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20200404-學習筆記-以太網接口

1、以太網接口

以太網媒體接口有:MII RMII SMII GMII RGMII

所有的這些接口都從MII而來,MII是(Medium Independent Interface)的意思,是指不用考慮媒體是銅軸、光纖、電纜等,因為這些媒體處理的相關工作都有PHY或者叫做MAC的晶片完成。

MII支援10M和100M的操作,一個接口由14根線組成,它的支援還是比較靈活的,但是有一個缺點是因為它一個端口用的信号線太多,如果一個8端口的交換機要用到112根線,16端口就要用到224根線,到32端口的話就要用到448根線,一般按照這個接口做交換機,是不太現實的,是以現代的交換機的制作都會用到其它的一些從MII簡化出來的标準,比如RMII、SMII、GMII等。

RMII是簡化的MII接口,在資料的收發上它比MII接口少了一倍的信号線,是以它一般要求是50M的總線時鐘。RMII一般用在多端口的交換機,它不是每個端口安排收、發兩個時鐘,而是所有的資料端口共用一個時鐘用于所有端口的收發,這裡就節省了不少的端口數目。RMII的一個端口要求7個資料線,比MII少了一倍,是以交換機能夠接入多一倍資料的端口。和MII一樣,RMII支援10M和100M的總線接口速度。

SMII是由思科提出的一種媒體接口,它有比RMII更少的信号線數目,S表示串行的意思。因為它隻用一根信号線傳送發送資料,一根信号線傳輸接受資料,是以在時鐘上為了滿足100的需求,它的時鐘頻率很高,達到了125M,為什麼用125M,是因為資料線裡面會傳送一些控制資訊。SMII一個端口僅用4根信号線完成100信号的傳輸,比起RMII差不多又少了一倍的信号線。SMII在工業界的支援力度是很高的。同理,所有端口的資料收發都共用同一個外部的125M時鐘。

GMII是千兆網的MII接口,這個也有相應的RGMII接口,表示簡化了的GMII接口。

下表對上述以太網接口進行了簡單對比:

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2、MII

MII(Media Independent interface)即媒體無關接口,它是IEEE-802.3定義的行業标準,是MAC與PHY之間的接口。“媒體無關”表明在不對MAC硬體重新設計或替換的情況下,任何類型的PHY裝置都可以正常工作。包括分别用于發送器和接收器的兩條獨立信道。每條信道都有自己的資料、時鐘和控制信号。

MII資料接口包含16個信号和2個管理接口信号,如下圖所示:

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信号定義如下:

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MAC 通過MIIM 接口讀取PHY 狀态寄存器以得知目前PHY 的狀态。例如連接配接速度、雙工的能力等。也可以通過 MIIM設定PHY的寄存器達到控制的目的。例如流控的打開關閉、自協商模式還是強制模式等。MII以4位半位元組方式傳送資料雙向傳輸,時鐘速率25MHz。其工作速率可達100Mb/s。當時鐘頻率為2.5MHz時,對應速率為10Mb/s。

COL沖突監測隻用于半雙工狀态下,全雙工狀态下無效。

3、RMII

RMII(Reduced Media Independant Interface),精簡MII接口,節省了一半的資料線。RMII收發使用2位資料進行傳輸,收發時鐘均采用50MHz時鐘源。信号定義如下:

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其中CRS_DV是MII中RX_DV和CRS兩個信号的合并,當實體層接收到載波信号後CRS_DV變得有效,将資料發送給RXD。當載波信号消失後,CRS_DV會變為無效。在100M以太網速率中,MAC層每個時鐘采樣一次RXD[1:0]上的資料,在10M以太網速率中,MAC層每10個時鐘采樣一次RXD[1:0]上的資料,此時實體層接收的每個資料會在RXD[1:0]保留10個時鐘。

4、SMII

SMII(Serial Media Independant Interface),串行MII接口。它包括TXD,RXD,SYNC三個信号線,共用一個時鐘信号,此時鐘信号是125MHz,信号線與此時鐘同步。信号定義如下:

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SYNC是資料收發的同步信号,每10個時鐘同步置高一次電平,表示同步。TXD和RXD上的資料和控制資訊,以10bit為一組。發送部分波形如下:

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從波形可以看出,SYNC變高後的10個時鐘周期内,TXD依次輸出一組10bit的資料即TX_ER,TX_EN,TXD[0:7],這些控制資訊和MII接口含義相同。在100M速率中,每一組的内容都是變換的,在10M速率中,每一組資料需要重複10次,采樣任意一組都可以。

5、GMII

GMII(Gigabit Media Independant Interface),千兆MII接口。GMII采用8位接口資料,工作時鐘125MHz,是以傳輸速率可達1000Mbps。同時相容MII所規定的10/100 Mbps工作方式。GMII接口資料結構符合IEEE以太網标準,該接口定義見IEEE 802.3-2000。信号定義如下:

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注:在千兆速率下,向PHY提供GTXCLK信号,TXD、TXEN、TXER信号與此時鐘信号同步。否則,在10/100M速率下,PHY提供 TXCLK時鐘信号,其它信号與此信号同步。其工作頻率為25MHz(100M網絡)或2.5MHz(10M網絡)。

6、RGMII

RGMII(Reduced Gigabit Media Independant Interface),精簡GMII接口。相對于GMII相比,RGMII具有如下特征:

發送/接收資料線由8條改為4條

TX_ER和TX_EN複用,通過TX_CTL傳送

RX_ER與RX_DV複用,通過RX_CTL傳送

1000Mbit/s速率下,時鐘頻率為125MHz

100 Mbit/s速率下,時鐘頻率為25MHz

10 Mbit/s速率下,時鐘頻率為2.5MHz

信号定義如下:

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雖然RGMII信号線減半,但TXC/RXC時鐘仍為125Mhz,為了達到1000Mbit的傳輸速率,TXD/RXD信号線在時鐘上升沿發送接收GMII接口中的TXD[3:0]/RXD[3:0],在時鐘下降沿發送接收TXD[7:4]/RXD[7:4],并且信号TX_CTL反應了TX_EN和TX_ER狀态,即在TXC上升沿發送TX_EN,下降沿發送TX_ER,同樣的道理試用于RX_CTL,下圖為發送接收的時序:

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參考:

MII、RMII、GMII接口的詳細介紹

以太網詳解(一)-MAC/PHY/MII/RMII/GMII/RGMII基本介紹

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