임베디드 개발자를 위한 네트워크 기초 — IP 주소부터 PHY 레지스터까지

# MDC/MDIO — PHY 레지스터를 제어하는 2-Wire 인터페이스

## MDC/MDIO란

**MDC(Management Data Clock)** 와 **MDIO(Management Data Input/Output)** 는 MAC에서 PHY의 레지스터를 읽고 쓰기 위한 **2-Wire 직렬 인터페이스**다. I²C와 유사한 구조지만 이더넷 PHY 전용 표준이다.

```
MAC (또는 MCU)                    PHY
     │──── MDC (클럭) ────────────→│
     │←─── MDIO (데이터, 양방향) ──│
```

MDC는 최대 2.5 MHz까지 지원한다.

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## Clause 22와 Clause 45

IEEE 802.3은 MDC/MDIO를 두 가지 방식으로 정의한다.

| 구분 | PHY 개수 | 레지스터 수 | 주소 공간 |
|------|---------|----------|---------|
| **Clause 22** | 최대 32개 | 각 32개 | 5bit PHY addr + 5bit Reg addr |
| **Clause 45** | 최대 32개 | 각 65,536개 | 5bit + 16bit (2단계 주소) |

차량용 PHY(예: TJA1100, BCM89810)는 레지스터가 많아 Clause 45를 주로 사용한다.

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## Clause 22 프레임 구조

```
PRE: 32비트 1로 채운 프리앰블 (동기화)
ST:  시작 비트 (01)
OP:  동작 코드 (Write: 01, Read: 10)
PA:  PHY 주소 (5bit)
RA:  레지스터 주소 (5bit)
TA:  Turnaround (2bit, 읽기 시 버스 전환)
D:   데이터 (16bit)

Write: PRE | 01 | 01 | PHYADR | REGADR | 10 | DATA
Read:  PRE | 01 | 10 | PHYADR | REGADR | Z0 | DATA
```

---

## 레지스터 읽기/쓰기 예

```c
// PHY 레지스터 쓰기 (Clause 22)
void phy_write(uint8_t phy_addr, uint8_t reg_addr, uint16_t data) {
    uint32_t tmpreg = 0;
    tmpreg |= (phy_addr << 11);   // PA: 5bit
    tmpreg |= (reg_addr << 6);    // RA: 5bit
    tmpreg |= (data & 0xFFFF);    // DATA: 16bit
    tmpreg |= ETH_MACMIIAR_MW;    // Write 비트
    tmpreg |= ETH_MACMIIAR_MB;    // Busy 비트 (전송 시작)
    ETH->MACMIIAR = tmpreg;
    // Busy 비트 클리어 대기
    while (ETH->MACMIIAR & ETH_MACMIIAR_MB);
}

// PHY 레지스터 읽기 (Clause 22)
uint16_t phy_read(uint8_t phy_addr, uint8_t reg_addr) {
    uint32_t tmpreg = 0;
    tmpreg |= (phy_addr << 11);
    tmpreg |= (reg_addr << 6);
    tmpreg &= ~ETH_MACMIIAR_MW;   // Read 비트
    tmpreg |= ETH_MACMIIAR_MB;
    ETH->MACMIIAR = tmpreg;
    while (ETH->MACMIIAR & ETH_MACMIIAR_MB);
    return (uint16_t)(ETH->MACMIIDR & 0xFFFF);
}
```

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## PHY 초기화 흐름

```c
void phy_init(uint8_t phy_addr) {
    uint16_t id1 = phy_read(phy_addr, PHY_REG_ID1);  // 제조사 ID 확인
    uint16_t id2 = phy_read(phy_addr, PHY_REG_ID2);

// Soft Reset
    phy_write(phy_addr, PHY_REG_BCR, BCR_RESET);
    // Reset 완료 대기
    while (phy_read(phy_addr, PHY_REG_BCR) & BCR_RESET);

// Auto-negotiation 활성화
    phy_write(phy_addr, PHY_REG_BCR, BCR_AUTONEG_ENABLE | BCR_AUTONEG_RESTART);

// Link Up 대기 (타임아웃 포함)
    uint32_t timeout = 5000;
    while (!(phy_read(phy_addr, PHY_REG_BSR) & BSR_LINK_STATUS)) {
        if (--timeout == 0) { /* 에러 처리 */ break; }
        delay_ms(1);
    }
}
```

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## 주의점

- **MDC 클럭 속도** — PHY 데이터시트에서 최대 MDC 주파수를 반드시 확인. 초과 시 오동작
- **PHY 주소 설정** — 하드웨어 핀(PHYAD[4:0])으로 결정되는 경우가 많음. 회로도 확인 필수
- **Clause 22 vs 45 선택** — PHY 데이터시트에서 어떤 방식을 쓰는지 확인

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## 정리

MDC/MDIO는 PHY를 소프트웨어로 제어하는 유일한 창구다. PHY ID를 읽어 올바른 칩이 인식됐는지 확인하는 것이 이더넷 초기화 디버깅의 첫 단계다. ID가 읽히지 않는다면 PHY 전원, 핀 연결, MDC 클럭, PHY 주소 설정을 순서대로 확인한다.

MDC/MDIO — PHY 레지스터를 제어하는 2-Wire 인터페이스

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