Mac与Phy组成原理的简单分析
1 1. general
下图是网口结构简图。网口由CPU、MAC和PHY三部分组成。DMA控制器通常属于CPU的一部分,用虚线放在这里是为了表示DMA控制器可能会参与到网口数据传输中。
对于上述的三部分,并不一定都是独立的芯片,根据组合形式,可分为下列几种类型:
方案一:CPU集成MAC与PHY;
方案二:CPU集成MAC,PHY采用独立芯片;
方案三:CPU不集成MAC与PHY,MAC与PHY采用集成芯片;
本例中选用方案二做进一步说明,因为CPU总线接口很常见,通常都会做成可以像访问内存一样去访问,没必要拿出来说,而Mac与PHY之间的MII接口则需要多做些说明。
下图是采用方案二的网口结构图。虚框表示CPU,MAC集成在CPU中。PHY芯片通过MII接口与CPU上的Mac连接。
在软件上对网口的操作通常分为下面几步:
1) 1) 为数据收发分配内存;
2) 2) 初始化MAC寄存器;
3) 3) 初始化PHY寄存器(通过MIIM);
4) 启动收发;
2. 2. MII
MII接口是MAC与PHY连接的标准接口。因为各厂家采用了同样的接口,用户可以根据所需的性能、价格,采用不同型号,甚至不同公司的phy芯片。
需要发送的数据通过MII接口中的收发两组总线实现。而对PHY芯片寄存器的配置信息,则通过MII总的一组串口总线实现,即MIIM(MII Management)。
下表列出了MII总线中主要的一些引脚
PIN Name |
Direction |
Description |
TXD[0:3] |
Mac to Phy |
Transmit Data |
TXEN |
Mac to Phy |
Transmit Enable |
TXCLK |
Mac to Phy |
Transmit Clock |
RXD[0:3] |
Phy to Mac |
Receive Data |
RXEN |
Phy to Mac |
Receive Enable |
RXCLK |
Phy to Mac |
Receive Clock |
MDC |
Mac to Phy |
Management Data Clock |
MDIO |
Bidirection |
Management Data I/O |
MIIM只有两个线,时钟信号MDC与数据线MDIO。读写命令均由Mac发起,PHY不能通过MIIM主动向Mac发送信息。由于MIIM只能有Mac发起,我们可以操作的也就只有MAC上的寄存器。
3. 3. DMA
收发数据总是间费时费力的事,尤其对于网络设备来说更是如此。CPU做这些事情显然不合适。既然是数据搬移,最简单的办法当然是让DMA来做。毕竟专业的才是最好的。
这样CPU要做的事情就简单了。只需要告诉DMA起始地址与长度,剩下的事情就会自动完成。
通常在MAC中会有一组寄存器专门用户记录数据地址,tbase与rbase,cpu按MAC要的格式把数据放好后,启动MAC的数据发送就可以了。启动过程常会用到寄存器tstate。
4. 4. MAC
CPU上有两组寄存器用与MAC。一组用户数据的收发,对应上面的DMA;一组用户MIIM,用户对PHY进行配置。
两组寄存器由于都在CPU上,配置方式与其他CPU上寄存器一样,直接读写即可。
数据的转发通过DMA完成。
5. 5. PHY
该芯片是一个10M/100M Ethernet网口芯片
PHY芯片有一组寄存器用户保存配置,并更新状态。CPU不能直接访问这组寄存器,只能通过MAC上的MIIM寄存器组实现间接访问。
同时PHY芯片负责完成MII总线的数据与Media Interface上数据的转发。该转发根据寄存器配置自动完成,不需要外接干预。