Сетевая карта требуется, если она подключена к локальной сети. Сетевая карта в основном включает в себя два нижних уровня OSI, физический уровень и уровень канала передачи данных. Микросхема на физическом уровне называется PHY, а микросхема на канальном уровне называется MAC-контроллером.
Эта статья направлена на то, чтобы изучить базовые знания MAC и PHY об Ethernet, обобщить структуру системы и принципы компоновки физического оборудования, а также понять различные интерфейсы.
Если вас заинтересуют продукты Ethernet, вы можете посетить наш веб-сайт:
https://www.ru-ebyte.com/Modem-Signalinterfaceconversion-ethernet
Вы можете нажать, чтобы просмотреть видео об Ethernet:
https://www.youtube.com/watch?v=38bzYWrJJ5Y
Контент Экспресс здесь：
PHY
PHY — это приемопередатчик физического интерфейса, реализующий физический уровень. Включая подуровень MII/GMII (независимый от среды интерфейс), подуровень PCS (подуровень физического кодирования), подуровень PMA (присоединение к физическому носителю), подуровень PMD (зависящий от физического носителя), подуровень MDI. Он определяет электрические и оптические сигналы, статус линии, эталонный тактовый сигнал, кодирование данных и схемы, необходимые для передачи и приема данных, а также предоставляет стандартные интерфейсы для устройств канального уровня. Микросхема физического уровня называется PHY.
MAC
MAC является аббревиатурой Media Access Control, то есть протокола подуровня Media Access Control. Протокол расположен в нижней половине уровня канала передачи данных в семиуровневом протоколе OSI и в основном отвечает за управление и подключение физической среды физического уровня.
При отправке данных протокол MAC может заранее определить, могут ли данные быть отправлены.Если они могут быть отправлены, он добавит некоторую управляющую информацию к данным и, наконец, отправит данные и управляющую информацию на физический уровень в указанном формате. ; при приеме данных MAC Протокол сначала оценивает, есть ли ошибка передачи во входной информации, и если ошибки нет, управляющая информация удаляется и отправляется на уровень LLC. MAC-адрес Ethernet определяется стандартом Ethernet IEEE-802.3.
MII
MII — независимый от среды интерфейс, также называемый независимым от среды интерфейсом. Это отраслевой стандарт Ethernet, определенный IEEE-802.3. Он включает в себя интерфейс данных и интерфейс управления между MAC и PHY. Интерфейс данных состоит из двух независимых каналов для передатчика и приемника. Каждый канал имеет свои данные, часы и управляющие сигналы.
Всего для интерфейса данных MII требуется 16 сигналов. Интерфейс управления — это двухсигнальный интерфейс: один — тактовый сигнал, а другой — сигнал данных. Через интерфейс управления верхние уровни могут отслеживать и контролировать PHY.
Можно видеть, что MAC и PHY, один из которых является канальным уровнем, а другой — физическим уровнем; оба передают данные через MII.
Состав системы
С точки зрения аппаратного обеспечения интерфейс схемы Ethernet обычно состоит из ЦП, контроллера MAC (управления доступом к среде) и интерфейса физического уровня PHY:
указанные выше три части не обязательно являются независимыми микросхемами, в основном следующим образом：
(1) ЦП объединяет MAC и PHY, что сложно;
(2) ЦП интегрирует MAC, а PHY принимает независимый чип (основное решение);
(3) ЦП не объединяет MAC и PHY, а MAC и PHY используют независимые микросхемы или интегрированные микросхемы (высокопроизводительное использование).
PHY интегрирует большое количество аналогового оборудования, а MAC является типичным полностью цифровым устройством Площадь чипа и аналогово-цифровая гибридная архитектура являются причинами интеграции MAC в микроконтроллер и оставления PHY вне чипа. Более гибкая и плотная технология чипов позволила интегрировать MAC и PHY в один чип.
Возьмем широко используемый MAC с внутренней интеграцией ЦП, в качестве примера PHY использует независимое решение для микросхемы, пунктирная линия указывает, что ЦП и MAC интегрированы вместе, а микросхема PHY подключена к MAC на ЦП через интерфейс MII.
Для этого решения аппаратное решение проще, чем независимое.Есть два важных аппаратных интерфейса между PHY и MAC:
(1) Интерфейс шины MDIO, в основном для завершения конфигурации регистров ЦП для чипа PHY;
(2) MII — независимый от среды интерфейс, также называемый независимым от среды интерфейсом. Наиболее распространенными являются MII, RMII, GMII, RGMII и т. д. «Независимый от носителя» означает, что любой тип устройства PHY будет работать без перепроектирования или замены аппаратного обеспечения MAC. Интерфейс данных MII требует в общей сложности 16 сигналов, в том числе:
lпередача данных - TXD[3:0]
lстроб передачи - TX_EN
lчасы передачи - TX_CLK
lошибка передачи - TX_ER/TXD4
lприем данных - RXD[3:0]
lполучить строб - RX_DV
lполучить часы - RX_CLK
lполучить ошибку - RX_ER/RXD4
lиндикация столкновения - COL
lнесущая - CRS
Вообще говоря, он включает в себя набор сигналов для IC для чтения и записи PHY: MDC (часы), MDIO (данные) в виде двух наборов часов для эталонной выборки данных, частота должна быть 25 МГц (TX_CLK, RX_CLK) 4-битный выход , входная шина (TX[0:3], RX[0:3]); уведомить другую сторону о подготовке входных данных выход, входной сигнал запуска (TX_EN); выход, входной сигнал уведомления об ошибке (TX_ER, RX_ER ); уведомление сигнал (RX_DV) допустимых входных данных, сигнал коллизии (Col) перегрузки сети. В качестве сигнала ответа несущей (CRS) потенциал может быть +5В или +3,3В.
MII передает данные двунаправленно в 4-битном, то есть полубайтовом режиме, с тактовой частотой 25 МГц, а его рабочая скорость может достигать 100 Мбит/с. MII передает все данные и данные управления сетью, в то время как MAC определяет рабочее состояние PHY и управляет PHY, используя интерфейс SMI (последовательный интерфейс управления) для чтения и записи регистров PHY. Часть регистров на PHY определяется IEEE, так что PHY отражает свое текущее состояние в регистрах, а MAC постоянно считывает регистр состояния PHY через шину SMI, чтобы узнать текущее состояние PHY, например скорость соединения и возможность дуплекса ждать. Конечно, вы также можете установить регистры PHY через SMI для достижения целей управления, таких как открытие и закрытие управления потоком, режим автосогласования или обязательный режим и т. д.
Будь то физически соединенные шины MII и SMI или регистр состояния и регистр управления PHY, существуют спецификации IEEE, поэтому MAC и PHY разных компаний могут работать согласованно. Конечно, чтобы взаимодействовать с некоторыми уникальными функциями PHY разных компаний, драйвер необходимо соответствующим образом модифицировать.
SMI — это интерфейс физического регистра доступа к ядру MAC.Он состоит из двух линий, дуплексных, MDC — это часы, а MDIO — двусторонняя передача данных.В принципе он похож на шину I2C и также может иметь доступ к нескольким различным физическим уровням. через автобус.
Основные характеристики MDC/MDIO:
Двухпроводная система: MDC (линия синхронизации) и MDIO (линия данных).
Тактовая частота: 2,5 МГц.
Метод связи: шинная система, количество PHY, которые могут быть подключены одновременно, составляет 32.
Через интерфейс SMI микросхема MAC активно опрашивает микросхему физического уровня, чтобы получить информацию о состоянии и выдать информацию о команде.
Позже, для поддержки порта Gigabit Ethernet, начался интерфейс MII Gigabit Ethernet, то есть интерфейс GMII. Сейчас чаще используется RGMII, что уменьшает количество выводов между MAC и PHY. Сигнал данных и управляющий сигнал смешиваются вместе и одновременно дискретизируются по переднему и заднему фронту рабочего тактового сигнала.
Соответствующее соотношение выглядит следующим образом:
полоса пропускания 10 М соответствует 2,5 МГц, потому что 4 бит*2,5 М = 10 Мбит/с.
Полоса пропускания 100M соответствует 25MHz, потому что 4bit*25M=100Mbps
Полоса пропускания 1000M соответствует 125MHz, 4bit*125M=1000Mbps, так как частота 250MHz слишком высока, поэтому используется технология выборки с двойным фронтом (что усложняет конструкцию).
