MAC和PHY的关系

2012-07-31 21:03 1024人阅读 评论(0)  举报

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在嵌入式系统，一般CPU都会有一个或者几个MAC控制器，用来处理MAC的数据，但是只有MAC并不能网络数据的收发。必须通过MII接口外接一个物理层的OHY芯片。

下面时我从网络找到的一些关于MAC和PHY相关的信息。

 MII (Media Independent Interface(介质无关接口)；或称为媒体独立接口，它是IEEE-802.3定义的以太网行业标准。它包括一个数据接口，以及一个MAC和PHY之间的管理接口。数据接口包括分别用于发送器和接收器的两条独立信道。每条信道都有自己的数据、时钟和控制信号。MII数据接口总共需要16个信号。管理接口是个双信号接口：一个是时钟信号，另一个是数据信号。通过管理接口，上层能监视和控制PHY。MII （Management interface）只有两条信号线。
    MII标准接口用于连快Fast Ethernet MAC-block与PHY。"介质无关"表明在不对MAC硬件重新设计或替换的情况下，任何类型的PHY设备都可以正 常工作。在其他速率下工作的与 MII等效的接口有：AUI（10M　以太网）、GMII（Gigabit　以太网）和XAUI（10-Gigabit　以太网）。
MII总线
    在IEEE802.3中规定的MII总线是一种用于将不同类型的PHY与相同网络控制器（MAC）相连接的通用总线。网络控制器可以用同样的硬件接口与任何PHY进行连接。
MII相关接口介绍
    以太网媒体接口有：MII RMII SMII GMII
    所有的这些接口都从MII而来，MII是(Medium Independent Interface）的意思，是指不用考虑媒体是铜轴、光纤、电缆等，因为这些媒体处理的相关工作都有PHY或者叫做MAC的芯片完成。
    MII支持10兆和100兆的操作，一个接口由14根线组成，它的支持还是比较灵活的，但是有一个缺点是因为它一个端口用的信号线太多，如果一个8端口的 交换机要用到112根线，16端口就要用到224根线，到32端口的话就要用到448根线，一般按照这个接口做交换机，是不太现实的，所以现代的交换机的 制作都会用到其它的一些从MII简化出来的标准，比如RMII、SMII、GMII等。
    RMII是简化的MII接口，在数据的收发上它比MII接口少了一倍的信号线，所以它一般要求是50兆的总线时钟。RMII一般用在多端口的交换机，它不是每个端口安排收、发两个时钟，而是所有的数据端口公用一个时钟用于所有端口的收发，这里就节省了不少的端口数目。RMII的一个端口要求7个数据线，比 MII少了一倍，所以交换机能够接入多一倍数据的端口。和MII一样，RMII支持10兆和100兆的总线接口速度。
    SMII是由思科提出的一种媒体接口，它有比RMII更少的信号线数目，S表示串行的意思。因为它只用一根信号线传送发送数据，一根信号线传输接受数据， 所以在时钟上为了满足100的需求，它的时钟频率很高，达到了125兆，为什么用125兆，是因为数据线里面会传送一些控制信息。SMII一个端口仅用4 根信号线完成100信号的传输，比起RMII差不多又少了一倍的信号线。SMII在工业界的支持力度是很高的。同理，所有端口的数据收发都公用同一个外部 的125M时钟。
    GMII是千兆网的MII接口，这个也有相应的RGMII接口，表示简化了的GMII接口。
MII工作原理
    “媒体独立”表明在不对MAC硬件重新设计或替换的情况下，任何类型的PHY设备都可以正常工作。包括分别用于发送器和接收器的两条独立信道。每条信道都有自己的数据、时钟和控制信号。
    MII数据接口总共需要16个信号，包括TX_ER，TXD，TX_EN，TX_CLK，COL，RXD，RX_EX，RX_CLK，CRS，RX_DV等。
    MII以4位半字节方式传送数据双向传输，时钟速率25MHz。其工作速率可达100Mb/s。
    MII管理接口是个双信号接口，一个是时钟信号，另一个是数据信号。
通过管理接口，上层能监视和控制PHY，其管理是使用SMI（Serial Management Interface）总线通过读写PHY的寄存器来完成的。
    PHY里面的部分寄存器是IEEE定义的，这样PHY把自己的目前的状态反映到寄存器里面，MAC通过SMI总线不断的读取PHY的状态寄存器以得知目前PHY的状态，例如连接速度，双工的能力等。
    当然也可以通过SMI设置PHY的寄存器达到控制的目的，例如流控的打开关闭，自协商模式还是强制模式等。
    不论是物理连接的MII总线和SMI总线还是PHY的状态寄存器和控制寄存器都是有IEEE的规范的，因此不同公司的MAC和PHY一样可以协调工作。当然为了配合不同公司的PHY的自己特有的一些功能，驱动需要做相应的修改。
    PHY是物理接口收发器，它实现物理层。包括MII/GMII（介质独立接口）子层、PCS（物理编码子层）、PMA（物理介质附加）子层、PMD（物理介质相关）子层、MDI子层。100BaseTX采用4B/5B编码。                                  
    PHY在发送数据的时候，收到MAC过来的数据（对PHY来说，没有帧的概念，对它来说，都是数据而不管什么地址，数据还是CRC），每4bit就增加 1bit的检错码，然后把并行数据转化为串行流数据，再按照物理层的编码规则把数据编码，再变为模拟信号把数据送出去。收数据时的流程反之。
    PHY还有个重要的功能就是实现CSMA/CD的部分功能。
    它可以检测到网络上是否有数据在传送，如果有数据在传送中就等待，一旦检测到网络空闲，再等待一个随机时间后将送数据出去。如果两个碰巧同时送出了数据， 那样必将造成冲突，这时候，冲突检测机构可以检测到冲突，然后各等待一个随机的时间重新发送数据。这个随机时间很有讲究的，并不是一个常数，在不同的时刻 计算出来的随机时间都是不同的，而且有多重算法来应付出现概率很低的同两台主机之间的第二次冲突。
    通信速率通过双方协商，协商的结果是两个设备中能同时支持的最大速度和最好的双工模式，这个技术被称为Auto Negotiation或者NWAY。
    隔离变压器把PHY送出来的差分信号用差模耦合的线圈耦合滤波以增强信号，并且通过电磁场的转换耦合到连接网线的另外一端。
    RJ-45中1、2是传送数据的，3、6是接收数据的。
    新的PHY支持AUTO MDI-X功能，也需要隔离变压器支持，它可以实现RJ-45接口的1、2上的传送信号线和3、6上的接收信号线的功能自动互相交换。
GMII简介
    GMII (Gigabit MII)
    GMII采用8位接口数据，工作时钟125MHz，因此传输速率可达1000Mbps。同时兼容MII所规定的10/100 Mbps工作方式。
    GMII接口数据结构符合IEEE以太网标准。该接口定义见IEEE 802.3-2000。
    发送器：
    ◇ GTXCLK——吉比特TX..信号的时钟信号（125MHz）
    ◇ TXCLK——10/100M信号时钟
    ◇ TXD[7..0]——被发送数据
    ◇ TXEN——发送器使能信号
    ◇ TXER——发送器错误（用于破坏一个数据包）
    注：在千兆速率下，向PHY提供GTXCLK信号，TXD、TXEN、TXER信号与此时钟信号同步。否则，在10/100M速率下，PHY提供 TXCLK时钟信号，其它信号与此信号同步。其工作频率为25MHz（100M网络）或2.5MHz（10M网络）。
   接收器：
    ◇ RXCLK——接收时钟信号（从收到的数据中提取，因此与GTXCLK无关联）
    ◇ RXD[7..0]——接收数据
    ◇ RXDV——接收数据有效指示
    ◇ RXER——接收数据出错指示
    ◇ COL——冲突检测（仅用于半双工状态）
    管理配置
    ◇ MDC——配置接口时钟
    ◇ MDIO——配置接口I/O
    管理配置接口控制PHY的特性。该接口有32个寄存器地址，每个地址16位。其中前16个已经在“IEEE 802.3,2000-22.2.4 Management Functions”中规定了用途，其余的则由各器件自己指定。
2：AR9300 PHY 芯片