임베디드 개발자를 위한 네트워크 기초 — IP 주소부터 PHY 레지스터까지

# NLP, FLP, Auto-negotiation — PHY가 링크를 협상하는 방법

## Auto-negotiation이란

이더넷 케이블 양쪽 끝에 서로 다른 속도/Duplex 를 지원하는 장치가 연결됐을 때, 자동으로 최적의 통신 조건을 협상하는 기능이다.

```
PHY A: 10/100/1000 Mbps Full-duplex 지원
PHY B: 10/100 Mbps Half/Full-duplex 지원
           ↓ Auto-negotiation
결과: 100 Mbps Full-duplex (최대 공통 조건)
```

협상 실패 시 link가 올라오지 않거나, 의도하지 않은 Half-duplex로 동작해 성능 저하가 발생한다.

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## NLP (Normal Link Pulse)

10BASE-T에서 사용하는 링크 유지 신호다.

- **주기**: 16ms
- **펄스 폭**: 100ns
- **용도**: 링크가 살아있음을 알리는 heartbeat

수신 후 150ms 내에 다음 펄스나 프레임이 없으면 링크 에러로 판단한다. 4번 연속 수신하거나 프레임을 수신하면 복구된다.

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## FLP (Fast Link Pulse)

100BASE-TX 이상에서 NLP를 확장한 신호다. 단순한 heartbeat 역할 외에 **자신의 능력(capability)을 상대에게 광고**한다.

```
FLP 구조:
  33개의 NLP로 구성
  ├── 17개 Clock Pulse (동기화)
  └── 16개 Data Pulse (Auto-negotiation 정보 포함)

주기: 16 ± 8 ms
```

16개의 Data Pulse가 담는 정보(Advertisement 레지스터):

| 비트 | 의미 |
|------|------|
| [4:0] | 기술 필드 (0x01 = IEEE 802.3) |
| [8:5] | 속도/Duplex 지원 목록 |
| [9] | Pause 기능 |
| [10] | Asymmetric Pause |
| [13] | 원격 결함 감지 |
| [15] | Next Page 지원 |

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## Auto-negotiation 흐름

```
PHY A → FLP(자신의 capability) → PHY B
PHY B → FLP(자신의 capability) → PHY A
           ↓
양쪽 capability의 교집합 계산
(우선순위: 1000 FD > 100 FD > 100 HD > 10 FD > 10 HD)
           ↓
Parallel Detection 또는 협상 결과로 링크 설정
```

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## 코드에서 Auto-negotiation 설정

```c
// PHY BCR(Basic Control Register)에서 Auto-negotiation 설정
#define BCR_REG        0x00
#define BCR_RESET      (1 << 15)
#define BCR_AUTONEG_EN (1 << 12)
#define BCR_AUTONEG_RS (1 << 9)   // Restart Auto-negotiation

// Auto-negotiation 활성화 + 재시작
phy_write(phy_addr, BCR_REG, BCR_AUTONEG_EN | BCR_AUTONEG_RS);

// 협상 완료 확인 (BSR bit 5)
#define BSR_REG         0x01
#define BSR_AUTONEG_DONE (1 << 5)
#define BSR_LINK_STATUS  (1 << 2)

while (!(phy_read(phy_addr, BSR_REG) & BSR_AUTONEG_DONE));

// 협상 결과 확인 (PHY별 Extended Register에서)
// Aurix TC3xx 예: PHYSTS 레지스터
uint16_t physts = phy_read(phy_addr, 0x10);
uint8_t speed  = (physts >> 1) & 0x3;   // 0=10M, 1=100M, 2=1000M
uint8_t duplex = (physts >> 0) & 0x1;   // 0=Half, 1=Full
```

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## Auto-negotiation 비활성화 — 언제?

자동차 이더넷(100BASE-T1, 1000BASE-T1)은 **Auto-negotiation을 지원하지 않는다.** 단선 설계로 단순화됐기 때문이다. 속도와 마스터/슬레이브 역할을 **고정 설정**으로 지정해야 한다.

```c
// 100BASE-T1: Master 모드, 100Mbps 강제 설정 (PHY 전용 레지스터)
phy_write(phy_addr, EXTENDED_CTRL_REG, MASTER_MODE | SPEED_100M);
```

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## 정리

Auto-negotiation이 실패하는 주요 원인은 세 가지다.

1. **FLP를 수신하지 못함** — 케이블 불량, 핀 연결 오류
2. **공통 capability 없음** — 양쪽 지원 목록이 겹치지 않음
3. **협상 타임아웃** — PHY 초기화 후 충분한 대기 시간 미확보

링크가 올라오지 않을 때 MDC/MDIO로 PHY 상태 레지스터를 읽으면 어느 단계에서 멈춰있는지 파악할 수 있다.

NLP, FLP, Auto-negotiation — PHY가 링크를 협상하는 방법

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