链路建立过程：Auto-Negotiation、Link Up、Speed/Duplex 协商
链路建立不是一蹴而就的，它分三步走：自动协商检测对端能力，Link Up 确认信号稳定，最后Speed/Duplex 把结果应用起来。很多人只在软件层面配寄存器，链路不通就抓瞎。我个人习惯从物理层开始排查，一步一步拆解。
一、自动协商（Auto-Negotiation）原理
自动协商说白了就是两个 PHY 互相喊话：「你能跑多快？是全双工还是半双工？」喊话的媒介是 FLP Burst（Fast Link Pulse Burst）。你的 PHY 发一串脉冲，对端回应自己的能力集，双方取交集里的最优组合。
我曾经遇到过一块板子，插上网线死活不 Link Up。抓 MDIO 发现自动协商没有完成，PHY 状态寄存器一直是 0x01（Auto-Negotiation in progress）。换了一根短网线就好了。原因是 PCB 走线太长，FLP 信号畸变，对端收不到完整的 Burst。所以排查时别忘了检查物理介质质量。
协商优先级由标准规定，IEEE 802.3 里定义了一张表。我贴出来方便对照：
| 优先级 | 速度/双工模式 |
|---|---|
| 1（最高） | 1000BASE-T 全双工 |
| 2 | 100BASE-T2 全双工 |
| 3 | 100BASE-TX 全双工 |
| 4 | 100BASE-T4 |
| 5 | 100BASE-TX 半双工 |
| 6 | 10BASE-T 全双工 |
| 7（最低） | 10BASE-T 半双工 |
取交集时，双方各自选择一个能力位图，然后选优先级最高的那项。注意如果一方不支持自动协商，另一方也会尝试用 并行检测（Parallel Detection） 来锁定链路速度。这很容易出问题——我调试过几个案例，一方强制 100M 全双工，另一方自动协商，结果只能跑 100M 半双工，丢包率飙升。
二、Link Up 信号检测
自动协商完成后，PHY 会输出 Link 脉冲 或持续的信号以维持连接。Link Up 的标志是寄存器 Bit 0（Link Status）变成 1。但注意——这个位可能被自清除，所以读取时要读两次或开启自动协商完成中断。我习惯在驱动里用轮询加超时机制，每 10ms 读一次，连续三次为 1 才认为 Link Up 稳定。
你真的以为 Link Up 就万事大吉了吗？不一定。有一次我在调试一款交换芯片，Link Up 指示灯亮了，MDIO 寄存器也显示 0x786D（Link OK, 1000M full duplex），但板上 FPGA 就是收不到数据。最后发现是 MAC 侧的 RGMII 时钟相位没对准，RX 时钟反相了。所以 Link Up 只说明物理层信号存在，不代表数据通道正常。
PHY_ANEG_COMPLETE 和 PHY_LINK_UP 混合标志为准。
我曾经用 示波器测量差分对 来辅助判断：
- Link Down 时，差分线对一般无信号或只有微弱噪声。
- Link Up 且空闲时，会看到连续的空闲码（Idle Code）或链路脉冲。
- Link Up 且传数据时，差分信号幅值稳定在规范范围内（例如 100BASE-TX 约 ±1V）。
示波器探头用 10× 挡，地线尽量短，最好用差分探头。我见过太多人用单端探头测不到波形就断言 PHY 坏了，其实是地线太长引入了共模噪声。
三、Speed/Duplex 协商结果应用
自动协商完成后，PHY 内部会把协商好的速度和双工模式写入 PHY 控制寄存器（通常是 Register 0）和 状态寄存器（Register 1）。MAC 侧一般通过 GMII/RGMII/SGMII 接口 的时钟频率和信号线来识别的：
- RGMII 时钟频率：1000M 时 125MHz，100M 时 25MHz，10M 时 2.5MHz。
- SGMII 比较特殊：它会在低速模式下插入流水线控制码，以保持线速。
你可以通过 MDIO 读取 Register 0 的 Bit 13（Speed bit1）和 Bit 6（Speed bit0）来确认速度。下面这张表是常见结果：
| Bit13 | Bit6 | 协商速度 |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 10Mbps |
| 0 | 1 | 100Mbps |
| 1 | 0 | 1000Mbps |
| 1 | 1 | 保留 |
双工模式看 Bit 8：0 为半双工，1 为全双工。
注意，有些 PHY 允许 强制设置 速度和双工模式，绕过自动协商。这需要两侧手动配置一致，否则会出现 双工不匹配——一侧全双工，另一侧半双工，链路能通但丢包严重。我曾在某车载项目里遇到过，工厂测试时强制 PHY 为 100M 全双工，但车载交换机侧是自动协商，结果跑着跑着 Link dropped，最后全部改成自动协商才稳定。
以上就是链路建立的完整过程。你调试的时候，建议按这个流程走：先确认自动协商是否完成（读 Register 1 Bit 5），再确认 Link Up 信号（Register 1 Bit 2），最后读速度和双工寄存器验证应用结果。三者都对上了，物理层问题基本可以排除。剩下的就是 MAC 侧配置和 PCB 走线了。