3. PHY 寄存器概述：地址空间与基本寄存器功能

PHY（Physical Layer）芯片通过一组标准寄存器与 MAC 层或 CPU 进行通信，完成链路状态查询、协商控制、中断管理等功能。IEEE 802.3 标准定义了 PHY 寄存器地址空间的基本框架，其中前 32 个寄存器（地址 0x00–0x1F）为基本寄存器集，后续地址为厂商扩展寄存器。掌握这些寄存器的布局与功能，是进行 PHY 驱动开发和链路调试的基础。

3.1 PHY 寄存器地址空间布局

PHY 寄存器采用 16 位宽度、5 位地址线（共 32 个基本寄存器）的访问模型。标准将地址空间划分为三个区域：

下图展示了 PHY 寄存器地址空间的整体结构，以及基本寄存器与扩展寄存器的分布关系：

3.2 基本寄存器功能详解

以下重点介绍链路协商与中断调试中频繁使用的 7 个基本寄存器（地址 0、1、4、5、6、17、18、19）。每个寄存器均为 16 位，位定义遵循 IEEE 802.3 标准。

3.2.1 寄存器 0：控制寄存器（BMCR）

BMCR（Basic Mode Control Register）用于配置 PHY 的重置、环回、速度、双工模式以及协商使能。复位值为 0x1000（Auto-Negotiation Enable 位默认置 1）。

3.2.2 寄存器 1：状态寄存器（BMSR）

BMSR（Basic Mode Status Register）反映 PHY 的当前能力与链路状态，包括协商完成标志、链路状态、扩展能力等。只读寄存器。

3.2.3 寄存器 4：自动协商通告寄存器（ANAR）

ANAR（Auto-Negotiation Advertisement Register）用于通告本端支持的能力（速度、双工、流控等）。对端通过接收此寄存器的内容进行协商匹配。

3.2.4 寄存器 5：自动协商链路伙伴能力寄存器（ANLPAR）

ANLPAR（Auto-Negotiation Link Partner Ability Register）只读，反映对端 PHY 通告的能力。通过与 ANAR 进行优先级匹配，确定最终的协商结果。

3.2.5 寄存器 6：自动协商扩展状态寄存器（ANER）

ANER（Auto-Negotiation Expansion Register）提供协商过程的扩展状态信息，包括链路状态变化、并行检测标志等。

3.2.6 寄存器 17/18/19：扩展状态与厂商专用

这三个寄存器在标准中属于扩展寄存器区域，但在多数 PHY 芯片中用于提供更详细的状态和调试信息：

• 寄存器 17 (Extended Status)： 提供 1000BASE-T 的协商状态，包括 Master/Slave 配置、1000M 全双工/半双工能力指示。
• 寄存器 18 (PHY Specific Status)： 厂商自定义，常用于读取当前实际协商速度、双工模式、MDI/MDIX 状态。
• 寄存器 19 (PHY Specific Control)： 厂商自定义，用于控制中断使能、省电模式、交叉检测等高级功能。

下图展示了基本寄存器在链路协商过程中的数据流向与交互关系：

3.3 寄存器操作注意事项

• 复位自清零： BMCR 的位 15（Reset）和位 9（Restart Auto-Negotiation）均为自清零位，写入 1 后硬件自动清零，软件无需手动清除。
• 锁存位处理： BMSR 的位 2（Link Status）和位 5（Auto-Negotiation Complete）为锁存位，读取操作会清除锁存状态。调试时建议连续读取两次，取第二次的值作为当前状态。
• 协商完成判断： 不要仅依赖 BMSR 位 5，建议同时检查 ANER 位 0（LP AN Able）确认对端支持协商，避免误判。
• 厂商寄存器差异： 寄存器 17/18/19 的功能在不同厂商（如 Broadcom、Marvell、Realtek）之间存在差异，务必查阅对应 PHY 的数据手册。

3.4 寄存器读取代码示例

以下代码演示了通过 MDIO/MDC 总线读取 PHY 基本寄存器的典型流程（基于 Linux 内核 MDIO 子系统）：

/* PHY 基本寄存器读取示例 */
#include <linux/mdio.h>
#include <linux/phy.h>

int phy_read_basic_regs(struct phy_device *phydev)
{
    int bmcr, bmsr, anar, anlpar, aner;

    /* 读取控制寄存器 */
    bmcr = phy_read(phydev, MII_BMCR);
    if (bmcr < 0)
        return bmcr;

    /* 读取状态寄存器（连续两次，清除锁存） */
    bmsr = phy_read(phydev, MII_BMSR);
    bmsr = phy_read(phydev, MII_BMSR);

    /* 读取协商通告寄存器 */
    anar = phy_read(phydev, MII_ADVERTISE);

    /* 读取对端能力寄存器 */
    anlpar = phy_read(phydev, MII_LPA);

    /* 读取扩展状态寄存器 */
    aner = phy_read(phydev, MII_EXPANSION);

    /* 打印调试信息 */
    phydev_info(phydev,
        "BMCR=0x%04x, BMSR=0x%04x, ANAR=0x%04x, ANLPAR=0x%04x, ANER=0x%04x\n",
        bmcr, bmsr, anar, anlpar, aner);

    /* 检查协商状态 */
    if (bmsr & BMSR_ANEGCOMPLETE)
        phydev_info(phydev, "Auto-negotiation completed\n");
    else
        phydev_info(phydev, "Auto-negotiation in progress\n");

    return 0;
}