PHY以太网寄存器解析

关系，端口的工作模式通过Control Register相应位置的配置决定。必须注意的是，对于1000BASE-T接口,自动协商必须打开。

Power Down：端口工作开关。设置为1将使端口进入Power Down模式，正常情况下PHY在Power Down模式其MII和MDI均不会对外发送数据。Power Down模式一般在软件shut down端口的时候使用，需要注意的是端口从Power Down模式恢复，需要复位端口以保证端口可靠的连接。

Isolate：隔离状态开关。改位置1将导致PHY和MII接口之间处于电气隔离状态，除了MDC/MDIO接口的信号外，其他MII引脚处于高阻态。IEEE802.3没有对Isolate 时MDI接口的状态进行规范，此时MDI端可能还在正常运行。Isolate在实际应用中并没有用到。并且，值得注意的是，由于目前很多百兆的PHY芯片其MAC接口主流的都是SMII/S3MII，8个端口的接口是相互关联的，一个端口设置Isolate可能会影响其他端口的正常使用，因此在使用中注意不要随意更改bit10的状态。

Restart Auto-Negotiation ：重新启动自动协商开关。Bit9置1将重新启动端口的自动协商进程，当然前提是Auto-Negotiation Enable是使能的。一般在修改端口的自动协商能力信息之后通过Bit9置1重新启动自动协商来使端口按照新的配置建立link。

Duplex Mode：双工模式设置。Bit8置1端口设置为全双工，置0则端设置为半双工，和Speed Selection的设置一样，Duplex Mode的设置只有在自动协商关闭的情况下才起作用，如果自动协商设置为Enable状态，则该设置不起作用，端口的双工模式根据AN结果来定。对Duplex Mode的修改配置也需要复位端口才能生效。

Collision Test：冲突信号（COL）测试开关。在需要对COL信号进行测试时，可以通过Bit7置1，这时PHY将输出一个COL脉冲以供测试。实际测试操作中也可以将端口配置为半双工状态，通过发帧冲突来测试COL信号，因此该配置实用价值不大。

1.2 Status register

寄存器1是PHY状态寄存器，主要包含PHY的状态信息，大多数bit的值都是由芯片厂家确定的，每一个bit的功能在表3种已有详细说明。其中指示PHY所具有的工作模式能力的寄存器不再多讲，值得注意的有以下几位。

表3 Status register

Bit(s) Name Description R/Wa

1 = PHY able to perform 100BASE-T4

1.15 100BASE-T4 RO

0 = PHY not able to perform 100BASE-T4 1 = PHY able to perform full duplex

100BASE-X Full 100BASE-X 1.14 RO

Duplex 0 = PHY not able to perform full duplex

100BASE-X

1 = PHY able to perform half duplex

100BASE-X 1.13 100BASE-X RO

Half Duplex

0 = PHY not able to perform half duplex

5

100BASE-X

1 = PHY able to operate at 10 Mb/s in full

10 Mb/s Full duplex mode

RO

Duplex 0 = PHY not able to operate at 10 Mb/s in

full duplex mode

1 = PHY able to operate at 10 Mb/s in half

10 Mb/s Half duplex mode

RO

Duplex 0 = PHY not able to operate at 10 Mb/s in

half duplex mode

1 = PHY able to perform full duplex

100BASE-T2 100BASE-T2

RO

Full Duplex 0 = PHY not able to perform full duplex

100BASE-T2

1 = PHY able to perform half duplex

100BASE-T2 100BASE-T2

RO

Half Duplex 0 = PHY not able to perform half duplex

100BASE-T2

1 = Extended status information in Register 15

Extended Status RO

0 = No extended status information in Register 15

Reserved ignore when read RO

1 = PHY will accept management frames

MF Preamble with preamble suppressed.

RO

Suppression 0 = PHY will not accept management frames

with preamble suppressed.

Auto-Negotiation 1 = Auto-Negotiation process completed

RO

Complete 0 = Auto-Negotiation process not completed

1 = remote fault condition detected RO/

Remote Fault

0 = no remote fault condition detected LH 1 = PHY is able to perform Auto-Negotiation

Auto-Negotiation

0 = PHY is not able to perform RO

Ability

Auto-Negotiation 1 = link is up RO/

Link Status

0 = link is down LL 1 = jabber condition detected RO/

Jabber Detect

0 = no jabber condition detected LH

Extended 1 = extended register capabilities

RO

Capability 0 = basic register set capabilities only

1.12

1.11

1.1

1.9

1.8 1.7 1.6

1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 1

Auto-Negotiation Complete：AN完成状态指示位。Bit5指示的是端口AN进

程是否完成的状态位。在AN Enable的情况下，Bit5=1表示自动协商进程已经成功结束，此时PHY的其他和Link状态相关的寄存器才是正确可靠的。如果AN

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进程没有完成，则这些状态信息可能是错误的。在调试以及异常故障处理时，可以通过该位寄存器的状态判断AN是否成功，从而进一步的检查AN相关的设置是否正确，或者芯片的AN功能是否正常等。

Remote Fault：远端错误指示位。Bit4=1代表连接对端（Link Partner）出错，至于出错的具体类型以及错误检测机制在规范中并没有定义，由PHY的制造商自由发挥，一般的厂商都会在其他的寄存器（Register16-31由厂商自行定义）指示比较详细的错误类型。在与端口相关的故障查证中，Remote Fault是一个重要的指示信息，通过互联双方的Remote Fault信息（可能要加上其他的具体错误指示），可以帮助定位故障原因。

Link Status：Link状态指示位。Bit2=1代表端口Link up，0则代表端口Link down。实际应用中一般都是通过Bit2来判断端口的状态。而且，一般的MAC芯片也是通过轮询PHY的这个寄存器值来判断端口的Link状态的（这个过程可能有不同的名称，比如BCM叫做Link Scan，而Marvell叫做PHY Polling。）如前所述，在AN Enable的情况下，Link Status的信息只有在Auto-Negotiation Complete指示已经完成的情况下才是正确可靠的，否则有可能出错。

案例：曾经有发现过一个故障，我司S3760的SFP端口和Cisco设备互联，发现端口Link指示灯已经点亮，但是软件显示的端口状态却是Link down，并且端口也不能转发帧。读取S3760的PHY寄存器，发现Link Status=1，而读MAC的状态寄存器，发现其Link状态位为0，软件就是据此判断端口为Link down的。可以看出，故障的直接原因是MAC和PHY的Link状态不一致。但是为什么MAC和PHY状态不一致呢？读取Auto-Negotiation Complete状态指示寄存器，发现Auto-Negotiation Complete=0，显然自动协商没有完成。检查互联双方的端口配置，我司S3760的配置为AN Enable，而Cisco设备AN是Disable的。这样的配置显然自动协商不可能完成，将我司S3760的端口也配置为AN Disable的强制状态，端口即可以正常Link Up和转发帧了。同时据此信息向芯片制造商方面咨询，对方的答复是，PHY Polling查询PHY状态时，如果端口为AN Enable，则一定要等待Auto-Negotiation Complete=1，才认为PHY的Link status有效。这就可以解释为什么MAC和PHY的Link状态不一样了。

但是，为什么PHY的在AN尚未完成的时候Link status就已经置1了呢？原来3760的PHY有一个配置，1000BASE-X AN Bypass功能，PHY如果在AN过程中没有收到对方的AN信息，则可以跳过AN进程，通过检测Serdes接口上的信号来建立Link。这本来是一个很好的特色功能，可是由于PHY通过1000BASE-X AN Bypass功能来建立Link之后却没有将Auto-Negotiation Complete位置1，和MAC的PHY Polling进程矛盾了，导致MAC和PHY的Link状态不一致。（大家可以实际尝试一下，电口的自动协商同时还定义了一个Parallel Detect功能，可以让一个AN Enable的端口和一个AN Disable的端口建立Link，但是PHY通过Parallel Detect建立Link其Auto-Negotiation Complete位是置1的。）至此，解决的办法就是关闭PHY的1000BASE-X AN Bypass功能，故障就解决了。

Jabber Detect：Jabber 检测指示位。IEEE802.3对Jabber的解释是“A condition wherein a station transmits for a period of time longer than the maximum permissible packet length, usually due to a fault condition”。这一位指示的是Link Partner发送的时间超过了规定的最大长度。值得注意的是，Jabber Detect只有在10BASE-T模式下才有意义，100和1000M模式是没有定义Jabber这一功能的。

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1.3 PHY Identifier Register

寄存器2和3存放PHY芯片的型号代码，由芯片制造商自行定义，实际应用中软件通过读取这两个寄存器的内容可以识别PHY的型号和版本，这些内容都是只读寄存器，对PHY的功能没有影响，也不反映PHY的工作状态，实用价值不大。

1.4 Auto-Negotiation Advertisement Register

寄存器4是自动协商的能力通告寄存器，在AN Enable的前提下（见寄存器0），端口根据该寄存器的相关配置将自动协商信息通过FLP在MDI上进行通告。当AN配置为Disable状态的时候，寄存器4的配置将不起作用，端口的工作模式由控制寄存器中的配置决定。寄存器4的详细定义对电口和光口PHY上有不同的定义，其中电口PHY的具体说明如表4A。每个bit的功能已有详细描述，无需赘述。

表4A Auto-Negotiation Advertisement Register（Copper）

Bit(s) Name Description R/W

0=Next Page ability is not supported/No NP to

4.15 Next Page exchange R/W

1=Next Page to exchange

4.14 Reserved Write as zero, ignore on read RO

0=don't transmit Remote Fault Information

4.13 Remote Fault R/W

1=transmit Remote Fault Information

Technology Technologies supported by local PHY to

4.12:5 R/W

Ability Field Advertise

the type of message being sent by

4.4:0 Selector Field R/W

Auto-Negotiation

Bit12：5对应自动协商广播能力域（Technology Ability Field），每一位分别对应为A[7：0]，每一位配置一种工作模式的能力。在实际应用中，如果PHY要支持该种工作模式则对应位置1，若不支持则对应位置0。注意到在这8位能力指示域中，并没有1000BASE-T能力的对应配置位，1000BASE-T的相关配置在寄存器9，MASTER-SLAVE Control Register来完成。

Bit4：0配置自动协商的类型，规范正在发送的自动协商信息遵从何种规范，我们所接触的以太网PHY遵从IEEE802.3规范，Selector Field=0001，该区域不可随意更改（很多PHY将此区域设计为只读寄存器，以免被修改）。

Technology Ability Field

Minimum cabling

Bit Technology

requirement

A0 10BASE-T Two-pair category 3 A1 10BASE-T full duplex Two-pair category 3 A2 100BASE-TX Two-pair category 5

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