Register setup for EHTERNET PHY

1. 以太网标准寄存器和计数器详解
作者：李西昆

2. PHY里面的标准寄存器列表
IEEE定义了12个标准寄存器，在每个PHY中都必须含有这些寄存器，并且地址必须符合
规范。这些寄存器在我们网口调试中经常被用到，其列表如下：
 Control Register
 Status Register
 PHY ID Register0
 PHY ID Register1
 AN Advertise Register
 AN Link Partner Ability Register
 AN Expansion Register
 AN Next Page Transmit Register
 AN Link Partner Next Page Register
 AN 1000Base-T Control Register
 AN 1000Base-T Status Register
 Extended Status Register
 地址:0x0
 地址: 0x1
 地址: 0x2
 地址: 0x3
 地址: 0x4
 地址: 0x5
 地址: 0x6
 地址: 0x7
 地址: 0x8
 地址: 0x9
 地址: 0xA
 地址: 0xF

3. Control Register---1
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 Control Register是读写寄存器，控制PHY的基本功能，是最重要寄存器
 Bit[5:0]：Reserved，不用管
 Bit[6]:Bit[13]: Link Speed控制，当自协商关闭(Bit[12]=0)的时候，用来设置Link速
率,；当自协商打开时，此2bit不起作用。
 Bit[6]:Bit[13]=00 ：10M
 Bit[6]:Bit[13]=01 ：100M
 Bit[6]:Bit[13]=10 ：1000M
 Bit[6]:Bit[13]=11 ：Reserved
如果想强制PHY的工作速率时，可以配置此Bit位，注意要先关闭自协商。
 Bit[7]:冲突测试，设置为1时只有发送就认为有冲突（拉高COL信号），正常工作时
为0。此Bit一般用不到。
 Bit[8]:双工控制，当自协商关闭(Bit[12]=0)的时候，设置双工状态(1:全双工;0:半双工
)； 当自协商打开时，此bit不起作用。如果想强制双工状态，可以设置此Bit
 Bit[9]:重新自协商控制, 当自协商打开时(Bit[12]=1) ，将此Bit置1会强制触发一次自
协商操作；然后此Bit会自动清零。当自协商关闭时，此Bit不起作用。如果修改了自
协商设置，可以通过此Bit刷新自协商。（更省事的方法是拔插一下网线）

4. Control Register--2
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 Bit[10]：隔离控制，当此Bit置1时，PHY接口信号都停止工作。正常工作时应为0，
一般不会用到。
 Bit[11]: PowerDown，设置此Bit进入节电模式，一般用不到。
 Bit[12]:自协商使能，当此Bit=1时，使能自协商，速度/双工由根据自协商结果决定
，当此Bit=0时，自协商关闭，速度/双工由Bit[6]，Bit[13]和Bit[8]决定。
 Bit[14]: 环回控制，当此Bit=1时，PHY被环回，MAC送来的数据被环回给MAC，无
论网线是否连接，PHY都保持LinkUp。在定位问题时可以用这个Bit。
 Bit[15]: 软复位，写入1后PHY被复位，然后此Bit自动被清零。注意：一些PHY中的
某些寄存器被修改后，需要软复位一下才能起作用(比如88E1111的模式控制)。

5. Status Register---1
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 Status Register是只读寄存器，反映PHY的基本状态，是最重要的寄存器。
 Bit[0]：扩展能力位，此Bit没什么用，不用管
 Bit[1]: Jabber状态，如果为1，表示检测到了Jabber状态(Jabber就是接受端一直接
收到没有间隔载波信号，是一种故障状态)。正常情况应该为0
 Bit[2]: Link状态，如果为1，表示LinkUp；如果为0，表示LinkDown。此Bit通常为
粘性(Sticky或Latch)Bit，要读2次才能读到当前状态值。这是最常用的Bit。
 Bit[3]: 自协商能力位，一般都固定为1，表示支持自协商，没什么用。
 Bit[4]: 远端故障位，如果为1，表示出现远端故障(即本端接收正常,但对方接收不正
常，只有自协商打开时，此Bit才有意义)，正常情况下为0。一般也是粘性bit。
 Bit[5]: 自协商完成位，当PHY成功完成了一次自协商操作后，此Bit被置1。只有自协
商打开时，此bit才有意义。需要注意的是，如果成功完成了并行检测，此Bit也会被
置为1。
 Bit[6]: 管理帧前导码抑制能力，一般都为1，表示可以接受SMI接口上的MDIO帧前
导码1的个数少于32个。一般不用管。
 Bit[7]: Reserved，不用管。

6. Status Register---2
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 Bit[8]:扩展状态支持，一般都为1，基本用不到。
 Bit[10:9]: 100Base-T2能力，固定为0，表示不支持全双工或半双工的100Base-T2
 Bit[12:11]: 10Base-T能力，固定为1，表示支持全双工和半双工的10Base-T，如果
是光口则固定为0)
 Bit[14:13]: 100Base-Tx能力，固定为1，表示支持全双工和半双工的100Base-Tx
10Base-T，如果是光口则固定为0
 Bit[15]: 100Base-T4能力，固定为0，表示不支持100Base-T4

7. PHY ID Register
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 地址为0x2和0x3的2个PHY ID Register是只读寄存器，保存着芯片ID信息。
 在一种型号的PHY芯片中，这2个寄存器内容固定不变。软件可以用来判断PHY的器
件型号。
 因为内容固定不变，可以用来测试SMI接口的读操作是否有效。

8. AN Advertise Register---1(电口)
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 AN Advertise Register是读写寄存器，控制PHY发出去的自协商信息。只有自
协商使能时，此寄存器才起作用。此寄存器在电口和光口上内容不一样。电口的
寄存器含义如下：
 Bit[4:0]：Selector域，固定为00001，不用去管
 Bit[5]: 10Base-T半双工能力位，为1时告知对方本端支持10M半双工，为0时，表示
不支持10M半双工。
 Bit[6]: 10Base-T全双工能力位，为1时告知对方本端支持10M全双工，为0时，表示
不支持10M全双工
 Bit[7]: 100Base-Tx半双工能力位，为1时告知对方本端支持100M半双工，为0时，
表示不支持100M半双工
 Bit[8]: 100Base-Tx全双工能力位，为1时告知对方本端支持100M全双工，为0时，
表示不支持100M全双工
 Bit[9]: 100Base-T4能力位，固定为0，告知对方本端不支持100Base-T4能力。
 Bit[10]: Pause能力位，为1时告知对方本端支持Pause流控帧，为0时，表示不支持
Pause流控帧

9. AN Advertise Register---2(电口)
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 Bit[11]: 非对称Pause能力位，为1时告知对方本端支持非对称Pause流控机制，为0
时，表示不支持非对称Pause流控机制
 Bit[12]: 保留位，不用管。
 Bit[13]: 远端故障位，此bit=1时，告知对方本端出现接收故障。正常工作时不用此
Bit，保持此Bit=0。
 Bit[14]: ACK，确认bit，固定为0，用不到。因为自协商信息帧中的ACK位由PHY的
硬件自己维护，不需要软件干预。
 Bit[15]: 下一页能力，此bit=1时，告知对方本端有自协商下一页能力。正常工作时
不用此Bit，保持此Bit的缺省值即可。注意：虽然1000Base-T自协商需要使用下一页
机制，但是一般PHY在支持1000Base-T时，自动启用下一页能力，而不管此Bit是否
为1.

10. AN Advertise Register---3(光口)
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 如果是光口， AN Advertise Register寄存器含义如下：
 Bit[4:0]：保留位，内容不用关注
 Bit[5]: 1000Base-X全双工能力位，为1时告知对方本端支持1000Base-X全双工，为
0时，表示不支持1000Base-X全双工。
 Bit[6]: 1000Base-X半双工能力位，为1时告知对方本端支持1000Base-X半双工，为
0时，表示不支持1000Base-X半双工
 Bit[7]: Pause能力位，为1时告知对方本端支持Pause流控帧，为0时，表示不支持
Pause流控帧
 Bit[8]: 非对称Pause能力位，为1时告知对方本端支持非对称Pause流控机制，为0时
，表示不支持非对称Pause流控机制
 Bit[10:9]: 保留位，不用管

11. AN Advertise Register---4 (光口)
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 Bit[13:12]: 远端故障指示位，此bit不为00时，告知对方本端出现接收故障
。正常工作时不用此Bit，保持此Bit=00。
 Bit[14]: ACK，确认bit，固定为0，用不到。因为自协商信息帧中的ACK位
由PHY的硬件自己维护，不需要软件干预。
 Bit[15]: 下一页能力，此bit=1时，告知对方本端有自协商下一页能力。
1000Base-X自协商不用下一页，所以应该保持此Bit为0

12. AN Link Partner Ability Register—1(电口)
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 AN Link Partner Ability Register 是只读寄存器，反映PHY接收到的自协商信
息。只有自协商使能时，此寄存器才起作用。当自协商交换没有完成时，此寄存
器内容为0x0000。对于电口和光口，此寄存器的内容不一样。电口的内容如下:
 Bit[4:0]：Selector域，固定为00000，不用去管
 Bit[5]: 10Base-T半双工能力位，为1时表示对方支持10M半双工，为0时，表示对方
不支持10M半双工。
 Bit[6]: 10Base-T全双工能力位，为1时表示对方支持10M全双工，为0时，表示对方
不支持10M全双工
 Bit[7]: 100Base-Tx半双工能力位，为1时表示对方支持100M半双工，为0时，表示
对方不支持100M半双工
 Bit[8]: 100Base-Tx全双工能力位，为1时表示对方支持100M全双工，为0时，表示
对方不支持100M全双工
 Bit[9]: 100Base-T4能力位，固定为0，表示对方不支持100Base-T4能力。
 Bit[10]: Pause能力位，为1时表示对方支持Pause流控帧，为0时，表示对方不支持
Pause流控帧

13. AN Link Partner Ability Register—2(电口)
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 Bit[11]: 非对称Pause能力位，为1时表示对方支持非对称Pause流控机制，为0时，
表示对方不支持非对称Pause流控机制
 Bit[12]: 保留位，不用管。
 Bit[13]: 远端故障位，此bit=1时，表示对方出现接收故障。为0时，表示对方没有接
收故障。
 Bit[14]: ACK，确认bit，为1时表示对方接收到本端发送的自协商信息，为0时表示对
方没有接收到本端的自协商信息。
 Bit[15]: 下一页能力，此bit=1时，表示对方有自协商下一页能力。此bit=0时，表示
对方没有自协商下一页能力。当自协商1000Base-T时，此Bit必须为1。

14. AN Link Partner Ability Register—3(光口)
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 光口的AN Link Partner Ability Register 寄存器内容如下:
 Bit[4:0]：保留位，固定为00000，不用去管
 Bit[5]: 1000Base-X全双工能力位，为1时表示对方支持1000Base-X全双工，为0时
，表示对方不支持1000Base-X全双工
 Bit[6]: 1000Base-X半双工能力位，为1时表示对方支持1000Base-X半双工，为0时
，表示对方不支持10000Base-X半双工。
 Bit[7]: Pause能力位，为1时表示对方支持Pause流控帧，为0时，表示对方不支持
Pause流控帧
 Bit[8]: 非对称Pause能力位，为1时表示对方支持非对称Pause流控机制，为0时，表
示对方不支持非对称Pause流控机制
 Bit[11:9]: 保留位，不用管。

15. AN Link Partner Ability Register—4(光口)
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 Bit[13:12]: 远端故障位，此bit不为00时，表示对方出现接收故障。
 00: 无故障
 01: 链路故障，表示对方接收端接收不到信号
 10: 离线，表示对方一切正常，但主动要求离线。
 11: 自协商错误，表示对方能接收到信号，但无法完成自协商。
 Bit[14]: ACK，确认bit，为1时表示对方接收到本端发送的自协商信息，为0时表示对
方没有接收到本端的自协商信息。
 Bit[15]: 下一页能力，此bit=1时，表示对方有自协商下一页能力。此bit=0时，表示
对方没有自协商下一页能力。因为1000Base-X不需要下一页，此Bit为0为1都没有关
系。

16. AN Expansion Register
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 AN Expansion Register 是只读寄存器，反应自协商结果和状态。只有自协商
使能时，此寄存器才有意义。
 Bit[0]：对方的自协商能力位，1表示对方支持自协商，0表示对方不支持自协商。
此Bit的作用：如果是通过并行检测建立的Link，即使对方没有自协商能力，AN Link
Partner Ability寄存器也不为0。此时需要通过此Bit判断是通过自协商建立的Link还
是并行检测建立的Link。
 Bit[1]: 自协商信息页接收指示，为1表示接收到了自协商信息页。为0表示没有接收
到信息页。
 Bit[2]: 自协商下一页能力，为1表示本端支持下一页，为0表示不支持下一页。
 Bit[3]:对方自协商下一页能力，为1表示对方支持下一页，为0表示对方不支持下一页
 Bit[4]:并行检测故障，为1表示并行检测过程中出现错误，为0表示并行检测过程没有
发现错误。此Bit只有PHY使用并行检测时才有意义。
 Bit[15:5]: 保留位。不关心。

17. AN Next Page Transmit Register
AN Link Partner Next Page Register
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 本端/对方自协商下一页寄存器
 这2个寄存器基本没什么用处，可以不关心。

18. AN 1000Base-T Control Register---1
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 AN 1000Base-T Control Register是读写寄存器，控制1000Base-T的自协商。
只有自协商使能，且PHY支持1000Base-T时，此寄存器才有意义。
 Bit[7:0]: 保留位，不用关心。
 Bit[8]: 1000Base-T半双工能力位，为1时告知对方本端支持1000Base-T半双工，为
0时告知对方本端不支持1000Base-T半双工。
 Bit[9]: 1000Base-T全双工能力位，为1时告知对方本端支持1000Base-T全双工，为
0时告知对方本端不支持1000Base-T全双工。
 Bit[10]: 端口类型：为1时表示本端是多端口设备，期望被设置成Mater；为0时表示
本端为单端口设备，期望被设置成Slave。主从设置只存在于1000Base-T自协商中，
双绞线上的线路时钟由Master端提供，Slave跟随Mater的线路时钟。
 Bit[11]: 手工主从设置：1表示本端被手工设置成Master，为0表示本端被手工设置成
Slave，只有手工主从设置被使能(bit[12]=1)时，此Bit才起作用。
 Bit[12]: 自动/手工主从设置：1表示手工主从设置，自协商主从状态由Bit[11]的值决
定；0表示自动主从设置，自协商主从状态靠双方协商自动决定。

19. AN 1000Base-T Control Register---2
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 Bit[15:13]: 1000Base-T测试模式控制。因为1000Base-T在每对双绞线上跑的都是双向
信号，做以太网一致性测试时无法区分是哪一端发出的信号。因此测试时需要让PHY进入
特殊的测试模式，使PHY发送固定的波形以测试一致性。正常工作时应该置为000
 000：正常工作模式 001：测试模式1 010：测试模式2
 011：测试模式3 100：测试模式4 其他：保留
测试模式1的波形 测试模式2、3的波形
测试模式4的波形

20. AN 1000Base-T Status Register
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 AN 1000Base-T Status Register是只读寄存器，反映1000Base-T的自协商状
态。只有自协商使能，且PHY支持1000Base-T时，此寄存器才有意义。当自协
商未完成时，此寄存器为0x0000
 Bit[7:0]: Idle错误计数器，不用关心。
 Bit[9:8]: 保留位，不用关心
 Bit[10]:对方1000Base-T半双工能力位，为1时表示对方支持1000Base-T半双工，为
0时表示对方不支持1000Base-T半双工。
 Bit[11]:对方1000Base-T全双工能力位，为1时表示对方支持1000Base-T全双工，为
0时表示对方不支持1000Base-T全双工。
 Bit[12]:对方接收状态：为1时对方接收正常，为0表示对方接收故障。
 Bit[13]: 本端接收状态：1表示本端接收正常，为0表示本端接收故障。
 Bit[14]:主从状态：1表示本端为Master状态，为0表示本端为Slave状态
 Bit[15]:主从状态错误：为1表示主从协商出错(比如两端都受过设置成Master或都设
置成Slave)；为0表示主从协商正常。

21. MAC里面的标准以太网计数器
IEEE定义了一些以太网统计计数器，所有的MAC都必须支持这些标准计数器。
 InGoodOctets
 InGoodFrame
 InBadOctets
 InBadFrame
 InUniCast
 InBroadCast
 InMultiCast
 InPause
 InUnderSize
 InOverSize
 InFragments
 InJabber
 InRxErr
 InFCSErr
 OutGoodOctets
 OutGoodFrame
 Collisions
 Dropped

22. 错误计数器的含义---1
像GoodFrame、GoodOctets等计数器的含义很好理解，下面解释一下其他的错误计数
器的含义：
 InUnderSize：
 有正确的帧结构（前导码、SFD、FCS），FCS正确，但长度不足64Byte的报文。正常情况
下应该为0。此计数器一般和硬件信号质量无关。
 InOverSize
 有正确的帧结构（前导码、SFD、FCS）， FCS正确，但长度超过15122Byte或设定长度，
且小于Jabber标准的报文。正常情况下应该为0。此计数器一般和硬件信号质量无关。
 InFragments
 没有正确帧结构的报文，正常情况下应该为0，如果为非零，表示硬件信号质量有问题。
 InJabber
 远超过最大报文长度的帧（帧发送时间超过20ms或设定值）。在最初的共享媒体以太网设
备(如HUB)中，Jabber是非常严重的错误，发现某个端口出现Jabber后要马上隔离该端口。
但在现在的以太网设备上，因为不再是共享媒体机制，Jabber已经很少关注了。
 正常情况下应该为0。如果为非0，可能和硬件信号质量相关

23. 错误计数器的含义---2
 InRxErr
 如果PHY集成在MAC中，此错误表示符号错误；比如8B/10B编码的PCS层，接收到了非法
的10B符号。正常情况下应该为0，如果为非零，表示硬件信号质量有问题。
 InFCSErr
 有正确的帧结构和正确的长度，但FCS(CRC校验)出错的报文。正常情况下应该为0，如果为
非零，表示硬件信号质量有问题。
 Collision
 当端口处于半双工时，发生冲突的次数。全双工情况下，应该为0。
 Dropped
 已经正确接收到MAC中，但因为申请不到Buffer或者队列满而被丢弃的报文。正确情况下也
可能为非0，此计数器一般和硬件信号质量无关。
 BadFrame
 指的是UnderSize、OverSize、Fragments、FCSErr的总和，正常情况下应该为0，如果不
为0，仔细检查各个错误计数器的统计。

24. 谢谢！