第3章 PHY芯片驱动：从寄存器到链路状态
PHY芯片，说白了就是以太网的物理层收发器。它负责把MAC层送来的数字信号转成能在网线上跑的模拟信号，反过来也一样。很多刚入行的朋友觉得PHY驱动就是配几个寄存器，其实没那么简单。
我个人习惯把PHY驱动分成四个模块：寄存器映射、自动协商、链路检测、复位与配置。咱们一个一个来聊。
3.1 PHY寄存器映射——标准与扩展
IEEE 802.3定义了一套标准寄存器，地址从0到31，共32个。前16个（0-15）是基本寄存器，所有PHY芯片都得支持。后16个（16-31）是扩展的，各厂家自己玩。
我刚开始做PHY驱动时，以为所有芯片都按标准来。结果换了个型号，读出来的ID全不对。后来才明白——寄存器映射虽然标准，但不同芯片的扩展寄存器差异很大。
| 寄存器地址 | 名称 | 功能 |
|---|---|---|
| 0 | BMCR | 基本控制寄存器（复位、自协商、速度、双工） |
| 1 | BMSR | 基本状态寄存器（链路状态、自协商完成） |
| 2-3 | PHYIDR1/2 | PHY标识符（厂家+型号） |
| 4-5 | ANAR/ANLPAR | 自协商通告/对端能力 |
| 6-7 | ANER/ANNPTR | 自协商扩展/下一页 |
核心要点：读PHYIDR1和PHYIDR2是驱动初始化的第一步。如果读出来全是0或0xFFFF，说明MDIO通信有问题，或者PHY地址配错了。
3.2 自动协商机制——双方握手
自动协商，说白了就是两个PHY芯片互相喊话：「我能跑100M全双工，你呢？」「我也能，那就100M全双工吧。」
这个过程靠FLP（快速链路脉冲）完成。每个PHY把自己的能力写在ANAR寄存器里，对端收到后填到ANLPAR里。两边取交集，选最优模式。
优先级从高到低：
- 1000BASE-T全双工
- 1000BASE-T半双工
- 100BASE-TX全双工
- 100BASE-TX半双工
- 10BASE-T全双工
- 10BASE-T半双工
避坑指南：我曾经遇到一个项目，PHY死活协商不到千兆。查了两天，发现是PCB走线太长，FLP信号衰减太厉害。换了个短网线就好了。所以硬件设计时，MDI走线长度一定要控制好。
3.3 链路状态检测——轮询还是中断？
检测链路状态，通常有两种方式：
- 轮询：定时读BMSR寄存器的bit 2（链路状态位）。简单，但浪费CPU。
- 中断：PHY芯片支持中断引脚，链路变化时主动通知CPU。高效，但硬件要支持。
我个人习惯，在资源紧张的单片机上用轮询，周期100ms左右。在Linux等系统里用中断，配合phy_state_machine状态机。
为什么轮询周期不能太短？因为PHY寄存器读取本身就有延迟，而且链路状态变化没那么快。我曾经见过有人1ms轮询一次，结果CPU占用率飙到30%，完全没必要。
/* 轮询链路状态示例 */
int phy_check_link(struct phy_device *phydev)
{
uint16_t bmsr;
/* 读BMSR寄存器 */
bmsr = phy_read(phydev, PHY_BMSR);
/* 检查bit 2 */
if (bmsr & PHY_BMSR_LINK_STATUS)
return 1; /* 链路正常 */
else
return 0; /* 链路断开 */
}3.4 PHY复位与配置——顺序很重要
PHY复位有两种：硬件复位（拉低RST引脚）和软件复位（写BMCR的bit 15）。
我建议的做法是：
- 先硬件复位，等待至少1ms
- 再软件复位，等待PHY自检完成（约50ms）
- 读PHYID确认通信正常
- 配置自协商或强制模式
- 等待自协商完成（约2-3秒）
注意：软件复位后，所有寄存器恢复默认值。如果你之前配过什么，复位后得重新配。我曾经犯过这个错——复位后忘了重新配置LED模式，结果指示灯全灭，还以为板子坏了。
3.5 常见PHY芯片驱动实现
3.5.1 LAN8720——低功耗小封装
LAN8720是Microchip的10/100M PHY，RMII接口，QFN封装，很适合空间受限的产品。
它的特殊寄存器：
| 寄存器 | 地址 | 说明 |
|---|---|---|
| MODE_CTRL | 0x1F | 模式控制，可配RMII时钟源 |
| INT_CTRL | 0x1B | 中断控制，使能链路变化中断 |
| LED_CFG | 0x1C | LED配置，可自定义指示灯行为 |
驱动初始化代码：
int lan8720_init(struct phy_device *phydev)
{
uint16_t id1, id2;
/* 读PHY ID */
id1 = phy_read(phydev, PHY_IDR1);
id2 = phy_read(phydev, PHY_IDR2);
if (id1 != 0x0007 || (id2 & 0xFFF0) != 0xC0F0) {
printf("LAN8720 not detected!\n");
return -1;
}
/* 软件复位 */
phy_write(phydev, PHY_BMCR, PHY_BMCR_RESET);
delay_ms(50);
/* 使能自协商 */
phy_write(phydev, PHY_BMCR, PHY_BMCR_ANENABLE);
/* 配置LED：Link/Activity */
phy_write(phydev, 0x1C, 0x0001);
return 0;
}3.5.2 DP83848——工业级稳定
DP83848是TI的工业级PHY，支持-40°C到85°C，MII/RMII都支持。我在一个户外设备上用过，三年没出过问题。
它的特殊寄存器：
| 寄存器 | 地址 | 说明 |
|---|---|---|
| PHYSTS | 0x10 | 详细状态，含极性、信号质量 |
| PHYCR | 0x11 | PHY控制，可配BIST测试 |
| LEDCR | 0x18 | LED控制，支持三色LED |
DP83848有个很实用的功能——信号质量指示。读PHYSTS的bit 10-12，可以知道当前链路的信号质量。这在排查网线问题时特别有用。
/* DP83848信号质量检测 */
int dp83848_signal_quality(struct phy_device *phydev)
{
uint16_t physts;
physts = phy_read(phydev, 0x10);
/* bit 10-12: SQ[2:0] */
return (physts >> 10) & 0x07;
/* 返回值：0=差，7=好 */
}经验之谈：DP83848的复位时序比LAN8720要长。硬件复位后，我建议等至少10ms再操作。另外，它的LED默认配置是100M绿色、Link黄色、Activity闪烁。如果客户要改，记得在初始化时配LEDCR。
3.6 PHY驱动核心流程
下面这张图，是我自己总结的PHY驱动初始化流程。每次写新驱动，我都照着这个框架来。
3.7 调试技巧与避坑
调试PHY驱动，我常用的三板斧：
- 读ID：如果读不到正确ID，先查MDIO时钟频率。很多PHY对MDIO时钟有要求，不能超过2.5MHz。
- 看状态：BMSR寄存器bit 2是链路状态，bit 5是自协商完成。这两个位能帮你快速定位问题。
- 抓波形：用示波器看MDIO和MDC的波形，确认时序是否正确。我曾经遇到一个案例，MDIO上拉电阻没焊，导致通信时好时坏。
重要提醒：PHY芯片的VDDIO电压必须和MAC侧匹配。比如STM32的GPIO是3.3V，那PHY的VDDIO也得接3.3V。接错了轻则通信异常，重则烧芯片。我见过不止一次这种低级错误。
嗯，PHY驱动这块，说白了就是读读写写那几个寄存器。但每个芯片都有自己的脾气，多看看数据手册，多动手试试，慢慢就熟了。