网卡驱动tips

1.MAC即Media Access Control,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质.在发送数据的时候,MAC协议可以事先判断是否可以发送数据,如果可以发送将给数据加上一些控制信息,最终将数据以及控制信息以规定的格式发送到物理层;在接收数据的时候,MAC协议首先判断输入的信息并是否发生传输错误,如果没有错误,则去掉控制信息发送至LLC层.

2.PHY是物理接口收发器。

3.以太网采用的CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测）的控制技术。他主要定义了物理层和数据链路层的工作方式。数据链路层和物理层各自实现自己的功 能，相互之间不关心对方如何操作。二者之间有标准的接口(例如MII，GMII等)来传递数据和控制。

4.一块以太网网卡包括OSI（开方系统互联）模型的两个层：物理层和数据链路层。物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等，并向数据链路层设备提供标准接口。数据链路层则提供寻址机构、数据帧的构建、数据差错检查、传送控制、向网络层提供标准的数据接口等功能。以太网卡中数据链路层的芯片一般简称之为MAC控制器，物理层的芯片我们简称之为PHY。

5. MAC从PCI总线收到IP数据包（或者其他网络层协议的数据包）后，将之拆分并重新打包成最大1518Byte，最小64Byte的帧。这个帧里面包括 了目标MAC地址、自己的源MAC地址和数据包里面的协议类型（比如IP数据包的类型用80表示）。最后还有一个DWORD(4Byte)的CRC码。

6.IP地址和MAC地址之间的关联关系保存在主机系统里面，叫做ARP表，由驱动程序和操作系统完成。

7.MAC对PHY的工作状态的确定和对PHY的控制则是使用SMI（Serial Management Interface）界面通过读写PHY的寄存器来完成的。PHY里面的部分寄存器也是IEEE定义的，这样PHY把自己的目前的状态反映到寄存器里 面，MAC通过SMI总线不断的读取PHY的状态寄存器以得知目前PHY的状态，例如连接速度，双工的能力等。当然也可以通过SMI设置PHY的寄存器达 到控制的目的，例如流控的打开关闭，自协商模式还是强制模式等。

8.目前驱动程序设计只关注网卡本身，即数据包的收发，而不考虑协议，即不关心包的内容。协议是由内核维护的。（这一点很重要，不需要关注网络协议栈，只关心包的内容和收发）

 

9.answers

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。最新的MAC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10BaseT(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。 

 

10.mac地址的格式为6个字节的二进制代码（以6组16进制数表示），格式为XX-XX-XX-XX-XX-XX

 

11.phy对网络的link状态进行判断，进行自动协商，当然mac可以对phy的寄存器进行控制，以设置其协商方式，完成mii数据和串行数据之间的转化。MDIO位mac和phy之间的管理接口。

 

12.读取phy的寄存器，可以获取端口的连接状态，自动协商是否完成，PHY选择的工作模式以及其他状态。写PHY的状态，可以强制端口的工作模式，指导完成自动协商，修改端口灯的显示模式。上电的时候，MAC可以修改PHY的寄存器，控制端口包括双工，速度，流控灯。

 

13.PHY通过发送FLP来决定工作模式，整个报文按照16ms剪个重复，直到自动协商完成，一个时钟一个数据，一共16位，以下为自动协商的基本页信息：

    当只有一方为自协商的时候，没有的一方就发送NLP或者Idle symbols,有自动协商能力的PHY会探测线路上的速度信息来进行配置。

14.现在的网卡厂商，已经在数据链路层就只集成一个MAC子层，而不再去包含LLC子层了，因为只需要关注MAC和PHY就行。