以太网传输速率从10兆发展到今天的100G，MAC层和PHY层之间的硬件接口发生了很大的变化，但是其中用来管理PHY的物理引脚始终只有2个，即MDC和MDIO引脚。随着PHY层变得越来越复杂，PHY寄存器的组织方式和寻址方式发生了变化，PHY管理接口的名称也从“MII管理接口”变为“MDIO接口”。千兆以太网之前，PHY管理接口称为“MII管理接口”；从10G以太网开始使用“MDIO接口”。有的千兆和百兆PHY支持一些扩展功能，也需要使用MDIO接口进行管理。
MII管理接口和MDIO接口
IEEE802.3标准的Clause22中描述了MII管理接口，而MDIO接口则在Clause45中进行说明。PHY管理接口只有2个引脚，即MDC和MDIO。MDC用于传送时钟信号。在MII管理接口中，MDIO引脚只用作数据I/O通道；在MDIO接口中，则作为地址和数据通道使用。在电气特性方面，MDIO接口使用了更低的电压。在产品硬件设计中，一台设备可能需要插多种型号的子卡，不同子卡上可能使用不同的PHY芯片，这意味着MAC芯片既要支持MII管理接口也要支持MDIO接口，并且可以在两种接口之间自由切换。
寄存器的组织方式
千兆以下的PHY比较简单，只有32个寄存器，MAC通过MII管理接口访问这些PHY寄存器。10G以上的PHY比较复杂，PHY层被划分为多个子层，PCS子层、PMA子层、PMD等子层都有各自对应的MMD设备。MMD设备是MDIOManageableDevice的缩写，通过IEEE802.3标准Clause45规定的MDIO接口进行管理。10G以上的PHY的寄存器数量大大增加，寄存器的组织方式和千兆PHY也有明显的差异。
MII管理接口的寄存器
MII管理接口的寄存器列表：
| 地址 | 寄存器名称 | 说明 |
| 0 | Control | 基本寄存器 |
| 1 | Status | 基本寄存器 |
| 2,3 | PHYIdentifier | 扩展寄存器 |
| 4 | Auto-NegotiationAdvertisement | 扩展寄存器 |
| 5 | Auto-NegotiationLinkPartnerBasePageAbility | 扩展寄存器，用于自协商功能 |
| 6 | Auto-NegotiationExpansion | 扩展寄存器，用于自协商功能 |
| 7 | Auto-NegotiationNextPageTransmit | 扩展寄存器，用于自协商功能 |
| 8 | Auto-NegotiationLinkPartnerReceivedNextPage | 扩展寄存器，用于自协商功能 |
| 9 | MASTER-SLAVEControlRegister | 扩展寄存器，用于自协商功能 |
| 10 | MASTER-SLAVEStatusRegister | 扩展寄存器，用于自协商功能 |
| 11 | PSEControlregister | 扩展寄存器 |
| 12 | PSEStatusregister | 扩展寄存器 |
| 13 | MMDAccessControlRegister | 扩展寄存器 |
| 14 | MMDAccessAddressDataRegister | 扩展寄存器 |
| 15 | ExtendedStatus | 千兆以太网中，register15用作扩展的状态寄存器；百兆以太网中，保留未使用。 |
| 16~31 | VendorSpecific | 由PHY厂商自定义。这也意味着，这些寄存器需要参考芯片手册才能了解具体的含义。 |
MDIO接口的寄存器
在MDIO接口的定义中，PHY层被划分为多个MMD设备（MDIOManagableDevice），每个MMD内部的寄存器的地址分配和MII管理接口中的地址类似，不过寄存器的数量多出很多。IEEE802.3标准规定的MMD设备地址：
| 设备地址 | 设备名称 |
| 0 | 保留 |
| 1 | PMA/PMD设备10G以太网中，PMA和PMA通常集成在一起。 |
| 2 | WIS |
| 3 | PCS |
| 4 | PHYXS |
| 5 | DTEXS |
| 6 | TC |
| 7 | Auto-Negotiation |
| 8 | SeparatedPMA(1)40G/100G以太网中，PMA和PMD是分开的。 |
| 9 | SeparatedPMA(2) |
| 10 | SeparatedPMA(3) |
| 11 | SeparatedPMA(4) |
| 12~28 | 保留 |
| 29 | Clause22扩展 |
| 30 | VendorSpecific1。这意味着，device30的寄存器需要参考厂商的芯片手册才能了解具体的含义。 |
| 31 | VendorSpecific2 |
管理帧的结构
MAC访问PHY时，需要向PHY发送特定格式的信号，这些信号称为“管理帧”。
MII管理接口的帧结构
通过MII管理接口访问PHY寄存器时，知道PHY地址和寄存器地址即可。MII接口管理帧的结构如下：
| 操作类型 | PRE | ST | OP | PHYAD | REGAD | TA | DATA |
| 读操作 | 1......1 | 01 | 10 | AAAAA | RRRRR | Z0 | DDDDDDDDDDDDDDDD |
| 写操作 | 1......1 | 01 | 01 | AAAAA | RRRRR | 10 | DDDDDDDDDDDDDDDD |
1)PREPRE即preamble。MAC访问PHY寄存器之前，连续发送32个“1”，用于和PHY进行同步。2)STST即Startofframe，是2个固定的比特0和1。3)OPOP即OperationCode。读操作的操作码是10，写操作的操作码是01。4)PHYADPHYAD即PHYaddress，表示5个bit位的PHY地址。PHY地址是由硬件连接决定的。硬件设计时，把PHY芯片的引脚电平上拉或者下拉，就可以设定PHY的地址。5)REGADREGAD即RegisterAddress，表示PHY内部的寄存器地址。MII管理接口中，寄存器地址是5位的。6)TATA即TurnAround。读操作的TA域从高阻态变为0，写操作的TA域则是从1变为0。7)DATA数据域为16bit，和PHY寄存器的宽度一致。读操作中，DATA域是从PHY层读到的数据；写操作中，DATA域是要写入PHY寄存器的值。
MDIO接口的管理帧
MDIO接口硬件上和MII管理接口一致，但是管理帧结构发生了变化。通过MDIO接口访问PHY寄存器时，需要知道端口地址、MMD设备地址和寄存器地址。MDIO接口的管理帧如下：
| 操作类型 | PRE | ST | OP | PRTAD | DEVAD | TA | ADDRESS/DATA |
| 地址操作 | 1......1 | 00 | 00 | PPPPP | EEEEE | 10 | AAAAAAAAAAAAAAAA |
| 读操作 | 1......1 | 00 | 11 | PPPPP | EEEEE | Z0 | DDDDDDDDDDDDDDDD |
| Post-read-increment-address操作 | 1......1 | 00 | 10 | PPPPP | EEEEE | Z0 | DDDDDDDDDDDDDDDD |
| 写操作 | 1......1 | 00 | 01 | PPPPP | EEEEE | 10 | DDDDDDDDDDDDDDDD |
和MII管理接口相比，MDIO接口的读和写操作变复杂了，操作一个寄存器需要两步完成，首先要传送寄存器地址信息，然后才能读或者写对应的寄存器。和MII管理接口的管理帧相比，MDIO接口的管理帧的主要差异如下：1)STST即Startofframe。MII接口的管理帧的ST域是01，MDIO管理帧中ST域的值是00。2)PRTADPRTAD即PortAddress。PRTAD和MII管理接口的管理帧的PHYaddress一致。3)DEVADDEVAD是DeviceAddress，该域是MMD设备的5位ID。这个域对应MII管理接口的管理帧的寄存器地址域。4)ADDRESS/DATAMDIO接口的地址操作中，这个域用来传送需要访问的寄存器的16位地址。MII管理接口中，寄存器地址只有5位；MDIO接口中，寄存器地址变为16位。MDIO接口的读写操作中，这个域是读出或者待写入的数据。
----2013.11.03
