以太网设计FAQ：以太网MAC和PHY.PDF

以太网设计FAQ：以太网MAC 和PHY 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。必威体育精装版的MA C 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10B aseT(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 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，《Electronic Design》 有关MAC、PHY 和MII 以太网 （Ethernet）是一种计算机局域网组网技术，基于IEEE 制定的IEEE 802.3 标准，它规定了包括物理层的连 线、电信号和介质访问层协议的内容。以太网是当前应用最普遍的局域网技术。它很大程度上取代了其他局域网标准， 如令牌环、FDDI 和ARCNET 。历经100M 以太网在上世纪末的飞速发展后，目前千兆以太网甚至10G 以太网正在 国际组织和领导企业的推动下不断拓展应用范围。基于以太网的应用一定时期内是研究开发热点。 Ethernet 的接口实质是MAC 通过MII 总线控制PHY 的过程。 1. MAC MAC 是Media Access Control 的缩写，即媒体访问控制子层协议。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