【以太网硬件十三】SGMII和1000base-X有什么异同？

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MII接口类型

MII

GMII

RGMII

SGMII

SGMII与1000base-X的异同

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        通过前面的文章我们已经知道了1000base-X是千兆以太网光口的物理接口命名，包括使用不同光纤和光模块或铜缆的1000base-SX、1000base-LX、1000base-EX、1000base-CX等接口标准，也就是说1000base-X是物理层接口。

        那SGMII是什么呢？

        我们先来回顾一下这张百兆以太网的结构框图，可以看到物理层我们之前已经有过分析，从下到上分别是MDI、PMD、PMA、PCS，再往上就是MII、MAC、LLC，我们今天讨论的SGMII就是MII的一种类型。

        解释一下MII和MDI，MII翻译过来为媒体无关接口，MDI为媒体相关接口，用人话说就是MDI是直接和传输物理媒介（双绞线、光纤等）连接的，所以叫媒体相关接口，而MII是在物理层之上连接MAC和PHY，与外部的传输介质无关，所以叫媒体无关接口。

MII接口类型

MII

        TX_ER(Transmit Error)： 发送数据错误提示信号，同步于TX_CLK，高电平有效，表示TX_ER有效期内传输的数据无效。对于10Mbps速率下，TX_ER不起作用；

        TX_EN(Transmit Enable)： 发送使能信号，只有在TX_EN有效期内传的数据才有效；

        TX_CLK：发送参考时钟，100Mbps速率下，时钟频率为25MHz，10Mbps速率下，时钟频率为2.5MHz。注意，TX_CLK时钟的方向是从PHY侧指向MAC侧的，因此此时钟是由PHY提供的。

        TXD(Transmit Data)[3:0]：数据发送信号，共4根信号线；

        RX_ER(Receive Error)： 接收数据错误提示信号，同步于RX_CLK，高电平有效，表示RX_ER有效期内传输的数据无效。对于10Mbps速率下，RX_ER不起作用；

        RX_DV(Reveive Data Valid)： 接收数据有效信号，作用类型于发送通道的TX_EN；

        RXD(Receive Data)[3:0]：数据接收信号，共4根信号线；

        RX_CLK：接收数据参考时钟，100Mbps速率下，时钟频率为25MHz，10Mbps速率下，时钟频率为2.5MHz。RX_CLK也是由PHY侧提供的。

        CRS：Carrier Sense，载波侦测信号，不需要同步于参考时钟，只要有数据传输，CRS就有效，另外，CRS只有PHY在半双工模式下有效；

        COL：Collision Detectd，冲突检测信号，不需要同步于参考时钟，只有PHY在半双工模式下有效。

                MII接口一共有16根线。

GMII

        与MII接口相比，GMII的数据宽度由4位变为8位，GMII接口中的控制信号如TX_ER、TX_EN、RX_ER、RX_DV、CRS和COL的作用同MII接口中的一样，发送参考时钟GTX_CLK和接收参考时钟RX_CLK的频率均为125MHz(1000Mbps/8=125MHz)。

        在这里有一点需要特别说明下，那就是发送参考时钟GTX_CLK，它和MII接口中的TX_CLK是不同的，MII接口中的TX_CLK是由PHY芯片提供给MAC芯片的，而GMII接口中的GTX_CLK是由MAC芯片提供给PHY芯片的。两者方向不一样。

        在实际应用中，绝大多数GMII接口都是兼容MII接口的，所以，一般的GMII接口都有两个发送参考时钟：TX_CLK和GTX_CLK(两者的方向是不一样的，前面已经说过了)，在用作MII模式时，使用TX_CLK和8根数据线中的4根。

RGMII

        RGMII即Reduced GMII，是GMII的简化版本，将接口信号线数量从24根减少到14根(COL/CRS端口状态指示信号，这里没有画出)，时钟频率仍旧为125MHz，TX/RX数据宽度从8为变为4位，为了保持1000Mbps的传输速率不变，RGMII接口在时钟的上升沿和下降沿都采样数据。在参考时钟的上升沿发送GMII接口中的TXD[3:0]/RXD[3:0]，在参考时钟的下降沿发送GMII接口中的TXD[7:4]/RXD[7:4]。RGMI同时也兼容100Mbps和10Mbps两种速率，此时参考时钟速率分别为25MHz和2.5MHz。

        TX_EN信号线上传送TX_EN和TX_ER两种信息，在TX_CLK的上升沿发送TX_EN，下降沿发送TX_ER；同样的，RX_DV信号线上也传送RX_DV和RX_ER两种信息，在RX_CLK的上升沿发送RX_DV，下降沿发送RX_ER。

                SGMII

        SGMII即Serial GMII，串行GMII，收发各一对差分信号线，时钟频率625MHz，在时钟信号的上升沿和下降沿均采样，参考时钟RX_CLK由PHY提供，是可选的，主要用于MAC侧没有时钟的情况，一般情况下，RX_CLK不使用。收发都可以从数据中恢复出时钟。

        在TXD发送的串行数据中，每8比特数据会插入TX_EN/TX_ER 两比特控制信息，同样，在RXD接收数据中，每8比特数据会插入RX_DV/RX_ER 两比特控制信息，所以总的数据速率为625Mbps*2=1.25Gbps。

        其他的MII接口类型这里不再赘述，变化的规律一般就是数据线增或减、时钟速率变化、数据单边沿或双边沿采样、控制信息合入数据线、并行转为串行传输。

        SGMII与1000base-X的异同

        1、电气特性类似，都是一对差分对，802.3规范上未查到针对这两种接口电平的规范定义，具体要求以终端芯片的数据手册要求或光模块的SFF标准为准；

        2、支持的速率不同，SGMII支持10/100/1000，1000base-X只支持1000；

        3、位置不同，SGMII是媒体独立接口，1000base-X是物理相关接口；

        4、编码不同，SGMII 1.25G是将控制信息2个bit编入8bit数据中，1000base-X的8B/10B编码是按规则增加的2bit开销。