：微信公眾號   融創芯城（一站式電子元器件、PCB、PCBA購買服務平臺，項目眾包平臺，方案共享平臺）