SMI的时序模拟实现以及控制(一)

在有些简单的单片机上做网络通信的产品时，可能遇到单片机+网络芯片/switch芯片的情况，比如STM32+RTL8306。此时我们就需要在STM32上模拟SMI总线协议，去控制RTL8306 switch芯片实现具体的功能。

首先是对于SMI的定义：

SMI：串行管理接口（Serial Management Interface），也被称作MII管理接口（MII Management Interface），包括MDC和MDIO两条信号线。MDIO是一个PHY的管理接口，用来读/写PHY的寄存器，以控制PHY的行为或获取PHY的状态，MDC为MDIO提供时钟。

MDIO原本是为MII总线接口定义的，MII用于连接MAC和PHY，包含两种信号接口：

1. 一个数据接口用于MAC和PHY之间接收和发送以太网帧数据。

2. 一个PHY管理接口，即MDIO，用于读写每个PHY的控制寄存器和状态寄存器，以达到控制PHY行为和监控PHY状态的目的。

MDIO是双向的，只支持一个MAC连接最多32个PHY的连接方式，且MAC作为master，PHY作为slave。在写PHY寄存器的时候，由MAC驱动MDIO向PHY写入数据；在读PHY寄存器时，前半段由MAC驱动发送寄存器地址，后半段由PHY驱动回复寄存器的值。

MDC要求由MAC输出，是非周期性的，即不要求提供固定频率的时钟，对于PHY芯片则作为输入，以在上升沿触发MDIO的读写。MDC的时钟频率可以是DC-2.5MHz，即最小的时钟周期为400ns。

其次，对于MDIO协议标准，IEEE 802.3以太网标准中作了详细的定义，而RTL8306数据手册中也做了同样详细的说明：

附源代码：见下篇

协议中各字段具体的定义说明如下：

Preamble+Start：32bits的前导码以及2bit的开始位。

OP Code：2bits的操作码，10表示读，01表示写。

PHYAD：5bits的PHY地址，一般PHY地址从0开始顺序编号，例如6口switch中PHY地址为0-5。

REGAD：5bits的寄存器地址，即要读或写的寄存器。

Turn Around：2bits的TA，在读命令中，MDIO在此时由MAC驱动改为PHY驱动，并等待一个时钟周期准备发送数据。在写命令中，不需要MDIO方向发生变化，则只是等待两个时钟周期准备写入数据。

Data：16bits数据，在读命令中，PHY芯片将读到的对应PHYAD的REGAD寄存器的数据写到Data中，在写命令中，MAC将要写入对应PHYAD的REGAD寄存器的值写入Data中。

Idle：空闲状态，此时MDIO无源驱动，处高阻状态，但一般用上拉电阻使其处在高电平。

具体的读写时序图如下：

根据以上的特征和资料在STM32上作了具体的代码实现，和实际测试：

从PHY1的寄存器0成功读取了默认配置信息。