在之前的文章，我們講解了stm32的網絡外設部分。
文章有《stm32網絡電路設計》《stm32網絡之mac控制器》《stm32網絡之dma控制器》《stm32網絡之中斷》。
stm32隻有網絡外設時不能進行網絡通信的，因為stm32隻提供了smi接口，mii和rmii接口。我們還需要與之通信的外部網絡晶片，簡稱phy晶片。我熟悉的phy型号有：rtl8201f，rtl8201e，rtl8201g，dp83848,yt8512c等，原計劃講解rtl8201f的，但是内容太多，先把phy寄存器拿出來講一下。
為什麼stm32不內建phy呢？
phy（portphysical layer），中文可稱之為端口實體層。
1、phy晶片是模拟晶片，需要将網線的差分信号轉換成數字信号，如果內建，則晶片面積增加，如果要降低功耗，還要高的晶片制造技術，這會直接将晶片成本拉高。
2、并不是所有的stm32使用者都需要使用到網絡，內建phy會增加成本。
是以，stm32不內建phy不是技術問題，而是各方面考慮的結果。
難道沒有內建phy的mcu嗎？
有的，ti的lm3s8962。
我們說回phy寄存器，外部phy晶片寄存器分為3種類型
basic：基礎寄存器
extended：擴充寄存器
vendor-spcififc：廠商特殊寄存器
其中在802.3協定2012版中有如下說明。
不同的手冊，對基礎寄存器有不同的說明，按照802.3-2012上圖的說明基礎寄存器是控制器寄存器（寄存器0）和狀态寄存器（寄存器1），在gmii（千兆網）接口中海油擴充狀态寄存器（寄存器15）。
本文主要根據802.3-2012協定講解phy的基礎寄存器，并不是根據某個具體晶片講解的。
寄存器0和寄存器1在協定文檔的中位置如下圖
上面提到的802.3-2012協定大家可以到ieee官網下載下傳
https://standards.ieee.org/
或者通過百度網盤下載下傳
連結：https://pan.baidu.com/s/1nr_khse32zysbkz0btpceg
提取碼：xhin
01、控制寄存器（寄存器0）
寄存器0是phy控制寄存器，通過controlregister可以對phy的主要工作狀态進行設定
bit15 rset
bit15為1時表示，phy複位。bit15控制的是phy複位功能，在該位置寫入1實作對phy的複位操作。複位後該端口phy的其他控制、狀态寄存器将恢複到預設值，每次phy複位應該在0.5s的時間内完成，複位過程中bit15保持為1，複位完成之後該位應該自動清零。一般要改變端口的工作模式（如速率、雙工、流控或協商資訊等）時，在設定完相應位置的寄存器之後，需要通過reset位複位phy來使配置生效。
在複位過程完成之前，不需要phy接受對控制寄存器的寫事務，而在複位過程完成之前，對控制寄存器中除bit15以外的位的寫操作可能無效。
bit14 loopback
loopback是一個調試以及故障診斷中常用的功能，bit14置1之後，phy和外部mdi的連接配接在邏輯上将被斷開，從mac經過mii/gmii（也可能是其他的mac/phy接口）發送過來的資料将不會被發送到mdi上，而是在phy内部（一般在pcs）回環到本端口的mii/gmii接收通道上。
通過loopback功能可以檢查mii/gmii以及phy接口部分是否工作正常，對于端口不通的情況可用于故障定位。需要注意的是，很多時候phy設定loopback後端口可能就linkdown了，mac無法向該端口發幀，這時就需要通過設定端口forcelink up才能使用loopback功能。
bit13 speed selection（lsb）
bit13和bit6兩位聯合實作對端口的速率控制功能，具體的對應關系詳見下圖
需要注意的是speedselection隻有在自動協商關閉的情況下才起作用，如果自動協商設定為enable狀态，則該設定不起作用；
并且，對speedselection的修改設定，往往需要複位端口才能配置生效。是以在設定該位置的時候需要檢查自動協商的設定并通過bit15複位端口。
bit12 auto-negotiation enable
自動協商（an）開關。設定為1表示打開an功能，端口的工作模式通過和連接配接對端進行自動協商來确定。如果設定為0則自動協商功能關閉，端口的工作模式通過controlregister相應位置的配置決定。必須注意的是，對于1000base-t接口,自動協商必須打開。
bit11 power down
端口工作開關：設定為1将使端口進入powerdown（低功耗狀态）模式，正常情況下phy在powerdown模式其mii和mdi均不會對外發送資料。powerdown模式一般在軟體shutdown端口的時候使用，需要注意的是端口從powerdown模式恢複，需要複位端口以保證端口可靠的連接配接。
bit10 isolate
隔離狀态開關：改位置1将導緻phy和mii接口之間處于電氣隔離狀态，除了mdc/mdio接口的信号外，其他mii引腳處于高阻态。ieee802.3沒有對isolate時mdi接口的狀态進行規範，此時mdi端可能還在正常運作。isolate在實際應用中并沒有用到。并且，值得注意的是，由于目前很多百兆的phy晶片其mac接口主流的都是smii/s3mii，8個端口的接口是互相關聯的，一個端口設定isolate可能會影響其他端口的正常使用，是以在使用中注意不要随意更改bit10的狀态。
bit9 restart auto-negotiation
重新啟動自動協商開關：bit9置1将重新啟動端口的自動協商程序，當然前提是auto-negotiationenable是使能的。一般在修改端口的自動協商能力資訊之後通過bit9置1重新啟動自動協商來使端口按照新的配置建立link。
bit8 duplex mode
雙工模式設定：bit8置1端口設定為全雙工，置0則端設定為半雙工，和speedselection的設定一樣，duplexmode的設定隻有在自動協商關閉的情況下才起作用，如果自動協商設定為enable狀态，則該設定不起作用，端口的雙工模式根據an結果來定。對duplexmode的修改配置也需要複位端口才能生效。
bit7 collision test
沖突信号（col）測試開關：在需要對col信号進行測試時，可以通過bit7置1，這時phy将輸出一個col脈沖以供測試。實際測試操作中也可以将端口配置為半雙工狀态，通過發幀沖突來測試col信号，是以該配置實用價值不大。
bit6 speed selection（msb）
和bit13兩位聯合實作對端口的速率控制功能。
bit5 unidirectional enable
當第12位為1或第8位為0時，該位為忽略了。
當第12位為0且第8位為1：
1：從mii接口啟用傳輸，不管phy是否确定已建立有效鍊路
0：僅當phy确定已建立有效鍊路時，才啟用從mii接口傳輸
bits 4:0 reserved
保留位，它們應寫入為零，讀取時應忽略；但是，phy應傳回這些位中的值零。
02、狀态寄存器（寄存器1）
寄存器1是phy狀态寄存器，主要包含phy的狀态資訊。
bit15 100base-t4
phy使用100base-t4信令規範執行鍊路傳輸和接收的能力。1：具有能力；0：不具有能力。
bit14 100base-x full duplex
phy使用100base-x信令規範執行全雙工鍊路傳輸和接收的能力。1：具有能力；0：不具有能力。
bit13 100base-x half duplex
phy使用100base-x信令規範執行半雙工鍊路傳輸和接收的能力。1：具有能力；0：不具有能力。
bit12 10mb/s full duplex
phy具有以10mb/s的速度運作時執行全雙工鍊路傳輸和接收的能力。1：具有能力；0：不具有能力。
bit11 10mb/s half duplex
phy具有以10mb/s的速度運作時執行半雙工鍊路傳輸和接收的能力。1：具有能力；0：不具有能力。
bit10 100base-t2 full duplex
phy具有使用100base-t2信令規範執行全雙工鍊路傳輸和接收的能力。1：具有能力；0：不具有能力。
bit9 100base-t2 half duplex
phy具有使用100base-t2信令規範執行半雙工鍊路傳輸和接收的能力。1：具有能力；0：不具有能力。
bit8 externded status
1：使能寄存器15
0：不使能寄存器15
bit7 unidirectional ability
1：phy有能力編碼和傳輸來自phy的資料通過mii接口，而不管phy是否已确定有效鍊路已被連接配接已建立。
bit6 mf preamble suppression
1：phy能夠接受管理幀，而不管它們前面是否有前導碼模式。
0：phy不能接受管理幀，除非它們前面有前導碼模式。
前導碼模式。
在官方文檔中22.2.4.5.2中有描述的。大家可以自行檢視。
其實這個前導碼我們在之前也是講解到的，在文章《stm32網絡之smi接口》如下圖，建議沒有讀過這篇文章的同學讀一下。
bit5 auto-negotiation complete
an完成狀态訓示位：bit5訓示的是端口an程序是否完成的狀态位。在anenable的情況下，bit5=1表示自動協商程序已經成功結束，此時phy的其他和link狀态相關的寄存器才是正确可靠的。如果an程序沒有完成，則這些狀态資訊可能是錯誤的。在調試以及異常故障處理時，可以通過該位寄存器的狀态判斷an是否成功，進而進一步的檢查an相關的設定是否正确，或者晶片的an功能是否正常等。
bit4 remote fault
遠端錯誤訓示位：bit4=1代表連接配接對端（linkpartner）出錯，至于出錯的具體類型以及錯誤檢測機制在規範中并沒有定義，由phy的制造商自由發揮，一般的廠商都會在其他的寄存器（register16-31由廠商自行定義）訓示比較詳細的錯誤類型。在與端口相關的故障查證中，remotefault是一個重要的訓示資訊，通過互聯雙方的remotefault資訊（可能要加上其他的具體錯誤訓示），可以幫助定位故障原因。
bit3 auto-negotiation ability
1：phy使能自動協商
0：phy不使能自動協商
bit2 link status
link狀态訓示位：bit2=1代表端口linkup，0則代表端口linkdown。實際應用中一般都是通過bit2來判斷端口的狀态。而且，一般的mac晶片也是通過輪詢phy的這個寄存器值來判斷端口的link狀态的（這個過程可能有不同的名稱，比如bcm叫做linkscan，而marvell叫做phypolling。）如前所述，在anenable的情況下，linkstatus的資訊隻有在auto-negotiationcomplete訓示已經完成的情況下才是正确可靠的，否則有可能出錯。
bit1 jabber detect
1：檢測到抖動(戳刺)狀态
0：沒有檢測到抖動(戳刺)狀态
bit0 extended capability
1：phy提供了擴充的功能集，可通過擴充的寄存器集進行通路。
0：沒有提供擴充寄存器。
03、寄存器15
寄存器15主要模式千兆網模式下，phy的狀态。
如上圖，寄存器15主要描述，千兆網模式下phy的狀态，具體含義和寄存器1的相關位差不多。
bit15 1000base-x full duplex
phy使用1000base-x信令規範執行全雙工鍊路傳輸和接收的能力。1：具有能力；0：不具有能力。
bit14 1000base-x half duplex
phy使用100b0ase-x信令規範執行半雙工鍊路傳輸和接收的能力。1：具有能力；0：不具有能力。
bit13 1000base-t full duplex
phy具有使用1000base-t信令規範執行全雙工鍊路傳輸和接收的能力。1：具有能力；0：不具有能力。
bit12 1000base-t half duplex
phy具有使用1000base-t信令規範執行半雙工鍊路傳輸和接收的能力。1：具有能力；0：不具有能力。
bits 11:0 reserved
保留位，讀取的時候忽略。
04
其他寄存器
除去基礎寄存器，802.3-2012協定也提到了其他寄存器，這裡簡單說明下，不做重點講解。
寄存器2、3：晶片id寄存器
寄存器2、3分别是phyid寄存器，從核心代碼知道，寄存器2(phyid1)為高16位，而寄存器3(phyid2)為低16位。它們作為phy晶片的辨別，一般被認為作用不大，以前有過同一主cpu搭配不同的phy組合不同的闆卡，使用同一份核心，這裡就可以用phyid來做差別。
寄存器4：自動協商通告寄存器
該寄存器儲存着phy本身具備的特性、能力。如phy支援流控、百兆全雙工/半雙工、十兆全雙工/半雙工，等。
當設定為自動協商使能情況下通過flp在mdi上進行通告。如果不使能，則此寄存器的配置無效。
寄存器5：自動協商對端能力通告寄存器
該寄存器和寄存器4類似，它表示對端(交換機或pc)具備的特性、能力。同樣要注意是的隻有在自動協商使能情況下該寄存器資訊才有效。由于此寄存器表示的是對端的狀态，是以一般情況下寄存器的值被設計為隻讀，但有的晶片如dm9000的流控位5.10fcs是可讀寫的。
該寄存器主要用來了解對端的情況，在出現問題時，可以了解對方的資訊，進而大緻定位範圍。而不用一味地找自身原因。萬一真的是對端的交換機出現故障，此寄存器就是有力的現場證據。
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