以太网PHY和MAC

1、问：如何实现单片以太网微控制器？答：诀窍是将微控制器、以太网媒体接入控制器(MAC)和物理接口收发器(PHY)整合进同一芯片，这样能去掉许多外接元器件。这种方案可使MAC和PHY实现很好的匹配，同时还可减小引脚数、缩小芯片面积。单片以太网微控制器还降低了功耗，特别是在采用掉电模式的情况下。问：以太网MAC是什么？答：MAC就是媒体接入控制器。以太网MAC由IEEE-802.3以太网标准定义。它实现了一个数据链路层。最新的MAC同时支持10Mbps和100Mbps两种速率。通常情况下，它实现MII接口。问：什么是MII？答：MII即媒体独立接口，它是IEEE-802.3定义的以太网行业标准。它包

2、括一个数据接口，以及一个MAC和PHY之间的管理接口(图1)。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。问：以太网PHY是什么？答：PHY是物理接口收发器，它实现物理层。IEEE-802.3标准定义了以太网PHY。它符合IEEE-802.3k中用于10BaseT(第14条)和100BaseTX(第24条和第25条)的规范。问：造成以太网MAC和PHY单片整合难度高的原因是什么？答：PHY整合了大量模拟硬件，而MAC是典

3、型的全数字器件。芯片面积及模拟/数字混合架构是为什么先将MAC集成进微控制器而将PHY留在片外的原因。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。问： 除RJ-45接口外，还需要其它元件吗？答：需要其它元件。虽然PHY提供绝大多数模拟支持，但在一个典型实现中，仍需外接6、7只分立元件及一个局域网绝缘模块。绝缘模块一般采用一个1：1的变压器。这些部件的主要功能是为了保护PHY免遭由于电气失误而引起的损坏。问：10BaseT和100BaseTX PHY实现方式不同的原因何在？答：两种实现的分组描述本质上是一样的，但两者的信令机制完全不同。其目的是阻止一种硬件实现容易地处理两种

4、速度。10BaseT采用曼彻斯特编码，100BaseTX采用4B/5B编码。问：什么是曼彻斯特编码？答：曼彻斯特编码又称曼彻斯特相位编码，它通过相位变化来实现每个位(图2)。通常，用一个时钟周期中部的上升沿表示“1”，下降沿表示“0”。周期末端的相位变化可忽略不计，但有时又可能需要将这种相位变化计算在内，这取决于前一位的值。问：什么是4B/5B编码？答：4B/5B编码是一种块编码方式。它将一个4位的块编码成一个5位的块。这就使5位块内永远至少包含2个“1”转换，所以在一个5位块内总能进行时钟同步。该方法需要25%的额外开销。作者：William Wong，嵌入式/系统/软件编辑，Electro

5、nic Design网卡的MAC和PHY网卡工作在osi的最后两层，物理层和数据链路层，物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等，并向数据链路层设备提供标准接口。物理层的芯片称之为PHY。数据链路层则提供寻址机构、数据帧的构建、数据差错检查、传送控制、向网络层提供标准的数据接口等功能。以太网卡中数据链路层的芯片称之为MAC控制器。很多网卡的这两个部分是做到一起的。他们之间的关系是pci总线接mac总线，mac接phy，phy接网线（当然也不是直接接上的，还有一个变压装置）。 PHY和MAC之间是如何传送数据和相互沟通的。通过IEEE定义的标准的MII/

6、GigaMII(Media Independed Interfade，介质独立界面)界面连接MAC和PHY。这个界面是IEEE定义的。MII界面传递了网络的所有数据和数据的控制。ETHERNET的接口实质是MAC通过MII总线控制PHY的过程。RMII(Reduced Media Independant Interface)简化媒体独立接口是标准的以太网接口之一，比MII有更少的I/O传输。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。关于RMII口和MII口的问题

7、: RMII口是用两根线来传输数据的；MII口是用4根线来传输数据的。MII/RMII只是一种接口，对于10M线速,MII的速率是2.5M，RMII则是5M；对于100M线速，MII的速率是25M，RMII则是50M。MII/RMII用于传输以太网包，在MII/RMII接口是4/2bit的，在以太网的PHY里需要做串并转换、编解码等才能在双绞线和光纤上进行传输，其帧格式遵循IEEE 802.3(10M)/IEEE 802.3u(100M)/IEEE 802.1q(VLAN)。网络变压器在以太网中的作用编辑在以太网设备中，通过PHY接RJ45时，中间都会加一个网络变压器。有的变压器中心抽头接到地

8、。而且接电源时，电源值又可以不一样，3.3V，2.5V，1.8V都有。这个变压器的作用分析如下：1、中间抽头为什么有些接电源？有些接地？这个主要是与使用的PHY芯片UTP口驱动类型决定的，这种驱动类型有两种，电压驱动和电流驱动。电压驱动的需要接电源；电流驱动的就直接接个电容到地即可！所以对于不同的芯片，中心抽头的接法，与PHY是有密切关系的，具体还要参看芯片的datasheet和参考设计了。2、为什么接电源时，又接不同的电压呢？这个也是所使用的PHY芯片资料里规定的UTP端口电平决定的。决定的什么电平，就得接相应的电压了。即如果是2.5v的就上拉到2.5v，如果是3.3v的就上拉到3.3v。这

9、个变压器到底是什么作用呢，可不可以不接呢。从理论上来说，是可以不需要接变压器，直接接到RJ45上，也是能正常工作的。但是呢，传输距离就很受限制，而且当接到不同电平网口时，也会有影响。而且外部对芯片的干扰也很大。当接了网络变压器后，它主要用于信号电平耦合。其一，可以增强信号，使其传输距离更远；其二，使芯片端与外部隔离，抗干扰能力大大增强，而且对芯片增加了很大的保护作用（如雷击）；其三，当接到不同电平（如有的PHY芯片是2.5V，有的PHY芯片是3.3V）的网口时，不会对彼此设备造成影响。RJ45接口通常用于数据传输，最常见的应用为网卡接口。RJ45是各种不同接头的一种类型（例如：RJ11也是接头

10、的一种类型，不过它是电话上用的）；RJ45头根据线的排序不同分为两种，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。0/100 Base 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R

11、J45接口连接通信时，必须使用交叉线连接。这个可以从如下的RJ45 DTE类型引脚定义和RJ45 DCE类型引脚定义来说明：RJ45接口DTE类型引脚定义RJ45接口DCE类型引脚定义UTP Unshielded Twisted Paired非屏蔽双绞线计算机局域网中的双绞线可分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP)两大类：STP外面由一层金属材料包裹，以减小辐射，防止信息被窃听，同时具有较高的数据传输速率，但价格较高，安装也比较复杂;UTP无金属屏蔽材料，只有一层绝缘胶皮包裹，价格相对便宜，组网灵活。除某些特殊场合(如受电磁辐射严重、对传输质量要求较高等)在布线中使用STP外，一般情况下我们都采用UTP。现在使用的UTP可分为3类、4类、五类和超五类四种。其中：3类UTP适应了以太网(10Mbps)对传输介质的要求，是早期网络中重要的传输介质;4类UTP因标准的推出比3类晚，而传输性能与3类UTP相比并没有提高多少，所以一般较少使用;五类UTP因价廉质优而成为快速以太网(100Mbps)的首选介质;超五类UTP的用武之地是千兆位以太网(1000Mbps)标准五类线缆中应该有4对线双绞线电缆的外面包皮上应该印有像“AMP SYSTEMS CABLE24AWGCAT5”的字样，表示该双绞线是AMP公司(最具声誉的双