以太网基础知识

文章目录

- 一、以太网（Ethernet）介绍
- 二、协议介绍
- 三、什么是PHY？
- - 1.标准接口协议：
  - 2.寄存器配置：
  - 3.自动协商：
- 四、时序
- - 4.1RGMII接口时序
  - - 4.1.1 对其模式
    - 4.1.2 延时模式（常用）
  - 4.2MDIO接口时序

一、以太网（Ethernet）介绍

以太网是一种将几台电脑连接起来，能够进行通讯的技术，也就是组建所谓的“局域网”，但组建局域网的技术并非只有以太网一种，其它的还有令牌环网等
以太网不是一种具体的网络，而是一种技术规范，也就是IEEE802.3
是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准，它规定了包括物理层的连线、电子信号和介质访问层协议的内容。

以太网分类（按照通信速率分类）：
标准以太网：10Mbit/S
快速以太网：100Mbit/S
千兆以太网：1000Mbit/S (领航者板子)
万兆以太网：10Gbit/S

以太网接口
以太网接口类型有RJ45接口，RJ11接口（电话线接口），SC光纤接口等。
其中RJ45接口是我们现在最常见的网络设备接口（如：电脑网口）

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二、协议介绍

1、RGMII
RGMII 是 Reduced GMII（吉比特介质独立接口）。RGMII 均采用4位数据接口，支持传输速率 :10M/100M/1000Mb/s ，其对应 clk 信号分别 2.5MHz/25MHz/125MHz。且：工作时钟为125MHz时，在上升沿和下降沿同时传输数据。因此传输速率可达 1000Mbps。（125 * 2 * 4=1000）
1 Gbps：125 MHz时钟频率，双沿传播（DDR），4位数据总线，125 MHz时钟频率 x 2 双沿传播 x 8位数据总线 = 1 Gbps。
100 Mbps：25 MHz时钟频率，单沿传播（SDR），4位数据总线，25 MHz时钟频率 x 4位数据总线=100 Mbps。
10 Mbps：2.5 MHz时钟频率，单沿传播（SDR），4位数据总线， 2.5 MHz时钟频率 x 4位数据总线=10 Mbps。

2、GMII
而上面提到的GMII为8位位宽，同样支持传输速率 :10M/100M/1000Mb/s，其对应 clk 信号分别 2.5MHz/25MHz/125MHz。只有单沿传输
1 Gbps：125 MHz时钟频率 x 8位数据总线 = 1 Gbps
100 Mbps：25 MHz时钟频率 x 8位数据总线（通过内部处理确保100 Mbps）
10 Mbps：2.5 MHz时钟频率 x 8位数据总线（通过内部处理确保10 Mbps）

三、什么是PHY？

1.以太网通信中，PHY 通常指的是以太网物理层芯片或模块，通常包含用于发送和接收数据的电路，并提供诸如自动协商速率、双工模式、信号损耗补偿等功能。PHY 是实现以太网通信的重要组成部分，通常与 MAC层配合使用，MAC 负责管理数据包的传输和访问控制。

PHY有两个功能：
1.实现模拟信号与数字信号之间的转换
2.实现两个以太网设备的自协商
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这里以正点原子:YT8511C/H芯片为例进行介绍：
芯片原理图：

图中左下角的一些信息（例如PHY address 、电压值等都是从厂商提供的芯片手册里得到的）

此外还接触过另一款PHY芯片：VSC8601KN
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不同的PHY芯片会因为生产厂商不同在使用时有所差异，但有些部分是有共性的，如下：

1.标准接口协议：

MII/GMII/RGMII/SGMII：这些是常见的以太网接口标准，用于FPGA和PHY芯片之间的数据传输。虽然具体的接口类型可能不同，但它们遵循IEEE 802.3标准，具有一致的信号定义和时序要求。

MDIO/MDC接口：用于管理数据输入/输出（MDIO）和管理数据时钟（MDC）的接口，用于配置和控制PHY芯片。这个接口遵循IEEE 802.3（目前接触到的两款PHY芯片都遵循的该协议）的Clause 22或Clause 45标准，广泛用于读取和写入PHY寄存器。

MDIO是一条双向串行总线，用于传输管理数据；
MDC是一条单向时钟信号，用于同步MDIO数据传输。

2.寄存器配置：

基本寄存器集:PHY芯片通常具有一组标准的寄存器，用于基本配置和状态监控。例如，控制寄存器、状态寄存器、PHY ID寄存器和自动协商寄存器等。这些寄存器的定义和功能在不同厂商的PHY芯片中基本一致。这里以IEEE 802.3标准为例
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扩展寄存器集：除了基本寄存器，PHY芯片还可能具有厂商特定的扩展寄存器集，用于高级功能配置。