以太網(wǎng)接口硬件知識(shí)

硬件電子工程師

以太網(wǎng)口是我們?nèi)粘９こ讨谐Ｓ玫耐ㄐ沤涌�，以太網(wǎng)接口有很多種，本文將對(duì)常用以太網(wǎng)接口進(jìn)行科普介紹。
1、GMII接口1.1 GMII接口概述GMII接口屬于源同步時(shí)鐘類型（時(shí)鐘與數(shù)據(jù)都是由同一芯片驅(qū)動(dòng)），時(shí)鐘速率125MHz，接口連接關(guān)系如圖1所示，22根線，其中TX_EN, TX_ER, TXD這些信號(hào)同步于TX_CLK；RX_DV, RX_ER,
* _& }; P8 e, P3 g2 [1 q; S* O8 i
圖1 GMII接口原理框圖
RXD這些信號(hào)同步于RX_CLK。其它的兩個(gè)信號(hào)CRS, COL只用于半雙工模式，一般設(shè)計(jì)中不會(huì)用到，而且這兩個(gè)信號(hào)與時(shí)鐘是異步的，對(duì)這兩個(gè)信號(hào)不做要求。各信號(hào)說(shuō)明見表1。
6 ?, s( s! \/ A% ?. L0 U; ^表1 UTOPIA LEVEL 2接口信號(hào)說(shuō)明
* {7 P, z% |6 ~

信號(hào)名稱 1 R# |: S( U0 b6 w- Z9 ^/ f	信號(hào)說(shuō)明 2 m. v3 L# J4 ?& C+ p2 ^
TX_CLK	發(fā)送方向時(shí)鐘信號(hào) 3 H5 X, \/ D+ X
TX_EN	發(fā)送方向使能信號(hào)
TX_ER	發(fā)送方向錯(cuò)誤指示信號(hào) + s4 W2 D# A3 Z8 M. @2 |- s
TXD	發(fā)送方向數(shù)據(jù)信號(hào)
RX_CLK	接收方向時(shí)鐘信號(hào) 9 b3 v+ m" I% [# ~" G% H
RX_DV	接收方向使能信號(hào) ' Z5 _  T; z* J  e; B
RX_ER ' x* `. S  d! I2 l$ E	接收方向錯(cuò)誤指示信號(hào) ; e9 ~8 p( {. l, N
RXD	接收方向數(shù)據(jù)信號(hào) + \/ n0 u9 f: H* z7 H
COL . E  @( H7 y4 N5 ?* x$ t" u6 d2 L	碰撞指示信號(hào)
CRS , u( l2 ?( G: F8 z+ h8 O	載荷檢測(cè)信號(hào)

1.2 設(shè)計(jì)原則1、要求同方向的時(shí)鐘數(shù)據(jù)嚴(yán)格等長(zhǎng)，即TX_EN, TX_ER, TXD這些控制/數(shù)據(jù)信號(hào)與TX_CLK等長(zhǎng)；RX_DV, RX_ER, RXD這些控制/數(shù)據(jù)信號(hào)與RX_CLK等長(zhǎng)。一般設(shè)計(jì)中，要求控制/數(shù)據(jù)信號(hào)與時(shí)鐘信號(hào)的長(zhǎng)度差不大于1cm（約0.1ns）。
- S, ^! t+ ~- n' e6 C2、要求信號(hào)的發(fā)送端（包括時(shí)鐘/數(shù)據(jù)/控制信號(hào)）串接33歐姆電阻以減小反射，提高信號(hào)完整性。
3、信號(hào)走線中要注意保持阻抗的連續(xù)性，盡量減少過(guò)孔數(shù)量（一般過(guò)孔數(shù)量在3個(gè)以內(nèi)）
$ K% {. d; u. n; v4 ~$ j! a5 j$ {4、因信號(hào)線較多，在布局允許情況下，PHY與MAC盡量靠近，減小高速信號(hào)受的串?dāng)_。
8 X' o8 X& X3 K7 v2、RGMII接口概述2.1 RGMII接口概述RGMII屬于源同步時(shí)鐘類型，最初是由HP制定的一個(gè)GMII精簡(jiǎn)版專利標(biāo)準(zhǔn)，得到各大主流廠家的認(rèn)可，成為一個(gè)普遍應(yīng)用的關(guān)于xMII系列接口的標(biāo)準(zhǔn)。RGMII經(jīng)歷了1.0\1.1\1.2\1.2a\1.3\2.0幾個(gè)版本。從2.0版本開始支持HSTL，之前的版本支持2.5V CMOS。
3 ]& \' ^: A, Z" t6 }5 K9 f3 bTXC/RXC時(shí)鐘頻率支持125MHz，25MHz,2.5MHz，可以適配1000M,100M,10M速率。在時(shí)鐘的上升沿和下降沿均進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，相比GMII接口，數(shù)據(jù)信號(hào)線收發(fā)方向各減半變?yōu)?根，信號(hào)線總共有12根。如圖2和表2說(shuō)明。

圖2 RGMII接口原理框圖
表2 RGMII接口信號(hào)說(shuō)明

信號(hào)	方向 $ B: g1 Z* Q7 [0 Y  J, j, j" I	說(shuō)明 , g2 n% l( ]5 F. Z
TXC 0 K+ C8 w7 b8 u  [$ c	MAC-->PHY	發(fā)送時(shí)鐘信號(hào) % }$ f8 e/ y! b$ h
TX[3:0]	MAC-->PHY 8 a7 m# k: P, W) Z' v$ g	發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)
TX_CTL 8 O9 W* u) b+ X/ N" {( r/ X  C( V9 y	MAC-->PHY	發(fā)送控制信號(hào)
RXC & f, s/ U9 v7 c4 n5 j	MAC + h; U* F  W7 |" C& `	接收時(shí)鐘信號(hào)
RX[3:0] * s- z+ i0 v# o$ G# X7 V  P	MAC ( {9 w9 j: w! q	接收數(shù)據(jù)信號(hào) 8 a* F9 Y9 p9 n' f/ L) h( G( F
RX_CTL	MAC	接收控制信號(hào)

2.2 設(shè)計(jì)原則1、要求同方向的時(shí)鐘數(shù)據(jù)嚴(yán)格等長(zhǎng)，即TX_CTL，TXD這些控制/數(shù)據(jù)信號(hào)與TXC等長(zhǎng)；RX_CTL，RXD這些控制/數(shù)據(jù)信號(hào)與RXC等長(zhǎng)。一般設(shè)計(jì)中，要求控制/數(shù)據(jù)信號(hào)與時(shí)鐘信號(hào)的長(zhǎng)度差不大于0.5cm（約0.05ns）。
2、要求信號(hào)的發(fā)送端（包括時(shí)鐘/數(shù)據(jù)/控制信號(hào)）串接33歐姆電阻以減小反射，提高信號(hào)完整性。
3、信號(hào)走線中要注意保持阻抗的連續(xù)性，盡量減少過(guò)孔數(shù)量（一般過(guò)孔數(shù)量在3個(gè)以內(nèi)）。
4、因信號(hào)線較多，在布局允許情況下，PHY與MAC盡量靠近，減小高速信號(hào)受的串?dāng)_，線長(zhǎng)最好小于4000mil。
1 K* H* n1 ^5 q% ^; C+ q) ?3、SS_SMII接口3.1 SS_SMII 接口概述SS_SMII（又叫S3MII）接口屬于源同步時(shí)鐘類型，接口原理框圖如圖3所示，時(shí)鐘速率125M Hz；信號(hào)與時(shí)鐘間的關(guān)系等同于GMII。
. m( \5 J9 ^* M) g9 M( q$ y
6 V+ b; r- P+ h2 V. D圖3 S3MII接口原理框圖
0 A' B% f) b* }% v) m" a* {3 a  g3.2 SS_SMII接口設(shè)計(jì)原則1、要求TX_SYNC, TXD信號(hào)與TX_CLK等長(zhǎng)；RX_SYNC, RXD信號(hào)與RX_CLK等長(zhǎng)。一般設(shè)計(jì)中，要求控制/數(shù)據(jù)信號(hào)與時(shí)鐘信號(hào)的長(zhǎng)度差不大于1cm（約0.1ns）。
! K7 n2 j  ]; w3 r8 f/ E, m' k7 W2、要求信號(hào)的發(fā)送端（包括時(shí)鐘/數(shù)據(jù)/控制信號(hào)）串接33歐姆電阻以減小反射，提高信號(hào)完整性。
, y  l$ {4 L' j7 P* h5 b! d3、信號(hào)走線中要注意保持阻抗的連續(xù)性，盡量減少過(guò)孔數(shù)量（一般過(guò)孔數(shù)量在3個(gè)以內(nèi)）。
4、在時(shí)間允許的情況下，盡量對(duì)接口進(jìn)行仿真。
$ {7 n2 ^1 ^* c  l4 d4、SMII接口4.1 SMII接口概述SMII接口公共時(shí)鐘模型（兩端芯片的時(shí)鐘來(lái)自共同的時(shí)鐘BUFFER），時(shí)鐘速率125M Hz，接口原理框圖如圖4所示；并不要求數(shù)據(jù)線與時(shí)鐘等長(zhǎng)。
' M- @: f! S. {: v+ Z+ H, m4.2 SMII接口設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)時(shí)可以先考慮使REFCLK1, REFCLK2等長(zhǎng)。
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圖4 SMII接口原理框圖
) x# w) @- K3 p; \5 |; N4 s2、要求SYNC，TXD，RXD這幾個(gè)信號(hào)走線盡量短；（從芯片資料理論上看出這些線
的最大長(zhǎng)度為1.5ns，21cm；但由于芯片差異性較大，因此實(shí)際布線中盡量走短）。
' |$ Y0 \- V, ]2 O/ `% U要求信號(hào)的發(fā)送端（包括時(shí)鐘/數(shù)據(jù)/控制信號(hào)）串接33歐姆電阻以減小反射，提高信號(hào)完整性；
' b. I* a, |8 l$ ^信號(hào)走線中要注意保持阻抗的連續(xù)性，盡量減少過(guò)孔數(shù)量（一般過(guò)孔數(shù)量在3個(gè)以內(nèi)）。
# v- d2 o1 B1 B) Y[/ol]5、RMII接口5.1 RMII接口概述RMII接口屬于公共時(shí)鐘傳輸模型，時(shí)鐘速率50M Hz；并不要求數(shù)據(jù)線與時(shí)鐘等長(zhǎng)。圖5所示為RMII接口的原理框圖。
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. H, r& P. y& j+ z0 {5 H3 y圖5 RMII接口原理框圖
5.2 RMII接口設(shè)計(jì)原則設(shè)計(jì)時(shí)可以先考慮使REFCLK1, REFCLK2等長(zhǎng)。
( I4 a- ]: ^3 C  y5 ^要求其它的數(shù)據(jù)/控制信號(hào)走線盡量短；（RMII規(guī)范規(guī)定信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力在包含負(fù)載輸入電容情況下不小于12inch，也就是30cm；但由于芯片差異，實(shí)際布線情況下盡量短）。
. J' E; o% l9 [- c8 @要求信號(hào)的發(fā)送端（包括時(shí)鐘/數(shù)據(jù)/控制信號(hào)）串接33歐姆電阻以減小反射，提高信號(hào)完整性。
# T9 A& `. K- c9 S[/ol]6、MII接口MII接口屬于公共時(shí)鐘傳輸模型，時(shí)鐘頻率25M（100M以太網(wǎng)）或2.5M（10M以太網(wǎng)）。兩個(gè)時(shí)鐘都是由Phy發(fā)送給MAC的。接口框圖如圖6所示。另外，該接口的其它兩個(gè)信號(hào)CRS、COL是異步信號(hào)，無(wú)特殊要求，故不在此圖中畫出。
% B1 ]1 j6 f. ^' n- y6 k對(duì)于MII信號(hào)，由于信號(hào)速率較低，因此在布線上無(wú)特殊要求，只要求Phy與MAC離的不要太遠(yuǎn)就可以了。

4 D( m! n- m( v+ H0 [圖6 MII接口原理框圖