一、引言：驱动开发绕不开的硬件基础
网络接口卡（NIC, Network Interface Card）是现代嵌入式设备与计算平台不可或缺的通信媒介。在 Linux 内核中，网卡驱动属于最活跃的子系统之一，其涉及内容既包括内核的 Netdevice 框架、DMA 缓存管理、软中断等，也深度依赖对底层硬件结构的理解。
本文聚焦于网卡驱动相关的硬件知识点，从 PHY、MAC、接口协议、常用芯片、硬件初始化、地址配置、电路设计，到与驱动代码的衔接，力求讲清原理、用词准确，并辅以清晰的示意和示例，为后续软件驱动的理解打下扎实基础。
二、网络硬件基本结构
2.1 MAC 与 PHY 分层架构
现代以太网接口一般分为：
MAC（Media Access Control）：媒体访问控制层，通常集成在 SoC/主芯片内，负责帧的组织、CRC校验、DMA传输等。PHY（Physical Layer Transceiver）：物理层收发器，负责信号编码、解码、电平转换，与 RJ45 接口连接。
这两者之间通过标准的硬件接口进行通信，常见的包括：
接口位宽速率支持特征信号线MII4 bit10/100 MbpsTXD[3:0], RXD[3:0], TX_CLK, RX_CLK, CRS, COLRMII2 bit10/100 MbpsTXD[1:0], RXD[1:0], REF_CLK, CRS_DVRGMII4 bit DDR1 GbpsTXD[3:0], RXD[3:0], TX_CTL, RX_CTL, TXC, RXC2.2 PHY芯片功能与种类
常见的 Ethernet PHY 芯片有：
芯片型号接口类型支持速率典型应用LAN8720ARMII10/100MbpsSTM32、NXP i.MX RTKSZ8081RMII10/100Mbps嵌入式开发板常见RTL8211FRGMII10/100/1000Mbps千兆以太网应用PHY 芯片除数据收发外，还支持：
自动协商（Auto-Negotiation）：协商速率和双工模式；链路检测（Link Detection）：通过 Link LED 显示；寄存器控制：可通过 MDIO 接口配置和读取。
三、常见网卡硬件电路结构
以 LAN8720A 为例，其典型原理图包含如下关键部分：
3.1 电源供电与LDO去耦
VDDIO、VDDA：分别供给 IO 和模拟电路；LDO_CAP：内部1.2V稳压输出，用于模拟核心；推荐使用 0.1μF 与 4.7μF 并联电容去耦；多数 PHY 要求上电顺序满足 0~50ms 范围内一致上电。
3.2 MAC-PHY 接口（RMII）
MCU/SoC PHY芯片（LAN8720A）
--------- -------------------
ENET_TXD0 ----------- TXD0
ENET_TXD1 ----------- TXD1
ENET_TX_EN ----------- TXEN
ENET_RXD0 ----------- RXD0
ENET_RXD1 ----------- RXD1
ENET_CRS_DV ----------- CRS_DV
ENET_REF_CLK ----------- REF_CLK
REF_CLK 是 50MHz 时钟源，必须稳定。
3.3 MDIO/MDC 管理接口
用于配置 PHY 寄存器，如读取 PHY 状态、控制速度/双工、查看链路状态等。
MCU/SoC PHY芯片
--------- --------
ENET_MDIO -----------> MDIO
ENET_MDC -----------> MDC
这些线连接到驱动的 phy_device 模块，通过 phy_read()、phy_write() 进行访问。
3.4 RESET 引脚与地址配置
RESETn 需延时释放；PHYAD0 ~ PHYAD4 决定该 PHY 的地址；默认地址一般为 0x0，也可通过上拉/下拉电阻设置；多 PHY 系统中，地址不可重复。
四、MAC 地址的来源与配置机制
4.1 MAC 地址是什么？
MAC（Media Access Control）地址是 48 位的唯一硬件地址，用于二层通信，格式如：
00:1A:2B:3C:4D:5E
前 3 字节代表厂商 OUI，后 3 字节是设备序列号。
4.2 MAC 地址的存储位置
存储方式优先级说明EEPROM / EFUSE高大多数量产板卡使用Bootloader 环境变量中通过 U-Boot 的 ethaddr内核设备树设置中local-mac-address 节点驱动代码硬编码或动态生成低开发阶段常见在设备树中设置示例（适用于 i.MX 系列）：
&fec1 {
phy-handle = <ðphy0>;
local-mac-address = [00 11 22 33 44 55];
};
五、硬件设计注意事项
5.1 差分线布局规则（RGMII/RMII）
差分对阻抗：100Ω；单端线阻抗：50Ω；差分对内匹配：线长误差不超过 5mil；与其他差分对间隔大于 50mil；变压器（magnetics）距 PHY 芯片距离尽量小于 25mm；
5.2 上拉/下拉配置引脚
部分 PHY 芯片如 LAN8720A 启动时通过上拉/下拉电阻配置：
自动协商（Auto-Negotiation）速度（10/100Mbps）地址（PHYAD0~4）
需要在 RESETn 拉高前配置完成。
六、从硬件到驱动的衔接：Linux 中的 PHY 识别流程
在 Linux 网卡驱动中，通常使用 phylib 框架管理 PHY 芯片，流程如下：
网卡驱动注册 net_device；绑定 MAC 控制器与 PHY（通过 device tree 或 platform data）；使用 of_phy_connect() 找到设备树中的 PHY 节点；内核通过 MDC/MDIO 读写寄存器确认 PHY；初始化 PHY：协商速率、双工、启动链接；注册中断或轮询链路状态。
七、实际案例分析：i.MX6 + KSZ8081 + RJ45 接口
原理图片段（简化）
PHY：KSZ8081接口：RMIIMAC：i.MX6 内部的 FEC（Fast Ethernet Controller）
驱动流程简要
设备树绑定 MAC 与 PHY：
&fec1 {
phy-handle = <&phy0>;
};
&mdio {
phy0: ethernet-phy@0 {
reg = <0>;
};
};
内核驱动调用 fec_probe()；
调用 of_phy_connect() → phy_attach()；
MDC/MDIO 通信确认 PHY 存在；
完成 MAC 与 PHY 的连接和初始化。
八、调试建议与常见问题
问题可能原因检查建议无法识别 PHY地址错误 / MDC/MDIO 未连通用 mdio-tool 或 phytool 探测MAC 地址为 00:00:00:00:00:00没有从 EEPROM/DT/Bootloader 读取成功加设备树字段或设置 ethaddr不能上网PHY 未协商成功 / 网线问题查看 ethtool 输出链路状态PHY 不工作RESETn 未正确拉高检查电平逻辑或延时是否足够
九、结语
要写好网卡驱动，光掌握软件 API 是远远不够的。理解网络硬件的基本结构，掌握 PHY 的初始化流程、电气连接方式、MAC 地址配置机制，能大幅提升定位问题的能力，并写出可靠、稳定的驱动程序。
未来的系列文章将进一步介绍：
Linux 中 Netdevice 架构；PHY 驱动框架详解；网卡中断处理机制；DMA 与网络缓冲区管理。
如果你正在做实际项目，欢迎在评论区交流你的硬件结构和遇到的问题，我会结合你的平台提供进一步建议。
如需配图版本（PDF/Markdown）、实际设备树示例或 RTL8211F/RGMII 相关内容，也可以告诉我，我可以后续帮你整理完善。是否需要我帮你生成 PDF 或 Markdown 格式版本？