在當前的嵌入式系統設計趨勢中，MAC功能普遍被整合至CPU內核，形成一種高度集成的網絡功能模塊。與此同時，PHY芯片作為獨立器件，專注于應對物理層錯綜復雜的電氣特性和信號轉換需求。為了確保PHY芯片能夠在所需的各種網絡模式和參數設定下精確運作，業界廣泛采用了MDIO（Management Data Input/Output）管理總線進行配置和調控。通過MDIO總線接口，開發工程師能夠深入訪問并靈活調整PHY芯片內部的寄存器設置，進而實現實時的自適應速率調整、全雙工與半雙工模式切換等多種關鍵功能。

針對ELF 1開發板的具體架構，其PHY芯片與內置MAC控制器間的數據傳輸互動是借助RMII（Reduced Media Independent Interface）高效接口技術來完成的。RMII標準因其精簡的引腳數量和高效的傳輸速率，顯著減少了電路板布局的復雜度，節約了系統硬件資源，并提升了以太網數據的傳輸速度。得益于這一接口技術，ELF 1開發板成功地實現了從物理層到數據鏈路層的平滑過渡和完美融合，從而有力支持了基于TCP/IP協議棧的各類應用程序在嵌入式環境中的穩定高效運行。

了解MDIO總線

MDC是開漏（OD）輸出，只能輸出低電平，因此需要上拉處理，為MDIO提供時鐘信號；MDIO管理接口數據傳輸格式及含義如下表所示：

需要注意的是，TA在讀操作和寫操作兩種狀態下數據位不同，TA是介于寄存器地址和寄存器數據之間的2個bit位，用來轉換數據傳輸方向。讀操作時，地址傳輸和數據傳輸控制方不同，設置2bit TA的目的就是為了防止MDIO總線上產生競爭。TA的第1位z，PHY和MAC均釋放總線控制輸出高阻，且后面MAC一直保持高阻態狀態，第2位0由PHY提供。第2位相當于一個應答信號，如果第2位為高電平，PHY無應答。除此之外，Idle為空閑狀態，此時MDIO無源驅動，處高阻狀態，但一般用上拉電阻使其處在高電平。

關于網絡信號模式

常見網絡信號模式包含：MII、RMII、GMII、RGMII、SGMII。每種模式包含的信號線數量和控制線數量各不相同，通訊速度也不相同：MII、RMII為百兆網絡，GMII、RGMII、SGMII為千兆網絡，區別和關系參考表以下圖表。

網絡變壓器

ELF 1開發板使用的RJ45內部集成了網絡變壓器，其4、5腳位中心抽頭引腳，該引腳有兩種接法：電流型，中心抽頭直接接電源；電壓型，中心抽頭通過100nF電容接地（ELF 1開發板的接法，引腳4、5接100nF電容C87和C88）。實際使用中需要如何處理中心抽頭需要根據PHY芯片的驅動類型確定。

PHY芯片電路原理說明

ELF 1開發板最多支持兩路百兆網口，底板和擴展板上各一路。開發板使用兩個KSZ8081RNB型號的PHY芯片實現網絡通信，KSZ8081RNB是通過MDIO總線掛載到EL開發板上，MDIO總線對應芯片的11、12引腳主要負責通過配置PHY芯片KSZ8081RNB的寄存器控制PHY芯片的網口速率、網口雙工模式、自協商使能等功能。KSZ8081RNB的數據接口是通過RMII和開發板連接，并傳輸網絡數據的。

ENET_PHYAD0、ENET_PHYAD1和ENET_RXD1在芯片上電復位時會鎖存一個電平狀態作為芯片的PHY地址，在芯片上電后，其數據被鎖存到相應寄存器中，而后恢復芯片的默認功能，不會影響通信。由于該款芯片有三條地址線，因此理論上同一塊板卡最多可以掛載7顆（001—111。000作為廣播地址，是不可以被使用的）。

ENET_CRS_DV、ENET_CFG1、ENET_CFG0是芯片接口模式選擇， ELF 1開發板設置為100。

網口電路設計指南

（1）ELF 1開發板可支持兩路百兆網。

（2）設計網口電路時8081的10號引腳必須連接6.49K_%1精度的電阻，否則可能會影響網口正常工作出現芯片無法掛載、網口不Link等問題。

（3）MDIO以及RMII接口的引腳要注意電平匹配，核心板為3.3V電平。

（4）MDIO總線上需要加上拉電阻，阻值可以根據實際情況調整。

網口PCB設計指南

（1）MDIO總線上掛載多個PHY芯片時，使用串聯方式，不要分叉布線。

（2）RGMII接口分為發送信號，接收信號和控制信號，各組阻抗控制在50Ω±10%。

（3）發送信號和接收信號，布線長度不超過100mm，組內信號長度誤差不超過2.54mm。

（4）時鐘預留對地電容，方便后期調試。

（5）MDI接口采用差分布線，阻抗100Ω±10%。

（6）MDI組內差分誤差不超過0.12mm。

（7）芯片內部DCDC連接的功率電感要靠近芯片保證回路最短，并且保證地回路的完整。

（8）數據線上預留的串聯電阻需要靠近源端放置。

（9）保護器件建議放置在變壓器內側，在變壓器和PHY之間，靠近變壓器。

（10）供電部分要考慮電流的大小，線寬盡量寬一點。要有足夠的載流能力，濾波電容的位置盡量靠近芯片。

（11）網口 RJ45 在布線時要注意進行隔離地。

網口問題排查思路

在遇到網口問題時排查網口問題首先要明確問題點，網口不通的情況下首先要看 PHY 有沒有成功掛載上，可通過是否可以啟動網卡來判斷，如果根本看不到設備節點或者在輸入啟動網卡的命令后報錯，找不到 PHY 芯片說明 PHY 芯片沒有成功掛載。如果可以正常啟動網卡說明 PHY 可以成功掛載。

如果 PHY 沒掛載上排查思路如下：

（1）首先看是否有缺件、少件，原件焊接錯誤的情況，PHY 芯片焊接是否過關等。

（2）檢查各路供電是否正常，電源是否穩定，是否有明顯壓降、跌坑現象。濾波電容容量是否達標。

（3）檢查復位電路是否有復位動作，復位后是否可以正常抬起復位信號，復位信號低電平的維持時間是否滿足 PHY 的要求。

（4）檢查芯片的時鐘頻率、幅值、以及信號質量是否滿足手冊要求。不同類型的時鐘輸入方式原理是否正確。

（5）檢查 PHY 芯片的地址、模式、電平配置等參數設置的上下拉電阻是否正常。

（6）檢查 MDIO 總線的波形幅值、斜率、是否正常，振鈴是否嚴重，是否有下降沿壓降不到0的現象，在 MDC 的上升沿來臨時 MDIO 的電平維持時間是否滿足硬件資料里網口芯片手冊要求等問題。

先將芯片成功掛載后再看網口通不通。如果經過以上檢測排查成功將 PHY 芯片掛載但是網口還是不通,那就需要繼續檢查數據接口部分。根據不同接口的規定來對數據接口的總線進行檢查。

（1）按照具體的接口形式檢查數據線連接是否正確，在使用MII,RMII,GMII,RGMII時的線序，檢查參考時鐘波形是否正常。

（2）檢查網絡變壓器的中心抽頭的接法是否與PHY 規定的網絡變壓器的驅動類型相對應。

以上就是對ELF 1開發板網口組件中的幾個核心概念做了講解。然而，“實踐出真知”，我們誠摯建議各位小伙伴在理論學習之余，更要親自進行實踐操作，如測試、故障排查等，以便深入理解和掌握網口模塊的內在機制。唯有親手實踐，才能使知識領悟更為深刻全面。

倘若在嵌入式學習探索過程中遇到任何疑問或難題，歡迎各位小伙伴與ElfBoard的技術支持團隊進溝通交流。我們堅信，通過共同探討與分享，定能助力您的嵌入式學習之路更上一層樓，一同見證彼此的進步與發展。