关于传输控制协议、媒体访问控制和PHY芯片接口的学习笔记

TCP/IP协议在中文中称为传输控制协议/互联网互连协议,也称为网络通信协议,是互联网最基本的协议,是互联网的基础。它由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。TCP/IP定义了…

TCP/IP协议在中文中称为传输控制协议/互联网互连协议,也称为网络通信协议,是互联网最基本的协议,是互联网的基础。它由网络层的IP协议和传输层的TCP协议组成。TCP/IP定义了电子设备如何连接到互联网以及数据如何在它们之间传输的标准。协议采用四层分层结构,每一层调用其下一层提供的协议来满足自己的要求。一般来说,TCP负责发现传输问题,出现问题时发出信号,请求重传,直到所有数据安全正确地传输到目的地。IP为互联网上的每个联网设备指定一个地址。TCP/IP协议不是TCP和IP的统称,而是指整个互联网的TCP/IP协议家族。从协议分层模型来看,TCP/IP由四层组成:网络接口层、网络层、传输层和应用层。OSI(开放系统互连)是开放系统互连的参考模型,将TCP/IP划分为七层:物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

TCP/IP模型与OSI模型的比较如表1.1所示。

图1.1 OSI模型和TCP/IP模型的MAC和PHY芯片与GMII和RGMII的接口

以太网卡工作在OSI模型的最后两层,物理层和数据链路层。物理层定义了数据传输和接收所需的电气和光学信号、线路状态、时钟参考、数据编码和电路,并为数据链路层设备提供标准接口。物理层的芯片叫做PHY。此外,PHY还提供了与对面设备连接的重要功能,并通过LED灯显示当前的连接状态和工作状态。当我们将网卡连接到网线时,PHY发送的脉冲信号不断检测到另一端有设备。他们通过一套标准语言相互交流,相互协商确定连接速度、工作模式、是否使用流量控制等。通常,协商的结果是两个设备可以同时支持的最大速度和最佳双工模式。这种技术被称为自动协商,即自我协商。数据链路层提供寻址机制、数据帧构建、数据错误检查、传输控制、向网络层提供标准数据接口等功能。以太网卡中数据链路层的芯片称为MAC控制器。媒体访问控制控制器和PHY通过MII(媒体独立接口)连接。MII接口有多种类型,千兆以太网通过GMII(千兆媒体独立接口)或RGMII(精简千兆媒体独立接口)连接。

GMII接口提供8位数据通道,时钟速率为125兆赫兹,因此数据传输速率为1000兆位/秒。除了MDC和MDIO,还有24条接口信号线,如图1.2所示。GMII界面主要包括四个部分。第一个是从媒体访问控制层到物理层的数据接口,第二个是从物理层到媒体访问控制层的数据接口,第三个是从物理层到媒体访问控制层的状态指示信号,第四个是在媒体访问控制层和物理层之间传输控制和状态信息的MDIO接口。各部分的接口信号描述见图1.3。

图1.2 GMII界面

图1.3 GMII接口信号RGMII接口是reduce GMII,是GMII接口的简化版。RGMII使用4位数据端口,工作频率为125MHz,在上升沿和下降沿都传输数据,因此传输速率可以达到1000Mbps。采用RGMII的目的是为了降低电路成本,将实现该接口的设备的引脚数从24个减少到14个(不包括MDC和MDIO)。接口信号如图1.4所示。

从图1.4可以看出,与GMII接口相比,RGMII接口总共减少了TXD和RXD的8条数据线。TX_EN和TX_ER通过TX_CTL信号线传输。TX_EN在TX_CLK的上升沿发送,tx _ er在下降沿发送。同样,RX_DV和RX_ER在RX_CTL信号线上传输,RX_DV在RX_CLK上升沿传输,RX_ER在下降沿传输。两条数据线进一步减少。其他信号与GMII接口。

参考文档:准时的atom leader _ v1.3的zynq的嵌入式(sdk)开发指南

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