在當今數字化連接的世界里，以太網作為網絡通信的基石，支撐著我們日常的互聯網生活、企業的數據傳輸以及工業領域的自動化控制等方方面面。然而，就像一座大廈的根基可能會出現裂縫一樣，以太網的 MAC（Media Access Control）層和 PHY（Physical Layer）層也常常會面臨各種各樣的問題，這些問題猶如隱藏在網絡中的 “暗礁”，威脅著數據傳輸的穩定與流暢。

從數據傳輸的丟包、誤碼，到連接的不穩定、速率受限，這些 MAC 和 PHY 層的問題可能會在不經意間給我們的工作和生活帶來諸多困擾。但不必擔憂，如同航海者有應對暗礁的方法和技巧，在網絡的世界里，我們也擁有一系列行之有效的解決方案，來化解這些 MAC 和 PHY 層的難題，讓以太網的傳輸之河重新恢復清澈與順暢。接下來，就讓我們一同深入探討這些解決方案的奧秘。

一、簡介

1.1什么是MAC 層

在以太網中，MAC（Media Access Control，媒體訪問控制）層是數據鏈路層的重要組成部分，肩負著諸多關鍵功能。首先，它負責控制與連接物理層的物理介質，是數據鏈路層與物理層交互的關鍵橋梁，決定著數據如何流向物理層進行傳輸。例如，在發送數據時，MAC 協議會預先判斷當下是否可以發送數據，如果條件允許，就會給數據添加上相應的控制信息，然后按照規定的格式將數據發送到物理層；而在接收數據時，MAC 協議則會率先判斷輸入的信息是否存在傳輸錯誤，要是沒有錯誤，才會去掉控制信息，并將數據傳遞至上層的 LLC（邏輯鏈路控制）層。

其次，MAC 層承擔著對數據進行封裝成幀的任務。當來自上層（像 LLC 層或網絡層）的數據抵達 MAC 層時，它會給這些數據添加上 MAC 報頭以及可能有的報尾，從而形成一個完整的 MAC 幀。與之相對應的，在接收到 MAC 幀后，MAC 層也會去除幀的報頭和報尾，提取出其中有用的數據再傳遞給上層，以此完成解封裝操作。再者，處理目標和源 MAC 地址也是 MAC 層的重要職責所在。MAC 地址作為全球唯一的硬件地址，被 MAC 層用于識別網絡上的各個設備，以此來明確數據究竟是從哪個設備發出，又該發往哪個設備，實現精準的數據傳輸定位。

最后，MAC 層還具備進行傳輸錯誤校準的功能，它能夠通過循環冗余校驗（CRC）等技術來檢測數據在傳輸過程中是否出現錯誤，一旦檢測到錯誤，通常會將出現問題的幀丟棄，并可能要求重傳，以此確保數據傳輸的完整性和準確性，保障局域網中數據可以正確、高效且可靠地傳輸。

1.2什么是PHY 層

PHY 層作為實現 OSI 模型中物理層功能的關鍵部分，在以太網數據傳輸過程中有著不可或缺的作用。

一方面，PHY 層會對 MAC 傳來的數據做進一步的編碼處理。比如，在不同的以太網標準下，編碼方式各有不同，在 100Base-TX 的標準下，MAC 層的數據首先要經過 4B/5B 編碼，然后進行串并轉換，轉換后的串行碼流接著要經過 NRZI 編碼、擾碼以及 MLT-3 編碼等一系列操作，之后才會進行后續的傳輸流程；而在接收數據時，則會按照相反的順序進行解碼等操作，把接收到的數據還原成 MAC 層能夠識別處理的形式。

另一方面，PHY 層承擔著數字信號與模擬信號的轉化工作。在發送數據時，它會把從 MAC 層接收到的數字信號轉換為模擬信號，以便能夠在物理介質（如網線等）上進行傳輸；在接收外部傳來的數據時，則是將模擬信號轉換回數字信號，再傳遞給 MAC 層進行后續處理。

同時，PHY 層包含了多個子層，各子層有著明確的分工。其中，PCS（物理編碼子層）主要負責對信號的編碼譯碼、收發處理、管理和控制等工作，遵循 ISO/IEC8802-3 和 IEEE802.3 標準，像在 100Base-TX 速率下對信號進行相應的編譯碼等操作就是 PCS 子層的職責所在；PMA（物理介質連接子層）進一步將 PCS 編碼向各種媒介進行傳送，完成串并、并串轉化，使得數據能夠適配不同的物理介質傳輸要求；PMD（物理介質相關子層）負責完成物理連接，確保數據能在對應的物理介質上穩定傳輸。這些子層相互協作，共同保障了物理層數據傳輸功能的實現。

1.3MAC 和 PHY 層的連接方式

在以太網中，MAC 與 PHY 層之間通過特定的接口來實現連接，其中 MII（Media Independent Interface，介質獨立接口）及其衍生版本和 SMI（Serial Management Interface，串行管理接口）接口起著關鍵作用。他們之間的關系是pci總線接mac總線，mac接 phy，phy接網線（當然也不是直接接上的，還有一個變壓裝置）。

MII 接口作為 MAC 與 PHY 連接的標準接口，有著重要的作用。它包含了多個衍生版本，像 GMII（Gigabit Media Independent Interface，千兆媒體獨立接口）、RMII（Reduced Media Independant Interface，簡化媒體獨立接口）等，以適應不同的數據傳輸速率和應用場景需求。從功能角度來講，MII 接口涵蓋了從 MAC 層到 PHY 層的發送數據接口以及從 PHY 層到 MAC 層的接收數據接口，使得數據能夠在 MAC 和 PHY 層之間實現雙向傳輸。例如，MII 接口在 100Mbps 速率下，時鐘頻率為 25MHz，數據接口總共需要 16 個信號，支持 10Mb/s 和 100Mb/s 的數據速率，還能支持全雙工、半雙工兩種工作模式，發送和接收數據時采用 4bit 方式；而 RMII 是簡化的 MII 接口，在數據的收發上它比 MII 接口少了一倍的信號線（2 數據位），一般要求是 50MHz 的總線時鐘，同樣支持 10Mbps 和 100Mbps 的總線接口速度，適用于一些對信號線數量有要求的應用場景；GMII 則是為了支持千兆網口而出現的接口，現在比較常用的 RGMII 在其基礎上減小了 MAC 和 PHY 之間的引腳數量，采用數據信號和控制信號混合在一起的方式，并且在工作時鐘的上升沿和下降沿同時采樣，滿足了千兆以太網的數據傳輸要求。

另外，SMI 接口在 MAC 對 PHY 的控制方面有著關鍵作用。SMI 接口由兩根線組成，雙工模式運行，其中 MDC 為時鐘線，MDIO 為數據線，它也支持通過總線訪問多個不同的 phy 芯片。在這個接口體系下，MDIO 總線只支持 MAC 作為主設備，PHY 作為從設備，其基本特性包括兩線制、特定的時鐘頻率（如 2.5MHz）以及總線制通信方式，且可同時接入的 PHY 數量為 32 個。通過 SMI 接口，MAC 芯片能夠主動地輪詢 PHY 層芯片，獲取其狀態信息，比如 PHY 芯片當前的連接速度、雙工的能力等，并且可以發出相應的命令信息，從而實現對 PHY 工作狀態的確定和控制，保障整個以太網通信系統穩定有序地運行。

二、常見問題大揭秘

2.1硬件連接相關問題

在以太網 MAC 和 PHY 層的實際應用中，硬件連接方面出現的問題往往會影響二者之間的正常通信。常見的情況包括焊接錯誤、線路損壞以及接口松動等。

比如焊接錯誤，可能是在安裝 PHY 芯片時，引腳焊接出現虛焊或者連焊的情況。虛焊會導致芯片引腳與電路板之間接觸不良，信號傳輸就會時斷時續；連焊則可能造成引腳之間的短路，使信號傳輸混亂，進而影響 MAC 和 PHY 層之間的數據交互。像有的工程師在調試過程中發現設備通信異常，經過仔細排查，發現是 PHY 芯片的某個關鍵引腳存在虛焊，重新焊接后問題得到部分改善。

線路損壞也是一個不容忽視的問題。網線長期使用或者受到外力拉扯、彎折等，內部的導線可能會出現斷裂情況，使得從 PHY 層轉換后的模擬信號無法正常通過網線傳輸到相應設備，或者 MAC 層傳出的數字信號不能順利到達 PHY 層進行下一步處理。另外，若電路板上連接 MAC 和 PHY 層的線路存在短路、斷路等故障，同樣會阻斷信號的正常傳遞。

接口松動同樣較為常見，例如 RJ45 接口（常用網口座子）如果沒有插緊，或者長時間使用后出現松動，會導致物理連接不穩定，進而影響數據的發送和接收。還有 MII、RMII、GMII 等 MAC 和 PHY 層之間的連接接口，若松動也會造成數據傳輸出現錯誤或者中斷。

當遇到因硬件連接導致的 MAC 和 PHY 層通信問題時，排查思路如下：

首先，直觀檢查硬件連接情況，查看是否有明顯的線路破損、接口松動跡象，芯片焊接是否牢固、引腳有無異常等。其次，借助專業工具進行檢測，比如使用萬用表測量線路的通斷情況，判斷是否存在斷路；對于電源線路，檢查電壓是否正常傳輸到相應芯片，確保供電正常；還可以用示波器查看信號線上的信號波形，判斷信號質量是否符合要求等。通過這些基本的排查方向，逐步定位并解決硬件連接方面出現的問題，恢復 MAC 和 PHY 層之間的正常通信。

2.2電源與復位問題

電源供應以及復位電路的狀態對于 MAC 和 PHY 層的工作有著至關重要的影響。

電源供應不穩定時，可能出現多種不良情況。例如，若電源電壓出現波動，過高的電壓可能會損壞 PHY 芯片內部的電子元件，而過低的電壓則可能導致 PHY 芯片無法正常工作，像不能正常掛載到系統中，使得 MAC 層無法與之建立有效的通信連接。又比如電源存在紋波干擾，會影響信號的準確性，導致 PHY 層在進行數字信號與模擬信號轉換等工作時出現錯誤，進而影響整個數據傳輸流程。以一些工業環境下的以太網設備為例，由于現場存在較多大型電機等設備，電源容易受到干擾，PHY 芯片就時常因為電源不穩定而出現工作異常，無法準確將 MAC 層傳來的數字信號轉換為適合網線傳輸的模擬信號，導致數據傳輸失敗。

復位電路異常同樣會引發諸多問題。當復位電路不能正常工作時，比如復位信號無法正常產生或者復位后不能按照要求及時抬起復位信號，PHY 芯片就可能無法完成初始化，不能進入正常的工作狀態。在一些嵌入式設備中，復位電路設計不合理或者元件出現故障，會使得 PHY 芯片在復位后一直處于異常狀態，即使電源等其他條件正常，也無法與 MAC 層協同工作，像不能響應 MAC 層通過 SMI 接口發來的控制命令，無法完成諸如自動協商速度、雙工模式等操作。

針對電源與復位問題，可以采取以下解決思路：

對于電源問題，一方面要確保供電電源本身的穩定性，可使用穩壓電源模塊，減少外部因素對電源電壓的干擾；另一方面，在電路設計階段，合理布置濾波電容等元件，對電源進行濾波處理，降低紋波系數，保證電源輸出的純凈性。同時，要按照芯片手冊要求，嚴格匹配電源的電壓、電流等參數，避免因參數不匹配導致芯片工作異常。

對于復位電路問題，首先要檢查復位電路中的各個元件，如復位芯片、電阻、電容等是否正常工作，有無損壞或者焊接不良等情況。然后，通過示波器等工具查看復位信號的波形，確認復位信號的電平維持時間、上升沿和下降沿等是否滿足 PHY 芯片的要求，若不符合，要對相應電路進行調整和修復，確保復位電路能夠正常完成復位操作，使 PHY 芯片以及 MAC 層能在正確的初始狀態下開始工作。

2.3配置與驅動問題

在 MAC 和 PHY 層的應用中，配置與驅動方面出現問題也會對二者的通訊造成阻礙。

驅動程序如果沒有正確設置控制寄存器位，會導致 MAC 和 PHY 無法正常通訊。例如，當沒有設置好相應位來使 MAC 層知曉 PHY 層的鏈路狀態已準備好時，即便物理鏈路正常，MAC 層也會因得不到準確信息而無法與 PHY 層進行數據交互，最終收不到任何數據。而且在速度和雙工模式的協商上，如果驅動程序配置不當，MAC 和 PHY 層不能協商出一致的速度（如 10Mbps、100Mbps、1000Mbps 等）以及雙工模式（半雙工或全雙工），就會導致數據傳輸出現混亂或者根本無法傳輸。像有的網絡設備在更換了新的 PHY 芯片后，由于驅動沒有及時更新適配，沒有正確配置寄存器來與新芯片協同工作，結果出現設備之間無法正常通信的情況。

要解決這類配置與驅動問題，可以從以下方面入手：

步驟一是修改驅動程序，當使用了不同廠家或者不同型號的 PHY 芯片時，要根據芯片的特性以及手冊要求，對驅動中的相關代碼進行調整，確保驅動能夠準確地與 PHY 芯片配合工作。例如，不同廠家的 PHY 芯片對于控制寄存器的定義和操作方式可能存在差異，需要針對性地修改驅動中對寄存器讀寫等操作的代碼部分，使其能正確配置 PHY 芯片的工作模式、速度等參數。

步驟二是正確配置寄存器，要深入了解 MAC 和 PHY 層所涉及的各類寄存器功能，比如通過 SMI 接口讀寫 PHY 芯片的寄存器，來設置 PHY 芯片的工作狀態、獲取其狀態信息等。按照標準的 IEEE 規范以及芯片手冊的具體說明，準確地向寄存器寫入相應的值，實現對 MAC 和 PHY 層的正確配置，保障它們之間能夠順利通訊、協商出合適的速度和雙工模式，從而實現以太網數據的穩定、高效傳輸。

如果操作系統沒有加載網卡驅動，網卡雖然在系統設備樹上，但網卡接口創建不了，那網卡實際能不能接收到數據？

這里面有很多細節， 我根據Intel網卡的Spec大概寫了寫， 想盡量寫的通俗一些，所以沒有刻意用Spec里的術語，另外本文雖然講的是MAC/PHY，但光口卡的（SERDES）也是類似的。

1. PCI設備做reset以后進入D0uninitialized（非初始化的D0狀態， 參考PCI電源管理規范），此時網卡的MAC和DMA都不工作，PHY是工作在一個特殊的低電源狀態的。

2. 操作系統創建設備樹時，初始化這個設備，PCI命令寄存器的 Memory Access Enable or the I/O Access Enable bit會被enable, 這就是D0active。此時PHY/MAC就能了。

3. PHY被使能應該就可以接收物理鏈路上的數據了，否則不能收到FLP/NLP, PHY就不能建立物理連接。但這類包一般是流量間歇發送的.

4. 驅動程序一般要通過寄存器來控制PHY, 比如自動協商speed/duplex， 查詢物理鏈路的狀態Link up/down。

5. MAC被使能后， 如果沒有驅動設置控制寄存器的一個位（CTRL.SLU )的話， MAC和PHY是不能通訊的， 就是說MAC不知道PHY的link已經ready, 所以收不到任何數據的。這位設置以后， PHY完成自協商， 網卡才會有個Link change的中斷，知道物理連接已經Link UP了。

6. 即使Link已經UP， MAC還需要enable接收器的一個位（RCTL.RXEN ），包才可以被接收進來，如果網卡被reset，這位是0，意味著所有的包都會被直接drop掉，不會存入網卡的 FIFO。老網卡在驅動退出前利用這個關掉接收。Intel的最新千兆網卡發送接收隊列的動態配置就是依靠這個位的，重新配置的過程一定要關掉流量。

7. 無論驅動加載與否， 發生reset后，網卡EEPOM里的mac地址會寫入網卡的MAC地址過濾寄存器， 驅動可以去修改這個寄存器，現代網卡通常支持很多MAC地址，也就是說，MAC地址是可以被軟件設置的。例如，Intel的千兆網卡就支持16個單播 MAC地址，但只有1個是存在EEPROM里的，其它是軟件聲稱和設置的。

8. 但如果驅動沒有加載，網卡已經在設備樹上，操作系統完成了步驟1-2的初始化，此時網卡的PHY應該是工作的，但因為沒有人設置控制位（CTRL.SLU）來讓MAC和PHY建立聯系，所以MAC是不收包的。這個控制位在reset時會再設置成0。

9. PHY可以被軟件設置加電和斷電， 斷電狀態除了接收管理命令以外，不會接收數據。另外，PHY還能工作在Smart Power Down模式下，link down就進入省電狀態。

10. 有些多口網卡，多個網口共享一個PHY, 所以BIOS里設置disbale了某個網口, 也未必會把PHY的電源關掉，反過來，也要小心地關掉PHY的電源。

三、通訊方式

MII（Media Independent Interface）即媒體獨立接口，MII接口是MAC與PHY連接的標準接口。它是IEEE-802.3定義的以太網行業標準。MII接口提供了MAC與PHY之間、PHY與STA(Station Management)之間的互聯技術。媒體獨立表明在不對MAC硬件重新設計或替換的情況下,任何類型的PHY設備都可以正常工作.它包括一個數據接口,以及一個MAC和PHY之間的管理接口。MII接口有MII、RMII、SMII、SSMII、SSSMII、GMII、SGMII、RGMII等。這里簡要介紹其中的MII和RGMII。

MII接口主要包括以下三個部分：

• 從MAC層到PHY層的發送數據接口
• 從PHY層到MAC層的接收數據接口
• 從MAC層和PHY層之間寄存器控制和信息獲取的MDIO接口

MII 數據接口總共需要 16 個信號。MII的時鐘為25MHz，傳輸速率為10/100Mbps。所以MII的特性如下：

• 支持10Mb/s和100Mb/s的數據速率
• 100M工作模式下，參考時鐘是25MHz；10M工作模式下，信號參考時鐘是2.5MHz
• 支持全雙工、半雙工兩種工作模式
• 發送和接收數據時采用,4bit方式

RMII是簡化的MII接口，在數據的收發上它比MII接口少了一倍的信號線（2數據位），所以它一般要求是50MHz的總線時鐘。RMII一般用在多端口的交換機，所有的數據端口公用一個時鐘用于所有端口的收發,這里就節省了不少的端口數目.RMII的一個端口要求7個數據線,比MII少了一倍,所以交換機能夠接入多一倍數據的端口.和MII一樣,RMII支持10Mbps和100Mbps的總線接口速度.

后來為了支持千兆網口，也就開始有了千兆網的MII接口，也就是GMII接口。現在比較常用的是RGMII，減小了MAC和PHY之間的引腳數量。數據信號和控制信號混合在一起，并且在工作時鐘的上升沿和下降沿同時采樣，其對應關系圖如下：

• 10M帶寬對應的是2.5MHz，因為4bit*2.5M=10Mbps
• 100M帶寬對應的是25MHz，因為4bit*25M=100Mbps

1000M帶寬對應的是125MHz，因為250MHz頻率太高，所以采用雙邊沿采樣技術（會帶來設計復雜度）。4bit125M2=1000Mbps

SMI是MAC內核訪問PHY寄存器接口，它由兩根線組成，雙工，MDC為時鐘，MDIO為雙向數據通信，原理上跟I2C總線很類似，也可以通過總線訪問多個不同的phy。

MDC/MDIO基本特性：

• 兩線制：MDC（時鐘線）和MDIO（數據線）。
• 時鐘頻率：2.5MHz
• 通信方式：總線制，可同時接入的PHY數量為32個
• 通過SMI接口，MAC芯片主動的輪詢PHY層芯片，獲得狀態信息，并發出命令信息。

當PHY芯片發送數據，接收到MAC層發送過來的數字信號，然后轉換成模擬信號，通過MDI接口傳輸出去。但是網線傳輸的距離又很長，有時候需要送到100米甚至更遠的地址，那么就會導致信號的流失。而且外網線與芯片直接相連電磁感應和靜電，也很容易導致芯片的損壞，所以就要使用網絡變壓器，其主要作用是：

傳輸數據,它把PHY送出來的差分信號用差模耦合的線圈耦合濾波以增強信號,并且通過電磁場的轉換耦合到不同電平的連接網線的另外一端；

隔離網線連接的不同網絡設備間的不同電平,以防止不同電壓通過網線傳輸損壞設備；還能使芯片端與外部隔離，抗干擾能力大大增強，而且對芯片增加了很大的保護作用，保護PHY免遭由于電氣失誤而引起的損壞（如雷擊）。

3.1MAC

MAC(Media Access Control)，即媒體訪問控制子層協議，該部分有兩個概念：MAC可以是一個硬件控制器以及MAC通訊協議。該協議位于OSI七層協議中數據鏈路層的下半部分，主要是負責控制與連接物理層的物理介質。

MAC(Media Access Control)，即媒體訪問控制子層協議，該部分有兩個概念：MAC可以是一個硬件控制器以及MAC通訊協議。該協議位于OSI七層協議中數據鏈路層的下半部分，主要是負責控制與連接物理層的物理介質。

發送數據：MAC協議可以事先判斷是否可以發送數據，如果可以發送將數據加上一些控制信息，最后將數據以及控制信息以規定的格式發送到物理層

接收數據：MAC協議首先判斷輸入的信息并是否發生傳輸錯誤，如果沒有錯誤，則去掉控制信息后發送至LLC(邏輯鏈路控制)層。

圖片

PHY物理層位于OSI最底層，物理層協議定義電氣信號、線的狀態、時鐘要求、數據編碼和數據傳輸用的連接器。

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MDI口是快速以太網100BASE-T定義的與介質有關接口（Media Dependent Interface）。MDI是指通過收發器發送的100BASE-T信號，即100BASE-TX、FX、T4或T2信號。將集線器連接網絡接口卡時，其發送和接收對通常是相互連接的。集線器之間連接時，通常需要一條跨接電纜，其中的發送和接收對是反接的。

MDI是正常的UTP或STP連接，而MDI-X連接器的發送和接收對是在內部反接的，這就使得不同的設備（如集線器-集線器或集電器-交換機），可以利用常規的UTP或STP電纜實現背靠背的級聯。

⑴MII接口

MII（Media Independent Interface）即媒體獨立接口，MII接口是MAC與PHY連接的標準接口。它是IEEE-802.3定義的以太網行業標準。MII接口提供了MAC與PHY之間、PHY與STA(Station Management)之間的互聯技術。媒體獨立表明在不對MAC硬件重新設計或替換的情況下,任何類型的PHY設備都可以正常工作.它包括一個數據接口,以及一個MAC和PHY之間的管理接口。MII接口有MII、RMII、SMII、SSMII、SSSMII、GMII、SGMII、RGMII等。這里簡要介紹其中的MII和RGMII。

MII接口主要包括以下三個部分：

• 從MAC層到PHY層的發送數據接口
• 從PHY層到MAC層的接收數據接口
• 從MAC層和PHY層之間寄存器控制和信息獲取的MDIO接口

首先來看看MII的MAC層定義接口：MII 數據接口總共需要 16 個信號，包括 TX_ER，TXD[3:0]，TX_EN，TX_CLK，COL，RXD[3:0]，RX_ER，RX_CLK，CRS，RX_DV 等。MII的時鐘為25MHz，傳輸速率為10/100Mbps。所以MII的特性如下：

• 支持10Mb/s和100Mb/s的數據速率
• 100M工作模式下，參考時鐘是25MHz；10M工作模式下，信號參考時鐘是2.5MHz
• 支持全雙工、半雙工兩種工作模式
• 發送和接收數據時采用,4bit方式

RMII的用途：

RMII是簡化的MII接口，在數據的收發上它比MII接口少了一倍的信號線（2數據位），所以它一般要求是50MHz的總線時鐘。RMII一般用在多端口的交換機，所有的數據端口公用一個時鐘用于所有端口的收發,這里就節省了不少的端口數目.RMII的一個端口要求7個數據線,比MII少了一倍,所以交換機能夠接入多一倍數據的端口.和MII一樣,RMII支持10Mbps和100Mbps的總線接口速度.

后來為了支持千兆網口，也就開始有了千兆網的MII接口，也就是GMII接口。現在比較常用的是RGMII，減小了MAC和PHY之間的引腳數量。數據信號和控制信號混合在一起，并且在工作時鐘的上升沿和下降沿同時采樣，其對應關系圖如下：

• 10M帶寬對應的是2.5MHz，因為4bit*2.5M=10Mbps
• 100M帶寬對應的是25MHz，因為4bit*25M=100Mbps
• 1000M帶寬對應的是125MHz，因為250MHz頻率太高，所以采用雙邊沿采樣技術（會帶來設計復雜度）。4bit125M2=1000Mbps

⑵SMI接口

SMI是MAC內核訪問PHY寄存器接口，它由兩根線組成，雙工，MDC為時鐘，MDIO為雙向數據通信，原理上跟I2C總線很類似，也可以通過總線訪問多個不同的phy。

MDC/MDIO基本特性：

• 兩線制：MDC（時鐘線）和MDIO（數據線）。
• 時鐘頻率：2.5MHz
• 通信方式：總線制，可同時接入的PHY數量為32個
• 通過SMI接口，MAC芯片主動的輪詢PHY層芯片，獲得狀態信息，并發出命令信息。

3.2PHY

物理層位于OSI最底層，物理層協議定義電氣信號、線的狀態、時鐘要求、數據編碼和數據傳輸用的連接器。物理層的器件稱為PHY。

PHY是物理接口收發器，它實現OSI模型的物理層。IEEE-802.3標準定義了以太網PHY包括MII/GMII（介質獨立接口）子層、PCS（物理編碼子層）、PMA（物理介質附加）子層、PMD（物理介質相關）子層、MDI子層。

⑴MDI

MDI口是快速以太網100BASE-T定義的與介質有關接口（Media Dependent Interface）。MDI是指通過收發器發送的100BASE-T信號，即100BASE-TX、FX、T4或T2信號。將集線器連接網絡接口卡時，其發送和接收對通常是相互連接的。集線器之間連接時，通常需要一條跨接電纜，其中的發送和接收對是反接的。MDI是正常的UTP或STP連接，而MDI-X連接器的發送和接收對是在內部反接的，這就使得不同的設備（如集線器-集線器或集電器-交換機），可以利用常規的UTP或STP電纜實現背靠背的級聯。”

⑵PHY基礎知識

PHY是IEEE 802.3規定的一個標準模塊，SOC可以通過MDIO對PHY進行配置或者讀取phy相關狀態，PHY內部寄存器必須滿足

PHY芯片的寄存器地址空間是5位，一般由外部硬件連接決定。

地址空間031共32個寄存器，IEEE定義了015這16個寄存器的功能，16-31這16個寄存器由廠商自行實現。也就是說不管哪個廠商的PHY芯片，其中0~15這16個寄存器是一模一樣的。

僅靠這 16個寄存器完全可以驅動起PHY芯片，至少能保證基本的網絡數據通信。因此 Linux 內核有通用 PHY 驅動，按道理來講，不管你使用的是哪個廠家的 PHY 芯片，都可以使用 Linux 的這個通用 PHY 驅動來驗證網絡工作是否正常。事實上在實際開發中可能會遇到一些其他的問題導致 Linux 內核的通用 PHY 驅動工作不正常，這個時候就需要驅動開發人員去調試了。

隨著現在PHY芯片性能越來越強大，32個寄存器已經無法滿足廠商的需求，因此很多廠商采用了分頁機制來開展寄存器地址空間，以求定義更多的寄存器。這些多出來的幾次器可以實現廠商特有的一些技術，因此在Linux內核里面可以看到很多具體的PHY芯片驅動源碼。

四、對癥下藥有妙招

4.1硬件層面解決方案

當遇到硬件相關問題時，以下這些方法或許能幫助你恢復正常的硬件運行狀態：

重新焊接：對于焊接錯誤導致的 MAC 和 PHY 層通信故障，像是引腳虛焊或者連焊情況，需要進行重新焊接操作。例如，若發現 PHY 芯片引腳存在虛焊，使用專業的焊接工具，將虛焊的引腳重新補焊牢固，確保芯片引腳與電路板之間接觸良好，使信號可以穩定傳輸；而對于連焊問題，則要小心地將短路的引腳分開，并清理干凈多余的焊錫，保證各引腳之間電氣連接正常。

檢查線路完整性：線路方面，無論是網線還是電路板上連接 MAC 和 PHY 層的線路，都要仔細排查。針對網線，可順著網線的走向，查看其外皮是否有破損、彎折過度的地方，若懷疑內部導線斷裂，可用萬用表的電阻檔測量網線不同線芯的電阻值，正常情況下應該是較小的阻值，如果阻值無窮大則意味著線芯可能斷裂，此時就需要更換新的網線。對于電路板上的線路，同樣借助萬用表的通斷測試功能，檢查是否存在斷路或者短路故障，若發現線路有損壞痕跡，要及時修復或者重新布線，保障信號能正常通過線路傳輸。

更換電源模塊：電源供應不穩定影響 MAC 和 PHY 層工作時，考慮更換電源模塊。比如在一些工業環境中，由于電源容易受到干擾，若原本的電源模塊無法提供穩定的電壓輸出，可選擇具有更好抗干擾能力、穩壓性能更強的電源模塊進行替換，確保輸出的電壓符合 PHY 芯片以及 MAC 芯片正常工作所要求的范圍，避免因電壓波動、紋波干擾等問題造成芯片工作異常，影響數據傳輸。

修復復位電路：復位電路出現異常，致使 PHY 芯片無法正常初始化進入工作狀態時，要對復位電路進行修復。首先，全面檢查復位電路中的各個元件，像復位芯片、電阻、電容等，查看是否有損壞或者焊接不良的情況，如有損壞的元件，按照原規格進行更換；然后，使用示波器查看復位信號的波形，確認復位信號的電平維持時間、上升沿和下降沿等是否滿足 PHY 芯片的要求，若不符合，通過調整相關元件參數或者修復電路連接等方式進行修正，保證復位電路能正常完成復位操作，使 PHY 芯片以及 MAC 層能在正確的初始狀態下開始工作。

4.2軟件層面解決方案

在處理配置與驅動相關問題時，下面這些軟件操作手段能助力 MAC 和 PHY 層協調工作，實現正常的數據傳輸：

讀寫寄存器：通過 SMI 接口讀寫 PHY 芯片的寄存器是很關鍵的操作。不同廠家、不同型號的 PHY 芯片寄存器定義和操作方式會有差異，要依據芯片手冊的具體說明來進行讀寫。比如，為了獲取 PHY 芯片當前的連接速度、雙工的能力等狀態信息，可按照相應的寄存器地址和讀取規則，通過 SMI 接口從對應的寄存器中讀取數據；而要設置 PHY 芯片的工作狀態，像配置其工作模式、速度等參數時，則向相應的寄存器寫入符合 IEEE 規范以及芯片要求的值，確保 MAC 和 PHY 層能按照設定好的狀態進行工作，保障數據傳輸的正常開展。

更新驅動程序版本：當更換了不同廠家或者不同型號的 PHY 芯片后，原有的驅動程序可能無法適配新芯片，這時就需要更新驅動程序版本。根據新芯片的特性以及手冊要求，對驅動中的相關代碼進行調整修改，尤其是針對控制寄存器讀寫等操作的代碼部分，使其能準確地與新的 PHY 芯片配合工作，實現諸如自動協商速度、雙工模式等功能，避免因驅動不匹配導致 MAC 和 PHY 無法正常通訊，數據傳輸出現混亂或者中斷的情況。

按照規范重新進行自動協商：通常情況下，MAC 和 PHY 芯片是默認開啟自動協商功能的，但有時也可能出現該功能不能使用的狀況。此時，需要確認 MAC 和 PHY 芯片是否支持自動協商功能的使用，如果支持但未正常協商，就要按照 IEEE 規范重新進行自動協商操作。比如在一些特定的網絡設備組合中，若出現自動協商失敗導致無法確定合適的數據傳輸速度和雙工模式的問題，可以手動配置相關參數，引導 MAC 和 PHY 層重新進行協商，促使它們達成一致的、能保障數據穩定傳輸的工作模式，像協商出 100Mbps 的速度以及全雙工模式等。

4.3綜合排查與維護建議

在遇到 MAC 和 PHY 層問題時，進行系統性的排查是至關重要的，以下是一些建議：

⑴系統性排查步驟

先從硬件外觀、連接情況查起：直觀查看硬件連接情況，檢查是否有明顯的線路破損、接口松動跡象，芯片焊接是否牢固、引腳有無異常等。比如查看 RJ45 接口是否插緊，MII、RMII、GMII 等 MAC 和 PHY 層之間的連接接口有沒有松動；再看 PHY 芯片的焊接狀況，有無虛焊、連焊或者引腳損壞的情況。同時，觀察電路板上相關線路是否存在短路、斷路等問題，對于網線也要留意其外皮完整性以及線芯是否有斷裂風險。

再到軟件配置、驅動狀態等方面依次排查：在軟件方面，先檢查驅動程序是否正確安裝以及是否適配當前的 MAC 和 PHY 芯片，查看驅動中對寄存器的配置是否符合芯片要求，例如控制寄存器位有沒有正確設置來使 MAC 層知曉 PHY 層的鏈路狀態等關鍵信息。然后通過相關工具查看軟件層面的狀態，比如利用操作系統自帶的網絡管理工具或者專業的網絡檢測軟件，查看 MAC 和 PHY 層的工作狀態參數，確認速度、雙工模式等是否協商成功，數據傳輸是否正常等。

⑵日常維護建議

定期檢查硬件連接：每隔一段時間，對網線、接口以及芯片引腳等硬件連接部位進行檢查，及時發現并處理松動、破損等潛在問題，避免因長時間積累導致嚴重的通信故障。

做好電源管理與監控：確保電源供應穩定，對于容易受到干擾的使用環境，可以增加電源濾波、穩壓設備；同時，定期檢測電源電壓、紋波等參數，及時發現電源異常情況并進行處理，防止因電源問題影響 MAC 和 PHY 層芯片工作。

及時更新驅動和固件：關注 MAC 和 PHY 芯片廠家發布的驅動更新以及固件升級信息，及時進行更新操作，以保證設備能適配最新的功能優化和兼容性改進，減少因軟件版本過舊引發的問題。

備份重要配置信息：將 MAC 和 PHY 層相關的正確配置參數、寄存器設置值等重要信息進行備份，當出現故障需要重新配置或者恢復設備時，可以快速準確地還原到正常的工作。