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MAC与PHY是什么关系？

2235 Mac

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 什么是MAC和PHY？ MAC与PHY是什么关系？什么是MII/RMII/GMII/RGMII？ 1
2021-9-27 07:46:54　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × elecfans 该类别下有 7 个回答。邀请回答 heks 该类别下有 7 个回答。邀请回答 dsgfa 该类别下有 6 个回答。邀请回答细水爱长流该类别下有 6 个回答。邀请回答深海零下一度1 该类别下有 6 个回答。邀请回答 mingodong 该类别下有 6 个回答。邀请回答 h1654155199.5148 该类别下有 6 个回答。邀请回答 ZQW发烧友该类别下有 6 个回答。邀请回答安立路该类别下有 6 个回答。邀请回答国名英雄XXX 该类别下有 6 个回答。邀请回答飞雪9366 该类别下有 6 个回答。邀请回答冰箱洗衣机该类别下有 6 个回答。邀请回答 chm5 该类别下有 6 个回答。邀请回答 lifei639156 该类别下有 6 个回答。邀请回答 szj0213 该类别下有 6 个回答。邀请回答 60user103 该类别下有 6 个回答。邀请回答 w97669665 该类别下有 5 个回答。邀请回答 riverdj 该类别下有 5 个回答。邀请回答 hisysteeoke 该类别下有 5 个回答。邀请回答 hzp_bbs1 该类别下有 5 个回答。邀请回答举报李维嘉相关推荐 • 网卡的MAC和PHY之间的关系是什么？ 382 • 以太网芯片MAC和PHY有何关系 2218 • 以太网MAC芯片与PHY芯片的关系是什么 2280 • MAC和PHY两者的区别和联系是什么？ 305 • 有关MAC、PHY和MII的介绍 1165 • PHY芯片 /MAC+PHY芯片选型 14269 • 造成以太网MAC和PHY单片整合难度高的原因是什么? 1909 • DSPIC与DSP什么关系？ 319 • dm365 linux mac phy问题 2180 • MAC和内部PHY之间的MDIO连接疑问 5263 1个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 1. 以太网MAC和PHY 1.1 MAC介绍 MAC(Media Access Control) 即媒体访问控制层协议。MAC由硬件控制器及MAC通信协议构成。该协议位于OSI七层协议中数据链路层的下半部分，主要负责控制与连接物理层的物理介质。MAC硬件框图如下图所示：在发送数据的时候，MAC协议可以事先判断是否可以发送数据，如果可以发送将给数据加上一些控制信息，最终将数据以及控制信息以规定的格式发送到物理层；在接收数据的时候，MAC协议首先判断输入的信息并是否发生传输错误，如果没有错误，则去掉控制信息发送至LLC(逻辑链路控制)层。该层协议是以太网MAC由IEEE-802. 3以太网标准定义。一般以太网MAC芯片的一端连接PCI总线，另一端连接PHY芯片上通过MII接口连接。 1.2 PHY介绍 PHY（Physical Layer）是IEEE802.3中定义的一个标准模块，STA（Station Management Entity，管理实体，一般为MAC或CPU）通过MIIM（MII Manage Interface）对PHY的行为、状态进行管理和控制，而具体管理和控制动作是通过读写PHY内部的寄存器实现的。PHY的基本结构如下图： 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）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 1.3 MAC与PHY关系从硬件的角度看，以太网接口电路主要由MAC（Media Access Control）控制器和物理层接口PHY（Physical Layer，PHY）两大部分构成。如下图所示但是，在实际的设计中，以上三部分并不一定独立分开的。由于，PHY整合了大量模拟硬件，而MAC是典型的全数字器件。考虑到芯片面积及模拟/数字混合架构的原因，通常，将MAC集成进微控制器而将PHY留在片外。更灵活、密度更高的芯片技术已经可以实现MAC和PHY的单芯片整合。可分为下列几种类型: CPU集成MAC与PHY。目前来说并不多见 CPU集成MAC，PHY采用独立芯片。比较常见 MAC及PHY工作在OSI七层模型的数据链路层和物理层。具体如下 2. MII/RMII/GMII/RGMII基本介绍 2.1 MII MII（Media Independent interface）即介质无关接口，它是IEEE-802.3定义的行业标准，是MAC与PHY之间的接口。MII数据接口包含16个信号和2个管理接口信号，如下图所示：信号定义如下： MAC 通过MII 接口读取PHY 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。也可以通过 MII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。 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。当时钟频率为2.5MHz时，对应速率为10Mb/s。 MII接口虽然很灵活但由于信号线太多限制多接口网口的发展，后续又衍生出RMII，SMII等。 2.2 RMII RMII(Reduced Media Independant Interface),精简MII接口，节省了一半的数据线。RMII收发使用2位数据进行传输，收发时钟均采用50MHz时钟源。信号定义如下：其中CRS_DV是MII中RX_DV和CRS两个信号的合并，当物理层接收到载波信号后CRS_DV变得有效，将数据发送给RXD。当载波信号消失后，CRS_DV会变为无效。在100M以太网速率中，MAC层每个时钟采样一次RXD[1:0]上的数据，在10M以太网速率中，MAC层每10个时钟采样一次RXD[1:0]上的数据，此时物理层接收的每个数据会在RXD[1:0]保留10个时钟。 2.3 SMII SMII（Serial Media Independant Interface）,串行MII接口。它包括TXD,RXD,SYNC三个信号线，共用一个时钟信号，此时钟信号是125MHz,信号线与此时钟同步。信号定义如下： SYNC是数据收发的同步信号，每10个时钟同步置高一次电平，表示同步。TXD和RXD上的数据和控制信息，以10bit为一组。发送部分波形如下：从波形可以看出，SYNC变高后的10个时钟周期内，TXD依次输出一组10bit的数据即TX_ER,TX_EN,TXD[0:7]，这些控制信息和MII接口含义相同。在100M速率中，每一组的内容都是变换的，在10M速率中，每一组数据需要重复10次，采样任一一组都可以 2.4 GMII GMII（Gigabit Media Independant Interface），千兆MII接口。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。信号定义如下： 2.5 RGMII RGMII(Reduced Gigabit Media Independant Interface),精简GMII接口。相对于GMII相比，RGMII具有如下特征：发送/接收数据线由8条改为4条 TX_ER和TX_EN复用，通过TX_CTL传送 RX_ER与RX_DV复用，通过RX_CTL传送 1 Gbit/s速率下，时钟频率为125MHz 100 Mbit/s速率下，时钟频率为25MHz 10 Mbit/s速率下，时钟频率为2.5MHz 虽然RGMII信号线减半，但TXC/RXC时钟仍为125Mhz，为了达到1000Mbit的传输速率，TXD/RXD信号线在时钟上升沿发送接收GMII接口中的TXD[3:0]/RXD[3:0]，在时钟下降沿发送接收TXD[7:4]/RXD[7:4],并且信号TX_CTL反应了TX_EN和TX_ER状态，即在TXC上升沿发送TX_EN,下降沿发送TX_ER，同样的道理试用于RX_CTL，下图为发送接收的时序： 3. 以太网接口类型 3.1 以太网物理层标准 3.2 光口光口是光纤接口的简称目前以太网光模块封装有 GBIC 、 SFF 、 SFP ，公司目前推荐使用的是 GBIC 和 SFP 两种可热插拔的光模块，有 850nm 、 1310nm 、 1550nm 波长。光纤有单模、多模之分，区别在于： 1）单模光纤芯径小（10m m左右），仅允许一个模式传输，色散小，工作在长波长（1310nm和1550nm），与光器件的耦合相对困难。 2）多模光纤芯径大（62.5m m或50m m），允许上百个模式传输，色散大，工作在850nm或1310nm。与光器件的耦合相对容易。光模块 GBIC(Gigabit Interface Converter的缩写)，是将千兆位电信号转换为光信号的接口器件。GBIC设计上可以为热插拔使用。GBIC是一种符合国际标准的可互换产品。采用GBIC接口设计的千兆位交换机由于互换灵活，在市场上占有较大的市场份额。 SFP （Small Form-factor Pluggable）可以简单的理解为GBIC的升级版本。 3.3 电口电口是相对光口来讲的，主要指铜缆，是处理的电信号。目前使用普遍的网络接口有百兆电口和千兆电口等。 RJ45接口通常用于数据传输，最常见的应用为网卡接口。RJ45头根据线的排序不同的法有两种，一种是橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕;另一种是绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕;因此使用RJ45接头的线也有两种即：直通线、交叉线。 RJ45型网卡接口: 10 100base tx RJ45接口是常用的以太网接口，支持10兆和100兆自适应的网络连接速度，常见的RJ45接口有两类：用于以太网网卡、路由器以太网接口等的DTE类型，还有用于交换机等的DCE类型。 DTE我们可以称做"数据终端设备”，DCE我们可以称做“数据通信设备”。从某种意义来说，DTE设备称为“主动通信设备”，DCE设备称为“被动通信设备”。当两个类型一样的设备使用RJ45接口连接通信时，必须使用交叉线连接。 RJ45 型网线插头又称水晶头，共有八芯做成，广泛应用于局域网和 ADSL 宽带上网用户的网络设备间网线(称作五类线或双绞线)的连接。 RJ-45 插座可以分为屏蔽式和非屏蔽式、直插式和侧插式、带 LED 灯和不带 LED 灯，有单端口、两端口、单排四端口、单排 6 端口、单排 8 端口、双排 8 端口、双排 12 端口、双排 16 端口等，有 8PIN、 6PIN 和 4PIN 。图 3 所示是常用的屏蔽式、侧插、带 LED 指示灯、单排四端口的 RJ-45 插座。其中 LED 指示灯是绿色和黄色，可以分别表示 LINK （链路完整）和 ACT （有收发活动）等。 3.4 100M 接口 3.5 1000M 接口定义千兆PHY通过网络变压器连接到RJ45接口，一共有4对差分线MDI[0…3]+/-。一般的接法是： MDI[0]+ : RJ45[1] MDI[0]- : RJ45[2] MDI[1]+ : RJ45[3] MDI[1]- : RJ45[6] MDI[2]+ : RJ45[4] MDI[2]- : RJ45[5] MDI[3]+ : RJ45[7] MDI[3]- : RJ45[8] RJ45[1…8]连接器的线序与水晶头的压接顺序一致。 4. 以太网接口电路PCB设计从硬件的角度看，以太网接口电路主要由MAC(Media Access Controlleroler)控制和物理层接口(Physical Layer，PHY)两大部分构成。大部分处理器内部包含了以太网MAC控制，但并不提供物理层接口，故需外接一片物理芯片以提供以太网的接入通道。下图是以太网的典型应用。我们的PCB设计基本是按照这个框图来布局布线，下面我们就以这个框图详解以太网有关的布局布线要点。 4.1 布局布线注意事项下图是网口变压器没有集成在网口连接器里的参考电路PCB布局、布线图。 a) RJ45和变压器之间的距离尽可能的短，晶振远离接口、PCB边缘和其他的高频设备、走线或磁性元件周围，PHY层芯片和变压器之间的距离尽可能短，但有时为了顾全整体布局，这一点可能比较难满足，但他们之间的距离最大约10~12cm，器件布局的原则是通常按照信号流向放置，切不可绕来绕去; b) PHY层芯片的电源滤波按照芯片要求设计，通常每个电源端都需放置一个退耦电容，他们可以为信号提供一个低阻抗通路，减小电源和地平面间的谐振，为了让电容起到去耦和旁路的作用，故要保证退耦和旁路电容由电容、走线、过孔、焊盘组成的环路面积尽量小，保证引线电感尽量小; c) 网口变压器PHY层芯片侧中心抽头对地的滤波电容要尽量靠近变压器管脚，保证引线最短，分布电感最小; d) 网口变压器接口侧的共模电阻和高压电容靠近中心抽头放置，走线短而粗(≥15mil); e) 变压器的两边需要割地：即RJ45连接座和变压器的次级线圈用单独的隔离地，隔离区域100mil以上，且在这个隔离区域下没有电源和地层存在。这样做分割处理，就是为了达到初、次级的隔离，控制源端的干扰通过参考平面耦合到次级; f) 指示灯的电源线和驱动信号线相邻走线，尽量减小环路面积。指示灯和差分线要进行必要的隔离，两者要保证足够的距离，如有空间可用GND隔开; g) 用于连接GND和PGND的电阻及电容需放置地分割区域。以太网的信号线是以差分对(Rx±、Tx±)的形式存在，差分线具有很强共模抑制能力，抗干扰能力强，但是如果布线不当，将会带来严重的信号完整性问题。下面我们来一一介绍差分线的处理要点： a) 优先绘制Rx±、Tx±差分对，尽量保持差分对平行、等长、短距，避免过孔、交叉。由于管脚分布、过孔、以及走线空间等因素存在使得差分线长易不匹配，时序会发生偏移，还会引入共模干扰，降低信号质量。所以，相应的要对差分对不匹配的情况作出补偿，使其线长匹配，长度差通常控制在5mil以内，补偿原则是哪里出现长度差补偿哪里; b) 当速度要求高时需对Rx±、Tx±差分对进行阻抗控制，通常阻抗控制在100Ω±10%; c) 差分信号终端电阻(49.9Ω，有的PHY层芯片可能没有)必须靠近PHY层芯片的Rx±、Tx±管脚放置，这样能更好的消除通信电缆中的信号反射; d) 差分线对上的滤波电容必须对称放置，否则差模可能转成共模，带来共模噪声，且其走线时不能有stub ，这样才能对高频噪声有良好的抑制能力。变压器集成在连接器的以太网电路的PCB布局、布线较不集成的相对简单很多，下图 3是采用一体化连接器的网口电路的PCB布局、布线参考图：从上图可以看出，图 3和图 1的不同之处在于少了网口变压器，其它大体相同。不同之处主要体现在网口变压器已集成至连接器里，所以地平面无需进行分割处理，但我们依然需要将一体化连机器的外壳连接到连续的地平面上。（或者划分接口地，外壳连接到接口地） 5. 常用以太网PHY芯片选型

2021-9-27 15:28:35 评论举报李作健