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简介：面向嵌入式开发者的STM32网络管理接口实践源码包，聚焦MDIO总线在STM32F103VGT6平台上的实现，并附带通过IIC读写RTL8367RB交换芯片的完整代码，适合需要打通MCU与交换芯片管理通道、调试PHY寄存器读写的工程师参考。压缩包共498个文件，约3.14MB，以327个C源文件与92个头文件为主体，涵盖HAL库外设驱动、DSP运算库及MDIO/IIC业务逻辑，另有43个汇编文件、28个ICF链接脚本与uvprojx、ioc等工程配置，可直接导入Keil与STM32CubeMX复现。资源实现了串口指令交互，便于在调试时下发命令观察MDIO时序与RTL8367RB寄存器状态。已有3395人学习下载，可作为MDIO协议理解、IIC器件驱动移植与交换芯片调试的参考工程，帮助读者缩短底层通信联调周期。

1. 从一块调不通的 PHY 说起：这套 STM32 MDIO 源码到底解决什么问题

去年帮朋友调一块带交换芯片的板子，IIC 读写寄存器一切正常，换成 MDIO 读 PHY 的 ID 寄存器，返回值永远是 0xFFFF。示波器一挂，MDC 时钟有，MDIO 数据线在 turnaround 阶段电平不对——问题不在芯片，在时序和方向切换。这套STM32 MDIO 源码就是冲着这类场景来的：用 STM32 的 GPIO 模拟 MDIO 总线，去访问 RTL8367RB 这类交换芯片内部的 PHY 寄存器，同时把 IIC 那条链路也一并封装好。它适合两类人：一是手上板子 PHY 调不通、需要一份能直接对照的位操作实现；二是想给自家 STM32 工程补一套轻量 MDIO 驱动、不想引入整套协议栈的开发者。源码不大，但把 MDIO 帧格式、时序延时、读写方向切换这些容易翻车的点都摊开写在了代码里。

2. 架构与目录：GPIO 模拟 MDIO 的分层设计

2.1 为什么不用硬件外设而选 GPIO 模拟

STM32 部分型号自带以太网 MAC，配套有硬件 MDIO 接口，但一旦你用的是 F1、F0 这类没有 ETH 外设的片子，或者 MAC 引脚已经被别的功能占用，硬件 MDIO 就走不通了。更现实的情况是：RTL8367RB 这类交换芯片的管理口往往挂在任意两个普通 GPIO 上，硬件外设根本对不上脚。所以这套源码的核心思路很直接——把 MDC 当时钟线、MDIO 当双向数据线，全部用 GPIO 推挽/开漏输出加输入切换来模拟，时序完全由软件延时控制。

这样做的代价是要自己保证 MDC 频率不超过芯片手册上限（RTL8367RB 的 MDC 一般不超过 25MHz，实际工程里压到 1MHz 左右更稳），好处是引脚随便选、移植到任何 STM32 型号都只改几个宏。常见做法是把延时做成可调的宏，先用大延时跑通，再逐步压缩。

2.2 目录结构与模块职责

源码按职责切成三层，读的时候按这个顺序看不会乱：

mdio_stm32/ ├── inc/ │ ├── mdio_gpio.h # 引脚宏定义、延时宏、方向切换宏 │ ├── mdio_core.h # MDIO 帧读写接口声明 │ └── iic_soft.h # IIC 软件模拟接口声明 ├── src/ │ ├── mdio_gpio.c # GPIO 初始化、MDC/MDIO 电平操作 │ ├── mdio_core.c # 帧组装、读写时序、turnaround 处理 │ └── iic_soft.c # IIC 起始/停止/字节收发 └── example/ └── main.c # 读 PHY ID、读写寄存器的调用示例

mdio_gpio层只关心“把某根线拉高拉低、读某根线电平”，不含任何协议语义；mdio_core层负责拼 32 位帧、处理前导码、读写命令、PHY 地址、寄存器地址和 turnaround；iic_soft是并行的另一条管理通道，很多交换芯片既支持 MDIO 也支持 IIC 访问寄存器，两条路都留着方便对比调试。这种分层的好处是换芯片只动 core 层的地址位宽和时序参数，换 MCU 只动 gpio 层的宏。

2.3 关键宏与可配置参数

移植时真正要改的就集中在mdio_gpio.h顶部这几个宏，先看清楚再动手：

延时宏是最容易被忽略的一项。很多人直接抄别人的for(i=0;i<10;i++);，结果换到主频更高的片子上 MDC 直接飙到十几兆，读出来全是错值。我一般会先用一个明显偏大的延时把功能跑通，再用示波器量 MDC 周期，按目标频率反推循环次数。

3. 核心代码拆解：一帧 MDIO 从组帧到读回

3.1 MDIO 帧格式与组帧逻辑

IEEE 802.3 的 MDIO 帧是 32 位：前导码 32 个 1（实际实现常省略或只发部分）、起始码01、读/写操作码10/01、5 位 PHY 地址、5 位寄存器地址、2 位 turnaround、16 位数据。这套源码把组帧拆成“逐位发送”的函数，逻辑一目了然：

/* mdio_core.c：写一帧 MDIO（读操作为例，data 为输出缓冲） */ static void mdio_send_bits(uint32_t value, uint8_t len) { for (int8_t i = len - 1; i >= 0; i--) { MDIO_MDC_LOW(); if (value & (1UL << i)) MDIO_MDIO_HIGH(); else MDIO_MDIO_LOW(); MDIO_DELAY(); MDIO_MDC_HIGH(); /* MDC 上升沿采样 */ MDIO_DELAY(); } } uint16_t mdio_read_reg(uint8_t phy, uint8_t reg) { uint16_t data = 0; MDIO_WRITE_OUTPUT(); mdio_send_bits(0xFFFFFFFF, 32); /* 前导码 */ mdio_send_bits(0x1, 2); /* 起始码 01 */ mdio_send_bits(0x2, 2); /* 读操作码 10 */ mdio_send_bits(phy & 0x1F, 5); /* PHY 地址 */ mdio_send_bits(reg & 0x1F, 5); /* 寄存器地址 */ MDIO_READ_INPUT(); /* turnaround 前切输入 */ MDIO_DELAY(); MDIO_MDC_HIGH(); MDIO_DELAY(); MDIO_MDC_LOW(); /* 第一个 TA 位 */ MDIO_DELAY(); MDIO_MDC_HIGH(); MDIO_DELAY(); MDIO_MDC_LOW(); /* 第二个 TA 位，PHY 驱动 */ for (int8_t i = 15; i >= 0; i--) { /* 读 16 位数据 */ MDIO_MDC_HIGH(); MDIO_DELAY(); if (MDIO_MDIO_READ()) data |= (1U << i); MDIO_MDC_LOW(); MDIO_DELAY(); } return data; }

逻辑上有三个点必须说清。第一，前导码发 32 个 1 是为了让 PHY 同步时钟，有些实现只发 32 位里的部分，但发满最稳。第二，turnaround两位是方向切换的关键：读操作时第一位由主机驱动为高阻（这里切输入即可），第二位由 PHY 拉低表示它开始驱动数据线，所以切输入必须发生在第一个 TA 位之前，晚一步就会和 PHY 抢总线。第三，读数据是在 MDC 上升沿之后采样，代码里先拉高再读，顺序不能反。

参数上，phy和reg都只取低 5 位，超出范围会被截断，调用前自己保证合法。写操作把操作码换成0x1（01），turnaround 两位都由主机驱动，数据段改为发送，其余结构一致。

3.2 GPIO 方向切换与 IIC 复用

方向切换是这套代码里最容易翻车的地方。STM32 的 GPIO 在 F1 系列上要改 CRL/CRH 寄存器，HAL 库则用HAL_GPIO_Init重配。源码把这件事收进两个宏，避免在 core 层散落寄存器操作：

/* mdio_gpio.h：方向切换宏（以标准外设库风格示意） */ #define MDIO_READ_INPUT() do { \ GPIO_InitTypeDef g; \ g.GPIO_Pin = MDIO_MDIO_PIN; \ g.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU; /* 上拉输入，防止悬空读错 */ \ GPIO_Init(MDIO_MDIO_PORT, &g); \ } while (0) #define MDIO_WRITE_OUTPUT() do { \ GPIO_InitTypeDef g; \ g.GPIO_Pin = MDIO_MDIO_PIN; \ g.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; \ g.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; \ GPIO_Init(MDIO_MDIO_PORT, &g); \ } while (0)

这里用上拉输入而不是浮空输入，是因为总线在 turnaround 间隙可能短暂无人驱动，浮空会读到随机电平，上拉能保证读到确定的 1。IIC 那条链路同理，iic_soft.c里 SDA 也是开漏加外部上拉、读时切输入，和 MDIO 的套路一致，所以两份代码可以互相参照着改。

3.3 读 PHY ID 的调用示例

拿到源码后第一件事不是读寄存器，是先读 PHY 的 ID 寄存器（寄存器 2 和 3），能读出非 0xFFFF、非 0x0000 的值，说明总线和时序基本对了：

/* example/main.c：上电自检 */ int main(void) { gpio_init(); /* MDC/MDIO 引脚初始化 */ uint16_t id_hi = mdio_read_reg(PHY_ADDR_DEFAULT, 2); uint16_t id_lo = mdio_read_reg(PHY_ADDR_DEFAULT, 3); uint32_t phy_id = ((uint32_t)id_hi << 16) | id_lo; if (phy_id == 0xFFFFFFFF || phy_id == 0x00000000) { /* 总线没通：先查引脚宏、再查延时、最后查 PHY 地址 */ } while (1) { } }

PHY_ADDR_DEFAULT要按板子实际接线改，RTL8367RB 内部多个 PHY 的地址是固定的，扫 0 到 4 一般能命中。读出来的 ID 高 16 位是厂商 OUI，低 16 位是型号和版本，对照芯片手册能确认访问的确实是目标 PHY 而不是别的设备。

4. 跑起来：从裸机工程到第一次读到寄存器

4.1 工程搭建与文件接入

这套源码是纯 C 的裸机驱动，不依赖特定 IDE。用 Keil、IAR 或 STM32CubeIDE 都行，步骤一致：新建一个对应型号的工程，把src下三个.c加进编译列表，inc加进头文件路径，然后把mdio_gpio.h里的引脚宏改成自己板子的实际引脚。如果用的是 HAL 库工程，把方向切换宏里的标准库调用换成HAL_GPIO_Init即可，接口语义不变。

时钟初始化别忘：GPIO 端口时钟要在gpio_init()里使能，很多人移植后读不到值，最后发现是端口时钟没开，这种低级错误在赶进度时特别常见。

4.2 上电自检与波形验证

代码编译通过只是第一步，真正判断通没通要看两件事：读 PHY ID 是否合理，以及示波器上 MDC 频率和 MDIO 波形是否干净。建议按这个顺序验证：

1. 只发前导码，用示波器看 MDC 是否有稳定方波，频率是否在目标范围。
2. 读 PHY ID，看返回值是否落在合理区间。
3. 读一个已知默认值的寄存器（比如控制寄存器复位后的值），和手册对照。
4. 写一个可回读的寄存器，再读回来比对。

第 3、4 步能过，说明读写方向切换都没问题。如果第 2 步就失败，先别怀疑芯片，九成是引脚宏或延时。

4.3 与 RTL8367RB 的对接要点

RTL8367RB 的管理接口在芯片手册里有明确的 MDC/MDIO 时序要求，除了频率上限，还要注意上电后芯片需要一段初始化时间才能响应 MDIO。常见做法是在main里先延时几百毫秒再发起第一次读，否则可能读到全 1。另外这颗芯片的寄存器空间分页，访问高地址寄存器前要先写页寄存器，源码的mdio_core只提供单寄存器读写，分页逻辑要在应用层自己补——这也是二次开发时最常加的一层封装。

5. 避坑与排查：五个真实踩过的坑

5.1 读回恒为 0xFFFF

现象：PHY ID 两个寄存器都读回 0xFFFF。原因通常是 MDIO 线一直为高，PHY 根本没驱动总线，可能是引脚宏填错、PHY 地址不对，或者 MDC 频率超限导致 PHY 不响应。解决：先用示波器确认 MDC 有波形且频率合规，再扫一遍 PHY 地址 0 到 4，最后核对引脚宏和实际接线是否一一对应。

5.2 读回恒为 0x0000

现象：读回全 0。原因多半是 MDIO 被主机一直拉低，方向切换没生效——比如切输入时仍配成输出，或者上拉没开导致读到 0。解决：检查MDIO_READ_INPUT()是否真的把引脚改成了输入模式，输入模式选上拉，并在切换后加一个短延时再采样。

5.3 偶发读错、重读又对

现象：同一寄存器读十次错一两次。原因是延时太短，MDC 高电平时间不够 PHY 采样，或者方向切换和时钟沿挨得太近。解决：把MDIO_DELAY()加大一档先验证，确认是时序问题后再逐步压缩到手册允许的最小值，别一上来就追求高频。

5.4 写寄存器后读回不一致

现象：写进去的值和读出来的对不上。原因常见于写操作后没有等待芯片内部生效就立刻回读，或者写操作码、turnaround 位拼错。解决：写后加几微秒延时再读，并逐位核对写帧的操作码是否为01、TA 两位是否都由主机驱动。

5.5 换 MCU 后整体失效

现象：同一份代码换到另一块板子就读不到。原因是 GPIO 寄存器操作和延时循环都跟主频、库版本绑定。解决：把方向切换统一改成库函数调用，延时改成基于SysTick或DWT的微秒级延时，这样换片子只改引脚宏，不用重调循环次数。

6. 二次开发：把单寄存器读写封装成可维护的驱动层

源码给的是最小可用的位操作，真正放进项目里，我一般会在mdio_core之上再加一层“芯片抽象层”，把分页、批量读写、错误重试都收进去。核心思路是定义一个操作结构体，把读、写、延时三个函数指针挂上去，上层业务只调结构体方法，换芯片时换实现即可：

/* 芯片抽象层示意：把 MDIO 读写和分页逻辑收口 */ typedef struct { uint8_t phy; uint16_t cur_page; uint16_t (*read)(uint8_t phy, uint8_t reg); void (*write)(uint8_t phy, uint8_t reg, uint16_t val); } switch_dev_t; static int dev_read_page(switch_dev_t *dev, uint16_t reg, uint16_t *out) { uint16_t page = reg >> 5; if (page != dev->cur_page) { dev->write(dev->phy, REG_PAGE_SEL, page); /* 切页 */ dev->cur_page = page; } *out = dev->read(dev->phy, reg & 0x1F); return 0; }

这样改的好处是：分页逻辑只写一次，业务代码不再关心寄存器地址怎么拆；读失败可以在这层加重试计数；将来换一颗同样走 MDIO 的交换芯片，只要换read/write的实现和页寄存器地址，上层不动。

验证方法上，我习惯在抽象层加一个自检函数，上电时把几个关键寄存器的默认值和手册比对，不一致就打印出来。改造时还有个小技巧：把MDIO_DELAY()做成运行时可调的全局变量，调试阶段用大延时，量产前再压到实测安全值，比反复改宏重编译省事得多。

血泪经验是，早期我图省事直接在业务代码里到处调mdio_read_reg，结果后来换芯片时改了三十多处，还漏了两处导致偶发读错。从那以后我每次接这类总线驱动，都强制先写一层抽象再往上堆业务，哪怕当时只有一颗芯片。希望这套源码和上面的拆解，能帮你少走一遍我踩过的弯路。

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