임베디드 개발자를 위한 네트워크 기초 — IP 주소부터 PHY 레지스터까지

# NIC와 PHY — 임베디드 이더넷 하드웨어 구조

## NIC란

**NIC(Network Interface Card)** 는 기기가 이더넷에 연결될 수 있게 해주는 부품이다. 일반 PC에서는 메인보드에 통합되거나 별도 카드 형태로 들어가고, 흔히 "랜카드"라고 부른다.

NIC는 OSI 기준으로 **L1(Physical)**과 **L2(Data Link)** 서비스를 제공한다. 내부에 MAC 칩과 PHY 칩이 포함된다.

```
PC 관점:
  CPU → NIC 드라이버 → NIC (MAC + PHY) → 케이블

임베디드 MCU 관점:
  CPU → 이더넷 드라이버 → MAC 블록 (MCU 내장) → PHY 칩 → 케이블
```

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## MAC과 PHY의 역할

| 블록 | 계층 | 역할 |
|------|------|------|
| **MAC** (Media Access Control) | L2 | 프레임 조립/분해, 주소 필터링, 흐름 제어 |
| **PHY** (Physical Layer) | L1 | 신호 변환, 링크 감지, Auto-negotiation, FEC |

### MAC — 소프트웨어와의 접점

MCU 내부에 MAC 블록이 내장된 경우가 많다(예: STM32, Infineon Aurix). 드라이버는 DMA를 통해 MAC에 프레임을 넘기고, 수신된 프레임을 CPU 메모리로 가져온다.

```
[lwIP] → [이더넷 드라이버] → [DMA] → [MAC 레지스터]
                                              ↕
                                          [MII/RMII]
                                              ↕
                                          [PHY 칩]
```

### PHY — 물리 신호의 끝

PHY는 디지털 비트를 아날로그 신호로 변환(Tx)하고, 케이블에서 들어오는 신호를 디지털로 복원(Rx)한다. MAC과 PHY 사이의 인터페이스는 주로 **MII, RMII, RGMII** 중 하나다.

| 인터페이스 | 속도 | 핀 수 | 설명 |
|-----------|------|-------|------|
| MII | 10/100 Mbps | 18핀 | 가장 기본적인 MAC-PHY 인터페이스 |
| RMII | 10/100 Mbps | 9핀 | MII 축소판. 핀 수 절반 |
| RGMII | 1 Gbps | 12핀 | 기가비트용 |
| SGMII | 1 Gbps | 4핀 | 차동 시리얼. 고속/장거리에 유리 |

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## PHY 칩 선택 시 고려 사항

임베디드 설계에서 PHY 칩을 고를 때 확인해야 할 것들:

1. **지원 속도** — 10/100/1000 Mbps
2. **MII 인터페이스 종류** — MCU와 맞는 인터페이스인지
3. **MDC/MDIO 지원** — PHY 레지스터 설정/상태 읽기용
4. **차량용 여부** — 100BASE-T1, 1000BASE-T1은 단선 차동 방식
5. **온도 범위** — 차량 환경은 -40°C ~ 125°C 요구

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## PHY 상태 모니터링

링크 상태(Link Up/Down), 협상된 속도, Duplex 모드 등은 PHY의 레지스터를 읽어 파악한다.

```c
// PHY 기본 제어 레지스터 (IEEE 802.3 기준)
#define PHY_REG_BCR    0x00  // Basic Control Register
#define PHY_REG_BSR    0x01  // Basic Status Register
#define PHY_REG_ID1    0x02  // PHY Identifier 1
#define PHY_REG_ID2    0x03  // PHY Identifier 2

// BSR에서 Link Status 확인
uint16_t bsr = phy_read(0x01);
if (bsr & (1 << 2)) {
    // Link Up
}
```

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## 정리

임베디드 이더넷 개발에서 "왜 링크가 안 올라오지?"의 원인은 대부분 PHY에 있다. PHY 초기화 시퀀스, MDC/MDIO 설정, Auto-negotiation 타이밍을 이해하면 이 문제의 80%는 해결된다. 다음 절에서 MDC/MDIO 프로토콜을 상세히 다룬다.

NIC와 PHY — 임베디드 이더넷 하드웨어 구조

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