嵌入式开发之以太网
近几年的接触到了很多以太网的项目，网上也有很多关于以太网的问题，本文会将遇到的以太网问题包括以太网的基础知识，做一个自我总结，也顺道分享给有需要的人。
文章先从理论知识进行介绍，然后结合遇到的各种案例进行分析。
首先是是整体架构：MAC→PHY→接口，首先得明白理解各个部分功能和含义。这其中有个疑问就是：为啥不把MAC和PHY放在一起更简单呢，其实受制于制程工艺 的难度，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。不过目前更灵活、密度更高的芯片技术已经可以实现MAC和PHY的单芯片整合
MAC：即媒体访问控制子层协议。该部分有两个概念：MAC可以是一个硬件控制器 及 MAC通信以协议。该层位于OSI七层结构中数据链路层的下半部分，主要负责控制与物理层与连接物理层的物理介质。
上图为MAC的主要架构图。
可以看出MAC与PHY接口有两个
1.一个是MII总线接口或者SGMII（区别视SGMII属于串行）；
2.一个是MDIO接口。
下面介绍下MII接口，这里面是有个总线总结。
MII接口还有RGMII，GMII等，
RMII是简化的MII接口，在数据的收发上它比MII接口少了一倍的信号线；和MII一样，RMII支持10M的总线接口速度。
GMII是千兆网的MII接口，RGMII表示简化了的GMII接口。下面这个图介绍的很好：
这些是数字接口，负责传输数据，MDIO接口是配置管理接口，MAC通过此接口来配置PHY接口。
其实硬件设计主要在PHY这一层，然后两边的电气连接，下图为PHY的基础架构。
PHY负责把MAC的数字信号进行编码，串行化等操作后，转化为模拟信号进行发送。PHY在数据接受时， 进行如上所述的逆操作，将模拟信号转化为数字信号，解码，并行化后，传给MAC。
这里面PHY在硬件设计时，要注意区分电流型phy还是电压型phy，这是非常容易出错的一个地方，最简单的判断方式，就是查询其参考电流，观察变压器中心抽头的接法，细节将在具体案例中给与解释。
最后是变压器
变压器本身是被动元件，主要将信号耦合到网线上， 使芯片端与外部隔离，抗干扰能力大大增强，而且对芯片增加了很大的保护作用（如雷击）； 当接到不同电平（如有的PHY芯片是2.5V，有的PHY芯片是3.3V）的网口时，不会对彼此设备造成影响。
另外还有以太网数据帧的格式，ARP协议，TCP及UDP传输协议等，在本文中就不做介绍了，建议有空的可以自我了解。
以下列举几个案例，常见的误区，
1.最常见的问题当属于100M可以通，而1000M link不通？
首先考虑到，千兆速率相对百兆有了大幅度的提升，不得不考虑信号完整性问题。在硬件设计上，差分对内PN需要跨界100欧姆电阻，但是确出现了有的项目千兆增加了这个电阻才通，而有的项目去掉之后才通。这其实就是常犯的第一个问题，因为有的PHY内部集成了，所以不用加。
另外一个就是中心抽头的接法，由于PHy分为电压型和电流型，电压型phy的中心抽头需要接电容到地，而电电流PHY需要接到电压VCC。下路就是电流型phy与电压型phy的电流路径，所以导致了推荐用法就是电压或者电流型用法，需要特别注意。
某项目采用不用的RJ45链接器，也出现了这个问题，这其实也是这个知识点。
最后就是一些基本的配置，默认配置建议按datesheet说明进行配置，下图就是RTL8211E的一些配置，
另外需要特别注意的就是，有些PHY芯片会有一些低功耗的设置，在无特殊要求下，尽量不使用低功耗模式。
最后一个和这个相关的点就是，某些MAC芯片的输出电平要求并符合RGMII的电平规范，最常见的就是我们xinlinx的7系列的某款FPGA，他的3.3V电平并不符合RGMII的电平。
2.另一个经常出现的问题就是，千兆可以link，但是UDP传输时容易产生误码，而TCP传输时，速率上不去？
之前在设计中多次遇到这个问题，首先是电源设计问题，见下图是RTL8211的设计，在PCB设计时有严格的要求，记得有项目就是这个设计有问题所导致。
另外关于这个问题还有MAC核的内部的一些配置，像寄存器输出之类的这也很关键。关于MAC最好能自己手写一个，这样会加深对协议的理解。
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3.另外就是在时钟设计上
PHY的设计有个25M时钟，一般在采用无源晶振，如果要使用有源晶振，需与供应商确认清楚，内部起振电流的类型，一般90%以上的内部起振电流都是皮尔斯振荡器，这类震荡器结构我们建议有源晶振输入接在out口。
案例介绍并不全面，想起来整理完我会在更新。
第二层皮 2021.04.03于合肥
以下为本文一些知识的参考链接原文：
电流型和电压型PHY_电流型phy和电压型phy_谁de如花的博客-CSDN博客
以太网基础-MAC和PHY_奇小葩的博客-CSDN博客