以太網(wǎng)知識(shí)MII接口

1、以太網(wǎng)知識(shí)作者接口日期字體大小小中大本文主要分析MII/RMII/SMII,以及GMII/RGMII/SGMII接口的信號(hào)定義，及相關(guān)知識(shí)，同時(shí)本文也對(duì)RJ-45接口進(jìn)行了總結(jié)，分析了在10/100模式下和1000M模式下的設(shè)計(jì)方法。1.MII接口分析MII接口提供了MAC與PHY之間、PHY與STA(StationManagement)之間的互聯(lián)技術(shù)，該接口支持10Mb/s與100Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈粚挒?位。提到Mil，就有可能涉及到RS，PLS，STA等名詞術(shù)語(yǔ)，下面講一下他們之間對(duì)應(yīng)的關(guān)系。所謂RS即Reconciliationsublayer，它的主要功能主要是提供一

2、種Mil和MAC/PLS之間的信號(hào)映射機(jī)制。它們(RS與Mil)之間的關(guān)系如下圖：MACCONTROL(OPTIONALIMDI旺Rg實(shí)陰jqfrOSIREFERENCEMODELLAYERSLANCSMAiODLAYERSHIGHERLAYERSPCS=PHYSKALCOOINGSUBLAYERPHYGMII=GIGABITMEDIAIMDEPENDENTINTERFACE個(gè)U=MEDIUMATTACHkENTUNFThl二MEDIUMDEPENDENT很TERFACEMil=M更口IAINdEPENDENTINTIRFAC-EPHY弓PHYSICALLAYERDVECEPLSbPHYSIC

3、ALLATERSIGNALINGPMA=PHYSICALMEDIUMATTACHMENTPK1DPHYSICALMEDPUKlDEPEKDrJTMil弓MEDIUM100謡凸玄1GbisMAC-MEDIAACCESSCONTROLAPPLlOVTtONPRESENTATIONSESSIONTRANSPORTNCTVhORKMTAUNKPHYSICALfPMAPMDMEDIUM鄉(xiāng)圖1MII接口的ManagementInterface可同時(shí)控制多個(gè)PHY，802.3協(xié)議最多支持32個(gè)PHY，但有一定的限制：要符合協(xié)議要求的connector特性。所謂ManagementInterface，即MDC

4、信號(hào)和MDIO信號(hào)。前面已經(jīng)講過(guò)RS與PLS的關(guān)系，以及Mil接口連接的對(duì)象。它們是通過(guò)Mil接口進(jìn)行連接的，示意圖如下圖。由圖可知,Mil的ManagementInterface是與STA(StationManagement)相連的。Mil接口支持10Mb/s以及100Mb/s，且在兩種工作模式下所有的功能以及時(shí)序關(guān)系都是一致的，唯一不同的是時(shí)鐘的頻率問(wèn)題。802.3要求PHY不一定一定要支持這兩種速率，但一定要描述，通過(guò)ManagementInterface反饋給MAC。圖2下面將詳細(xì)介紹MH接口的信號(hào)定義，時(shí)序特性等。由于MII接口有MAC和PHY模式，因此，將會(huì)根據(jù)這兩種不同的模式進(jìn)行

5、分析，同時(shí)還會(huì)對(duì)RMII/SMII進(jìn)行介紹。1.1Mil接口信號(hào)定義MII接口可分為MAC模式和PHY模式，一般說(shuō)來(lái)MAC和PHY對(duì)接，但是MAC和MAC也是可以對(duì)接的。以前的10M的MAC層芯片和物理層芯片之間傳送數(shù)據(jù)是通過(guò)一根數(shù)據(jù)線來(lái)進(jìn)行的，其時(shí)鐘是10M，在100M中，如果也用一根數(shù)據(jù)線來(lái)傳送的話，時(shí)鐘需要100M，這會(huì)帶來(lái)一些問(wèn)題，所以定義了MII接口，它是用4根數(shù)據(jù)線來(lái)傳送數(shù)據(jù)的，這樣在傳送100M數(shù)據(jù)時(shí)，時(shí)鐘就會(huì)由100M降低為25M，而在傳送10M數(shù)據(jù)時(shí)，時(shí)鐘會(huì)降低到2.5M，這樣就實(shí)現(xiàn)了10M和100M的兼容。MII接口主要包括四個(gè)部分。一是從MAC層到物理層的發(fā)送數(shù)據(jù)接口，二

6、是從物理層到MAC層的接收數(shù)據(jù)接口，三是從物理層到MAC層的狀態(tài)指示信號(hào)，四是MAC層和物理層之間傳送控制和狀態(tài)信息的MDIO接口。MII接口的MAC模式定義：信號(hào)名稱數(shù)量DirectionDescriptionEelongToTXCLKT-：InputTr日rihlitloi：kTXD0:34IOutputTransmitDataMAC層至iT遼ER1OutputTransmi!CodingError物理層的發(fā)送T遼EM1：OutputTranjnitEnable數(shù)據(jù)接口魂GE嶺1InputReceiye.:ClockRXP0；;34InputReceiveData物理層到RX_ER1Inp

7、utReceiveErrorMAC層的接收RXDV1InputReceiveDataValid數(shù)據(jù)接口COL：1InputCollisionDetected物理層到MACCRS*1InputCarrierSense煖瑟顏旨示信號(hào)TotalbusWidth:16:MDC-：1OutputManagement-lockMAC和物理層MDIO1I/O,ManagementDataIM控制和聯(lián)窸信息表1|Mil接口PHY模式定義:信號(hào)名稱數(shù)量DirectionDescriptionBelongToT狂駆拎、utputTransmitlockTXD04：，；InputTransinitDataMAC層至

8、iTX_ER1：InputTransinitfadingError物理層的發(fā)送TX-EN1：InputTransmitEnable數(shù)據(jù)接口RyCLK1OutputRece;ClopkRXD0:34：OutputReceiveData物理層到磁1OutputReceiveErrorMAC層胸接痰RXDV1OutputReceiveData診lid數(shù)據(jù)接口(Sol；1OutputColiisionDetected物理層到MACCRS1OutputCarrier.Sense，零指示信號(hào)TotalbusWidth-16MD(；1InputManagementCloc-liMAC和物理層MDIO1*I/

9、OManagementDataIZO控制和狀態(tài)1信息1.2Mil接口時(shí)序特性在Mil接口中，TX通道參考時(shí)鐘是TX_CLK,RX通道參考時(shí)鐘是RX_CLK,802.3-2005定義了它們之間的關(guān)系。圖3TransmitsignaltimingrelationshipsattheMii由圖3可知，即Theclocktooutputdelayshallbeaminof0nsandamaxof25ns，參考時(shí)鐘沿是上升沿。很明顯，該Spec只對(duì)TX通道上MAC這一側(cè)的發(fā)送特性作了定義，而對(duì)TX通道PHY那一側(cè)的接收特性并沒(méi)有定義。ICVendor可在TX通道那一側(cè)的PHY的接收特性作適當(dāng)調(diào)整，只要最

10、終的時(shí)序滿足TX通道上MAC這一側(cè)的發(fā)送特性就可以。圖4ReceivesignaltimingrelationshipsattheMII由圖4可知,Theinputsetuptimeshallbeaminimumof10nsandtheinputholdtimeshallbeaminimumof10ns，參考時(shí)鐘沿是上升沿。很明顯，該Spec只對(duì)RX通道上MAC這一側(cè)的接收特性作了定義，而對(duì)RX通道PHY那一側(cè)的發(fā)送特性并沒(méi)有定義。ICVendor可在RX通道那一側(cè)的PHY的發(fā)送特性作適當(dāng)調(diào)整，只要最終的時(shí)序滿足RX通道上MAC這一側(cè)的接收特性就可以。1.3Mil信號(hào)功能特性1：TX_CLK(

11、transmitclock)，TX_CLK(TransmitClock)是一個(gè)連續(xù)的時(shí)鐘信號(hào)(即系統(tǒng)啟動(dòng)，該信號(hào)就一直存在)，它是TX_EN,TXD,andTX_ER(信號(hào)方向?yàn)閺腞S到PHY)的參考時(shí)鐘，TX_CLK由PHY驅(qū)動(dòng)TX_CLK的時(shí)鐘頻率是數(shù)據(jù)傳輸速率的25%，偏差+-100ppm。例如，100Mb/s模式下，TX_CLK時(shí)鐘頻率為25MHz，占空比在35%至65%之間。2：對(duì)于同樣的RX_CLK，它與TX_CLK具有相同的要求，所不同的是它是RX_DV,RXD,andRX_ER(信號(hào)方向是從PHY至【RS)的參考時(shí)鐘。RX_CLK同樣是由PHY驅(qū)動(dòng)，PHY可能從接收到的數(shù)據(jù)中提

12、取時(shí)鐘RX_CLK，也有可能從一個(gè)名義上的參考時(shí)鐘(e.g.,theTX_CLKreferenee)來(lái)驅(qū)動(dòng)RX_CLKv3：TXD(transmitdata)，TXD由RS驅(qū)動(dòng)，同步于TX_CLK，在TX_CLK的時(shí)鐘周期內(nèi)，并且TX_EN有效，TXD上的數(shù)據(jù)被PHY接收，否則TXD的數(shù)據(jù)對(duì)PHY沒(méi)有任何影響。TX3_TX-CH_Jj1UUUUuUUJUUU1JULfl荷囚恣小壯口xJ(IxXICOL卅1粘FiLi血22-4wiihno圖5v4：TX_ER(transmitcodingerror),TX_ER同步于TX_CLK，在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，如果TX_ER有效超過(guò)一個(gè)時(shí)鐘周期，并且此時(shí)TX

13、_EN是有效的，則數(shù)據(jù)通道中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是無(wú)效的，沒(méi)用的。注：當(dāng)TX_ER有效并不影響工作在10Mb/s的PHY或者TX_EN無(wú)效時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸。在Mil接口的連線中，如果TX_ER信號(hào)線沒(méi)有用到，必須將它下拉接地。TX.ERFigure22-5Prcpagalinanerror圖65：RX_DV(ReceiveDataValid)，RXD_DV同步于RX_CLK,被PHY驅(qū)動(dòng)，它的作用如同于發(fā)送通道中的TX_EN,不同的是在時(shí)序上稍有一點(diǎn)差別:為了讓數(shù)據(jù)能夠成功被RS接收，要求RXD_DV有效的時(shí)間必須覆蓋整個(gè)FRAME的過(guò)程，即startingnolaterthantheStartFrameD

14、elimiter(SFD)andexcludinganyEnd-of-Framedelimiter，如下圖7。ZZ7“hi?VyrrqFigure22-SRftGeptioinwithnoeirrors圖76：RXD(receivedata)，RXD由RS驅(qū)動(dòng)，同步于RX_CLK，在RX_CLK的時(shí)鐘周期內(nèi)，并且RX_DV有效，RXD上的數(shù)據(jù)被RS接收，否則RXD的數(shù)據(jù)對(duì)RS沒(méi)有任何影響。WhileRX_DVisde-asserted,thePHYmayprovideaFalseCarrierindicationbyassertingtheRX_ERsignalwhiledrivingthev

15、alueontoRXD。耿ajLrLrLrLrLrLrLrLrLTLrLrLrLrLrLrLrLrLrLriFigure22-flFalseCairlerindicailoiii圖8v7：RX_ER(receiveerror),RX_ER同步于RX_CLK,其在RX通道中的作用類似于TX_ER對(duì)于TX通道數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憽ＳimrwmnnmnnrwimoFigure22-7Receptionwitlierrors圖9：CRS(carriersense),CRS不需要同步于參考時(shí)鐘，只要通道存在發(fā)送或者接收過(guò)程，CRS就需要有效。ThebehavioroftheCRSsignalisunspec

16、ifiedwhentheduplexmodebit0.8inthecontrolregisterissettoalogicone(自動(dòng)協(xié)商禁止，人工設(shè)為全雙工模式)，orwhentheAuto-Negotiationprocessselectsafullduplexmodeofoperation，即半雙工模式信號(hào)有效，全雙工模式信號(hào)無(wú)效。：COL(collisiondetected)，COL不需要同步于參考時(shí)鐘。ThebehavioroftheCOLsignalisunspecifiedwhentheduplexmodebit0.8inthecontrolregisterissettoalog

17、icone(自動(dòng)協(xié)商禁止，人工設(shè)為全雙工模式)，orwhentheAuto-Negotiationprocessselectsafullduplexmodeofoperation。即半雙工模式信號(hào)有效，全雙工模式信號(hào)無(wú)效。_rLrLrLrLrLrLrLrLrLrLTLrLrLrLrLrLrLrLrLTX.EN/*j氐Fiigure22-一Transmissionwithcollision圖101.4Mil的管理MDIO接口MDIO接口包括兩根信號(hào)線：MDC和MDIO，通過(guò)它，MAC層芯片（或其它控制芯片）可以訪問(wèn)物理層芯片的寄存器（前面100M物理層芯片中介紹的寄存器組，但不僅限于100M物理

18、層芯片，10M物理層芯片也可以擁有這些寄存器），并通過(guò)這些寄存器來(lái)對(duì)物理層芯片進(jìn)行控制和管理。MDIO管理接口如下:MDC：管理接口的時(shí)鐘，它是一個(gè)非周期信號(hào)，信號(hào)的最小周期（實(shí)際是正電平時(shí)間和負(fù)電平時(shí)間之和）為400ns,最小正電平時(shí)間和負(fù)電平時(shí)間為160ns,最大的正負(fù)電平時(shí)間無(wú)限制。它與TX_CLK和RX_CLK無(wú)任何關(guān)系。MDIO是一根雙向的數(shù)據(jù)線。用來(lái)傳送MAC層的控制信息和物理層的狀態(tài)信息。MDIO數(shù)據(jù)與MDC時(shí)鐘同步，在MDC上升沿有效。MDIO管理接口的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如：lariaprmrHGfram#IKlSIIltYADlAIAIM1READ11ua1AAAAAURRRKZII

19、zkll.L001AA.4AARKRKKZ圖11MDIO管理接口的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)各域的含義如下：PRE:幀前綴域，為32個(gè)連續(xù)“1”比特，這幀前綴域不是必要的，某些物理層芯片的MDIO操作就沒(méi)有這個(gè)域。ST：幀開(kāi)始標(biāo)志，出現(xiàn)“01”比特表示幀設(shè)計(jì)開(kāi)始。OP:幀操作碼，比特“10”表示此幀為一讀操作幀，比特“01”表示此幀為一寫(xiě)操作幀。PHYAD:物理層芯片的地址，5個(gè)比特，每個(gè)芯片都把自己的地址與這5個(gè)比特進(jìn)行比較，若匹配則響應(yīng)后面的操作，若不匹配，則忽略掉后面的操作。REGAD:用來(lái)選擇物理層芯片的32個(gè)寄存器中的某個(gè)寄存器的地址。TA:狀態(tài)轉(zhuǎn)換域，若為讀操作，則第一比特時(shí)MDIO為高阻態(tài)，第二比特時(shí)由物理層芯片使MDIO置“0”。若為寫(xiě)操作，則MDIO仍由MAC層芯