PHY芯片

2025/7/10

什么是PHY

物理层芯片称为PHY、数据链路层芯片称为MAC。

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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。我们主要是对phy芯片进行模式选择（比如工作速率，工作模式）

RJ45

RJ45 座子上一般有两个灯，一个黄色(橙色)，一个绿色，这两个灯由 PHY 芯片控制。

  • 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。

模块通信

下图是两个主控直接的通信，比如我们的电脑和路由器 ，没有中间的介质也可以连接网络。

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）

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MDIO协议

SMI：串行管理接口（Serial Management Interface），也被称作MII管理接口（MII Management Interface），包括MDC和MDIO两条信号线。MDIO是一个PHY的管理接口，用来读/写PHY的寄存器，以控制PHY的行为或获取PHY的状态，MDC为MDIO提供时钟。

MDIO原本是为MII总线接口定义的，MII用于连接MAC和PHY，包含两种信号接口：

  • 一个数据接口用于MAC和PHY之间接收和发送以太网帧数据。

  • 一个PHY管理接口，即MDIO，用于读写每个PHY的控制寄存器和状态寄存器，以达到控制PHY行为和监控PHY状态的目的。

  • MDIO是双向的，只支持一个MAC连接最多32个PHY的连接方式，且MAC作为master，PHY作为slave。在写PHY寄存器的时候，由MAC驱动MDIO向PHY写入数据；在读PHY寄存器时，前半段由MAC驱动发送寄存器地址，后半段由PHY驱动回复寄存器的值。

MDC要求由MAC输出，是非周期性的，即不要求提供固定频率的时钟，对于PHY芯片则作为输入，以在上升沿触发MDIO的读写。MDC的时钟频率可以是DC-2.5MHz，即最小的时钟周期为400ns。MDC支持的最大时钟频率根据具体PHY决定。

如图为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。 image-20250710115514109

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]自动协商控制、环回模式控制等。

MDIO读写时序

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Preamble+Start：32bits的前导码以及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，一般PHY地址从0开始顺序编号，例如6口switch中PHY地址为0-5。（MAX-32个）

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。（空闲电平是低电平）

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，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是靠RGMII不是靠MDIO，MDIO的作用是用来查看一些状态和功能，还有简单的控制，网卡芯片内置可以写死，arm层只要有网卡就可以通讯。

很多时候需要通过mdio来进行读写控制，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！

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。