Медиа-независимый интерфейс - Media-independent interface

Разъем MII на Солнце Ультра 1 Рабочая станция создателя

В медиа-независимый интерфейс (MII) изначально был определен как стандартный интерфейс для подключения Fast Ethernet (т.е. 100 Мбит / с) контроль доступа к медиа (MAC) блок в PHY чип. MII стандартизирован IEEE 802.3u и подключает различные типы PHY к MAC. Быть независимые СМИ означает, что разные типы устройств PHY для подключения к разным носителям (т.е. витая пара, оптоволокно и т. д.) можно использовать без изменения конструкции или замены оборудования MAC. Таким образом, любой MAC может использоваться с любым PHY, независимо от среды передачи сетевого сигнала.

MII может использоваться для подключения MAC к внешнему PHY с помощью съемного разъема или напрямую к микросхеме PHY, которая находится на том же Печатная плата. На ПК Разъем CNR Тип B передает сигналы интерфейса шины MII.

Сетевые данные на интерфейсе есть обрамленный используя IEEE Ethernet стандарт. Таким образом, он состоит из преамбулы, разделителя начального кадра, заголовков Ethernet, данных протокола и циклическая проверка избыточности (CRC). Исходный MII передает сетевые данные с использованием 4-битного грызет в каждом направлении (4 бита данных передачи, 4 бита данных приема). Данные синхронизируются с частотой 25 МГц для достижения пропускной способности 100 Мбит / с. Оригинальный дизайн MII был расширен для поддержки пониженных сигналов и увеличения скорости. Текущие варианты включают, уменьшенный медиа-независимый интерфейс (RMII), гигабитный медиа-независимый интерфейс (ГМИИ), уменьшенный гигабитный медиа-независимый интерфейс (RGMII), последовательный гигабитный медиа-независимый интерфейс (SGMII), высокий последовательный гигабитный медиа-независимый интерфейс (HSGMII), четырехъядерный последовательный гигабитный медиа-независимый интерфейс (QSGMII), и 10-гигабитный медиа-независимый интерфейс (XGMII).

В Ввод / вывод управляющих данных Последовательная шина (MDIO) - это подмножество MII, которое используется для передачи информации управления между MAC и PHY. При включении, используя автосогласование, PHY обычно адаптируется к тому, к чему он подключен, если настройки не изменены через интерфейс MDIO.

Стандартный MII

Стандартный MII имеет небольшой набор регистров:^[1]

• Конфигурация базового режима (# 0)
• Слово состояния (# 1)
• PHY-идентификация (# 2, # 3)
• Реклама способностей (# 4)
• Способность связать партнер (# 5)
• Расширение автосогласования (# 6)

Слово состояния MII является наиболее полезным элементом данных, поскольку его можно использовать для определения того, Сетевая карта Ethernet подключен к сети. Он содержит битовое поле со следующей информацией:^[2]

Сигналы передатчика

Тактовая частота передачи - это тактовая частота автономного режима, генерируемая PHY в зависимости от скорости канала (25 МГц для 100 Мбит / с, 2,5 МГц для 10 Мбит / с). Остальные сигналы передачи управляются MAC синхронно по нарастающему фронту TX_CLK. Эта компоновка позволяет MAC работать, не зная о скорости канала. Сигнал разрешения передачи поддерживается на высоком уровне во время передачи кадра и на низком уровне, когда передатчик находится в режиме ожидания.

Ошибка передачи может возникать в течение одного или нескольких периодов синхронизации во время передачи кадра, чтобы запросить PHY намеренно повредить кадр каким-либо видимым образом, который не позволяет принять его как действительный. Это может использоваться для прерывания кадра, когда некоторая проблема обнаруживается после того, как передача уже началась. MAC может пропустить сигнал, если он не использует эту функцию, и в этом случае сигнал должен быть привязан к низкому уровню для PHY.

Совсем недавно повышение ошибки передачи вне Передача кадра используется для указания, что линии передачи данных используются для специальной сигнализации. В частности, значение данных 0b0001 (постоянно удерживаемое с низким уровнем TX_EN и высоким уровнем TX_ER) используется для запроса EEE -способен PHY для перехода в режим низкого энергопотребления.

Приемник сигналов

Первые семь сигналов приемника полностью аналогичны сигналам передатчика, за исключением того, что RX_ER не является необязательным и используется для указания того, что принятый сигнал не может быть декодирован в действительные данные. Тактовая частота приема восстанавливается из входящего сигнала во время приема кадра. Когда никакие часы не могут быть восстановлены (то есть когда среда молчит), PHY должен представить автономные часы в качестве замены.

Сигнал допустимости принимаемых данных (RX_DV) не обязательно должен переходить на высокий уровень сразу после начала кадра, но должен делать это вовремя, чтобы гарантировать, что байт «начало ограничителя кадра» включен в полученные данные. Некоторые полубайты преамбулы могут быть потеряны.

Подобно передаче, повышение RX_ER вне кадра используется для специальной сигнализации. Для приема определены два значения данных: 0b0001, чтобы указать, что партнер по каналу связи находится в режиме низкого энергопотребления EEE, и 0b1110 для ложный носитель индикация.

Сигналы CRS и COL асинхронны с тактовым сигналом приема и имеют смысл только в полудуплексном режиме. Чувствительность к несущей высока, когда передача, прием или среда иным образом воспринимается как используемая. При обнаружении столкновения COL также становится высоким, пока столкновение сохраняется.

Кроме того, MAC может слабо подтягивать сигнал COL, позволяя сочетать высокий уровень COL с низким уровнем CRS (который физический уровень никогда не будет создавать), чтобы служить индикатором отсутствия / отключения физического уровня.

Управляющие сигналы

MDC и MDIO представляют собой синхронный последовательный интерфейс данных, аналогичный I²C. Как и в случае с I²C, интерфейс представляет собой многоточечный автобус поэтому MDC и MDIO могут совместно использоваться несколькими физическими уровнями.

Ограничения

Интерфейс требует 18 сигналов, из которых только два (MDIO и MDC) могут совместно использоваться несколькими физическими уровнями. Это представляет проблему, особенно для многопортовых устройств; например, восьмипортовый коммутатор, использующий MII, потребует 8 × 16 + 2 = 130 сигналов.

Уменьшенный медиа-независимый интерфейс

Уменьшенный независимый от среды интерфейс (RMII) - это стандарт, который был разработан для уменьшения количества сигналов, необходимых для подключения PHY к MAC. Уменьшение количества выводов снижает стоимость и сложность сетевого оборудования, особенно в контексте микроконтроллеры со встроенным MAC, ПЛИС, многопортовые переключатели или повторители, а также наборы микросхем материнских плат ПК. Для этого были изменены четыре вещи по сравнению со стандартом MII. Эти изменения означают, что RMII использует примерно половину количества сигналов по сравнению с MII.

• Два тактовых генератора TXCLK и RXCLK заменяются одним тактовым сигналом. Эти часы являются входом в PHY, а не выходом, что позволяет распределять тактовый сигнал между всеми PHY в многопортовом устройстве, таком как коммутатор.
• Тактовая частота увеличена вдвое с 25 МГц до 50 МГц, а тракты передачи данных сужены с 4 до 2 бит.
• Сигналы RXDV и CRS мультиплексируются в один сигнал.
• Сигнал COL удален.

MDC и MDIO могут совместно использоваться несколькими физическими уровнями.

Сигналы приемника ссылаются на REF_CLK, как и сигналы передатчика.

Для этого интерфейса требуется 9 сигналов по сравнению с 18 для MII. Из этих 9 сигналов на многопортовых устройствах MDIO, MDC и REF_CLK могут использоваться совместно, оставляя 6 или 7 контактов на порт.

RMII требует 50 МГц часы, где MII требует 25 МГц часы и данные синхронизируются по два бита за раз против 4 бита за раз для MII или 1 бит за раз для SNI (только 10 Мбит / с). Данные выбираются только по нарастающему фронту (т.е. нет двойной насос ).

REF_CLK работает на частоте 50 МГц в обоих 100 Мбит / с режим и 10 Мбит / с Режим. Передающая сторона (PHY или MAC) должна поддерживать все сигналы действительными в течение 10 тактовых циклов в 10 Мбит / с Режим. Приемник (PHY или MAC) производит выборку входных сигналов только каждые десять циклов в 10 Мбит / с Режим.

Ограничения

Нет сигнала, определяющего, находится ли интерфейс в полнодуплексном или полудуплексном режиме, но MAC и PHY должны согласовываться. Вместо этого это должно передаваться через последовательный интерфейс MDIO / MDC. Также отсутствует сигнал, который определяет, находится ли интерфейс в режиме 10 или 100 Мбит / с, поэтому это также необходимо обрабатывать с помощью интерфейса MDIO / MDC. Версия 1.2 спецификации Консорциума RMII утверждает, что его интерфейс MDIO / MDC идентичен интерфейсу, указанному для MII в IEEE 802.3u. Текущие версии IEEE 802.3 определяют стандартный механизм MDIO / MDC для согласования и настройки скорости канала и дуплексного режима, но возможно, что более старые устройства PHY могли быть разработаны с учетом устаревших версий стандарта и поэтому могут использовать собственные методы для установки скорость и дуплекс.

Отсутствие сигнала RX_ER, который не подключен на некоторых MAC (например, многопортовых коммутаторах), устраняется заменой данных на некоторых PHY, чтобы сделать недействительным CRC. Отсутствующий сигнал COL получается из операции И вместе с TX_EN и декодированным сигналом CRS из линии CRS_DV в полудуплексном режиме. Это означает небольшую модификацию определения CRS: на MII CRS утверждается как для Rx, так и для Tx кадров; на RMII только для кадров Rx. Это приводит к тому, что на RMII два состояния ошибки нет перевозчика и потерянный носитель не могут быть обнаружены, а также трудно или невозможно поддерживать общие носители, такие как 10BASE2 или 10BASE5.

Поскольку в стандарте RMII пренебрегли оговоркой о том, что TX_EN должен выбираться только в альтернативных тактовых циклах, он не симметричен с CRS_DV, и два устройства PHY RMII не могут быть соединены друг с другом для формирования повторителя; это возможно, однако, с National DP83848, который подает декодированный RX_DV в качестве дополнительного сигнала в режиме RMII.^[3]

Уровни сигнала

TTL логические уровни используются для 5 В или 3,3 В логика. Входной верхний порог 2,0 В и низко 0,8 В. В спецификации указано, что входные данные должны быть 5 В терпимы, однако некоторые популярные чипы с интерфейсами RMII не 5 В терпимый. Новые устройства могут поддерживать 2,5 В и 1,8 В логика.

Сигналы RMII обрабатываются как сосредоточенные сигналы скорее, чем линии передачи. Однако версия IEEE соответствующего стандарта MII определяет 68 Ом следите за импедансом.^[4] National рекомендует бегать 50 Ом следы с 33 Ом прекращение серии резисторы для режима MII или RMII для уменьшения отражений.^{[нужна цитата ]} National также предлагает хранить следы под 0,15 м длинный и подобранный внутри 0,05 м по длине, чтобы минимизировать перекос.^[4]:5

Гигабитный медиа-независимый интерфейс

Гигабитный медиа-независимый интерфейс (GMII) - это интерфейс между средний контроль доступа (MAC) устройство и физический уровень (PHY ). Интерфейс работает со скоростью до 1000 Мбит / с, реализован с использованием интерфейса данных с тактовой частотой 125 МГц с отдельными восьмибитными трактами данных для приема и передачи, и обратно совместим со спецификацией MII и может работать на скоростях восстановления до 10 или 100 Мбит / с.

Интерфейс GMII был сначала определен для 1000BASE-X в IEEE 802.3z-1998 как пункт 35, а затем включен в IEEE 802.3-2000 и далее.^[5]

Сигналы передатчика

Есть два тактовых генератора. Используемые часы зависят от того, работает ли PHY на гигабитных или 10/100 Мбит / с скоростях. Для гигабитной работы GTXCLK подается на PHY, и сигналы TXD, TXEN, TXER синхронизируются с этим. для работы со скоростью 10 или 100 Мбит / с TXCLK предоставляется PHY и используется для синхронизации этих сигналов. Он работает на частоте 25 МГц для 100 Мбит / с или 2,5 МГц для соединений 10 Мбит / с. В отличие от этого, приемник использует один тактовый сигнал, восстановленный из входящих данных.

Приемник сигналов

Управляющие сигналы

Интерфейс управления управляет поведением PHY. Имеется 32 регистра, каждый по 16 бит. Первые 16 регистров имеют определенное использование,^[6] в то время как другие зависят от устройства. Регистры используются для настройки устройства и запроса текущего режима работы.^{[требуется дальнейшее объяснение ]}

Уменьшенный гигабитный медиа-независимый интерфейс

Уменьшенный гигабитный медиа-независимый интерфейс (RGMII) использует половину количества выводов данных, которые используются в интерфейсе GMII. Это сокращение достигается за счет работы вдвое меньшего количества линий данных с удвоенной скоростью, сигналов временного мультиплексирования и исключения несущественных сигналов определения несущей и индикации коллизий. Таким образом, RGMII состоит только из 12 контактов, в отличие от 24 контактов GMII.

Данные синхронизируются по нарастающим и спадающим фронтам для 1000 Мбит / с, а по нарастающим фронтам только для 10/100 Мбит / с.^[7] Сигнал RX_CTL передает RXDV (данные действительны) по переднему фронту и (RXDV xor RXER) по заднему фронту. Сигнал TX_CTL также передает TXEN по переднему фронту и (TXEN xor TXER) по заднему фронту. Это справедливо как для 1000 Мбит / с, так и для 10/100 Мбит / с.^[8]

Тактовый сигнал передачи всегда обеспечивается MAC на линии TXC. Тактовый сигнал приема всегда обеспечивается PHY на линии RXC.^{[нужна цитата ]} Источник-синхронный используется синхронизация: тактовый сигнал, который выводится (посредством PHY или MAC), синхронизируется с сигналами данных. Это требует, чтобы печатная плата была спроектирована так, чтобы добавить задержку 1,5–2 нс к тактовому сигналу, чтобы соответствовать временам установки и удержания на приемнике. RGMII v2.0 определяет необязательную внутреннюю задержку, избавляя разработчика печатной платы от необходимости добавлять задержку; это известно как RGMII-ID.

RGMII версии 1.3^[9] использует CMOS 2,5 В,^[10] тогда как RGMII версии 2 использует 1,5 В HSTL.^[11]

Последовательный гигабитный медиа-независимый интерфейс

Последовательный гигабитный медиа-независимый интерфейс (SGMII) - это вариант MII, используемый для Гигабитный Ethernet но может также передавать Ethernet 10/100 Мбит / с.

Он использует дифференциальные пары с тактовой частотой 625 МГц DDR для данных TX и RX, а также тактов TX и RX. Он отличается от ГМИИ благодаря малой мощности и малому количеству выводов 8b / 10b -кодированный СерДес. Каждый тракт передачи и приема использует одну дифференциальную пару для данных и другую дифференциальную пару для синхронизации. Тактовые частоты TX / RX должны генерироваться на выходе устройства, но необязательны на входе устройства (восстановление часов может использоваться в качестве альтернативы). Ethernet 10/100 Мбит / с передается путем 100/10 дублирования слов данных каждое, поэтому тактовая частота всегда составляет 625 МГц.

Интерфейс, независимый от среды передачи данных

Высокий последовательный гигабитный независимый от носителя интерфейс (HSGMII) функционально аналогичен SGMII, но поддерживает скорость соединения до 2,5 Гбит / с.

Четыре последовательных гигабитных интерфейса, независимые от среды передачи

Счетверенный последовательный гигабитный независимый от среды интерфейс (QSGMII) - это метод объединения четырех линий SGMII в интерфейс 5 Гбит / с. QSGMII, как и SGMII, использует низковольтная дифференциальная сигнализация (LVDS) для данных TX и RX и один тактовый сигнал LVDS. QSGMII использует значительно меньше сигнальных линий, чем четыре отдельных соединения SGMII.

10-гигабитный медиа-независимый интерфейс

10-гигабитный медиа-независимый интерфейс (XGMII) - это стандарт, определенный в IEEE 802.3 для подключения полного дуплекса 10 Гбит Ethernet (10GbE) между собой и с другими электронными устройствами на печатная плата. Он состоит из двух 32-битных каналов данных (Rx и Tx) и двух четырехбитных потоков управления (Rxc и Txc), работающих на частоте 156,25 МГц. DDR (312.5 МТ / с ).

Обычно используется для соединений на кристалле; в использовании от чипа к чипу в основном заменяется на XAUI.

Смотрите также

• Интерфейс навесного устройства (AUI)
• G.hn, ITU-T рекомендация, в которой термин MII используется для обозначения интерфейса между уровень канала передачи данных и физический слой.
• Конвертер гигабитного интерфейса (GBIC)
• Список пропускной способности устройства
• Съемный трансивер малого форм-фактора (SFP)
• XAUI (XAUI)
• Трансивер XFP

использованная литература

внешние ссылки

• Texas Instruments - AN-1405 DP83848 RMII
• Texas Instruments - DP83848C PHY Технические данные
• hp.com - RGMIIv2_0_final_hp.pdf RGMII 01-04-2002, версия 2.0
• Версия 1.7 спецификации Serial-GMII (ENG-46158) (PDF), заархивировано из оригинал (PDF) на 2015-07-14
• Документация по внедрению CEVA
• Altera 10Gb Ethernet IP с интерфейсами XGMII и XAUI
• GMII Сроки и электрические характеристики