如何快速理解PHY芯片

物理层芯片称为PHY、数据链路层芯片称为MAC。

可以看到PHY的数据是RJ45网络接口（网线口）穿过了的差分信号，而PHY作用就是将差分信号转为数字信号，这块内容不用深究，制造商都设计好了。

那我们干什么呢？（主要是对phy芯片进行模式选择，比如工作速率，工作模式）

为什么要熟悉RJ45网口

上面说到针对phy芯片我们只要进行模式选择（下文会介绍使用mdio接口，通过寄存器控制）

那模式选择后，如何查看是否有效呢？最简单直接的就是通过RJ45网口的指示灯查看

RJ45 座子上一般有两个灯，一个黄色(橙色)，一个绿色，绿色亮的话表示网络连接正常，黄色闪烁的话说明当前正在进行网络通信，黄灯闪动频率快表示网速好，这两个灯由 PHY 芯片控制。

如果不懂物理层和数据链路层可以看一下网络七层协议。

两个模块进行通信

下图是两个主控直接的通信，比如我们的电脑 和 路由器 ，但是如果没有中间的介质还能连接网络吗？答案是可以的。

如果phy芯片没有，那么可以直接通过两个mac连接进行通信，之所以需要mac 、phy、变压器的目的是为了转换数据类型适配所以的网线，但是在一些电路上，没必要加这么多东西。

比如搭载 Linux系统的arm芯片想要网络，可以直接通过mac和网卡芯片连接获取，这时候就需要通过RGMII接口或者MII接口 和 MDIO 连接网卡芯片。

（网卡芯片内置也是mac+phy，有的只有mac 层这个要看具体的手册）

什么是MDIO协议

mido协议即SMI协议。

SMI协议也是一种通信协议类似与I2C协议但是通信方式不一样。

SMI包含两根信号线，一个MDC时钟线，一个MDIO双向传输的数据线。如下图为SMI应用框图。STA设备通过MDIO接口与PHY通信。STA（StaTIon Management）为主控设备，比如MCU、MAC、ONU等。

PHY为从设备。一个STA最多管理32个PHY。MDC信号由STA控制，MDIO信号根据通信方式的不同可以由STA或者PHY接管控制。如图通常MDIO会接一个电阻上拉至接口电源。

MDIO的作用 

从上面的连接图可以看到MDIO是用来连接主设备和多个PHY设备，并且通过MDIO来传输数据。

那么传输的是数据是哪些呢？主要是传输链接状态、传输速度与选择、断电、低功率休眠状态、TX/RX模式选择、自动协商控制、环回模式控制等。

MDIO没那么重要

MDIO在上面说到的两个模块通信，我提到了 arm芯片和网卡芯片直接需要，那么这个真的有必要吗？其实没必要连接！！！

换个话说 不连接也可以使得网络畅通，因为网络的数据传输时靠RGMII不是靠MDIO，MDIO的作用仅仅只是用来查看一些状态和功能，还有简单的控制，而这些简单的控制是完全可以有网卡芯片内置去写死，arm层只要和网卡的写的一直就可以通讯。

但是为什么很多时候需要通过mdio来进行读写控制，这个只是在网络通讯正常后的升级优化，用来方便查看状态，就像写了个前端网页来看后台数据。

如果mido没有读通，或者读取的数据是0xfffff，那么不一定是mdio的问题，很多时候是网卡本身没有启动！

MDIO读写时序

Preamble：32bits的前导码

Start：2bit的开始位。

OP Code：2bits的操作码，10表示读，01表示写。

PHYAD：5bits的PHY地址。

REGAD：5bits的寄存器地址，即要读或写的寄存器。

Turn Around：2bits的TA，在读命令中，MDIO在此时由MAC驱动改为PHY驱动，并等待一个时钟周期准备发送数据。在写命令中，不需要MDIO方向发生变化，则只是等待两个时钟周期准备写入数据。

Data：16bits数据，在读命令中，PHY芯片将读到的对应PHYAD的REGAD寄存器的数据写到Data中，在写命令中，MAC将要写入对应PHYAD的REGAD寄存器的值写入Data中。

Idle：空闲状态，此时MDIO无源驱动，处高阻状态，但一般用上拉电阻使其处在高电平，上拉电阻一般为1.5K。

为什么说读取的phy最多32个

因为mdio中读取的phy只提供5bit的字节即最高11111 转成十进制就是31即0-31就是32个，但这是从读取的方式判断的，而mdio读取是依照phy芯片本身地址空间就5位

为什么说reg地址最多32个？

同样mdio中读取的reg只提供5bit的字节即最高11111 转成十进制就是31即0-31就是32个

PHY 芯片寄存器地址空间为 5 位，地址 0-31 共 32 个寄存器， IEEE 定义了 0-15 这 16 个寄存器的功能， 16~31 这 16 个寄存器由厂商自行实现。也就是说不管你用的哪个厂家的 PHY 芯片，其中 0~15 这 16 个寄存器是一模一样的。 仅靠这 16 个寄存器是完全可以驱动起 PHY 芯片的，至少能保证基本的网络数据通信。

一些感想

这个也是我看了大量的参考文献和一步步的实践总结的经验，中间花了几百块问过知乎的博主和一些领域内的人，都没有讲解的很细致，最后还是通过实践，把每一层都走一遍，把变压器去掉，把phy去掉，linux系统的网卡函数看了一遍，phy芯片的手册有看了很多。

本篇文章想帮助很多像我一样的有些刚入行的打工人（我是个女生，内向腼腆但是又较真，学的嵌入式，入了这行，不甘心做不出来，就自己花钱各种找资源，找人咨询，前期因为不懂的被人忽悠了钱，还是坚持继续深入探讨）。希望对你有帮助。

审核编辑：黄飞