MAC和PHY的工作原理精品課件

MAC和PHY的工作原理MAC和PHY的工作原理網(wǎng)卡的構成MAC的工作原理PHY的工作原理以太網(wǎng)工作的機制網(wǎng)卡的構成網(wǎng)卡：網(wǎng)絡適配器（NetworkInterfaceCard，簡稱NIC）網(wǎng)卡包括OSI模型的的兩個層——物理層和數(shù)據(jù)鏈路層物理層定義了數(shù)據(jù)傳送與接收所需要的光與電信號、線路狀態(tài)、時鐘基準、數(shù)據(jù)編碼和電路等，并向數(shù)據(jù)鏈路層設備提供標準接口。數(shù)據(jù)鏈路層則提供尋址機構、數(shù)據(jù)幀的構建、數(shù)據(jù)差錯檢查、傳送控制、向網(wǎng)絡層提供標準的數(shù)據(jù)接口等功能。網(wǎng)卡的構成MAC芯片的主要功能實現(xiàn)MAC子層和LLC子層的功能；提供符合規(guī)范的接口（PCI/PCIE等）以實現(xiàn)和主機的數(shù)據(jù)交換。通過MII與PHY相連。MII:MediaIndependentInterface,媒體獨立接口MAC芯片的工作原理MAC芯片模塊示意圖總線接口模塊一般是提供完整的PCI/PCIE總線的功能。包括中斷，DMA，主從設備應答，PCI/PCIE配置管理，內(nèi)存讀寫，內(nèi)部寄存器訪問等等。xROM模塊指配置的串行EEPROM，它可提供MAC芯片需要的信息如硬件MAC地址等。有時還有遠程啟動的BOOTROM，可以遠程啟動本地主機。管理控制模塊主要是芯片進行控制和管理，它主要是通過許多寄存器來進行的。協(xié)議處理/數(shù)據(jù)轉發(fā)模塊主要是處理以太網(wǎng)的MAC協(xié)議，包括數(shù)據(jù)成幀，幀數(shù)據(jù)收發(fā)，以及出錯時重發(fā)等等。收發(fā)FIFO，一般是16×8bit的FIFO，來提供數(shù)據(jù)的緩沖提供收發(fā)的性能。MII接口控制模塊，把FIFO來的數(shù)據(jù)通過MII接口發(fā)送出去，并形成其它MII接口的控制信號。MAC層芯片主要是提供主機（或CPU）進行以太網(wǎng)收發(fā)的接口。在發(fā)送部分，它接收從CPU來的數(shù)據(jù)幀，并產(chǎn)生CRC校驗，再通過物理層接口將其發(fā)送出去，如在發(fā)送中出現(xiàn)沖突等問題則還要進行重發(fā)等控制。在接收部分，它接收從物理層發(fā)來的數(shù)據(jù)組裝成數(shù)據(jù)幀，并同時進行CRC校驗。它判斷以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀的目的地址是否與本機的地址匹配，并根據(jù)主機的設置來判斷是否向主機發(fā)中斷報告各種情況（如收到一個完整的匹配數(shù)據(jù)幀或接收幀中出現(xiàn)錯誤等等）。CRC:CyclicRedundancyCheck”，中文名是“循環(huán)冗余碼”。是數(shù)據(jù)通信領域中最常用的一種差錯校驗碼，其特征是信息字段和校驗字段的長度可以任意選定。PHY芯片的主要作用對端口LINK狀態(tài)的判斷自動協(xié)商，當然MAC可以修改PHY的寄存器間接控制自動協(xié)商完成MII（RMII）數(shù)據(jù)和串行數(shù)據(jù)流之間的轉化：包括4B/5B的編碼的轉化（不包括10BASE-T）；串并轉換；最后轉換成低壓信號，根據(jù)端口不同的工作模式轉換方式也有所不同。例如在100BASE-T下是MLT-3；在10BASE-T下是曼徹斯特編碼在MII的工作方式下，完成沖突檢測。若是工作于RMII模式下則此項任務由MAC完成。PS:在RMII的時候，沖突檢測由MAC完成。MAC把TXEN和CRS_DV信號的“近似與”作為沖突的判定標準。CRS_DV：此信號是由MII接口中的RX_DV和CRS兩個信號合并而成PHY的工作原理10M的MII的時鐘是2.5M，100M的MII的時鐘是25MPHY芯片包括MII/GMII（介質獨立接口）子層、PCS（物理編碼子層）、PMA（物理介質附加）子層、PMD（物理介質相關）子層、MDI子層。100MPHY的主要模塊PCS(PHYSICALCODINGSUBLAYER)：提供4B/5B編碼、串并轉換以及沖突檢測功能，同時只要TxEN無效就提供“idle”信號給PMD層.PMA(PHYSICALMEDIUMATTACHMENT)：提供對LINK狀態(tài)的判斷和載波偵聽的功能，完成串行信號和NRZI信號之間的轉化.PMD(PHYSICALMEDIUMDEPENDENT)：提供對信號的scrambling(擾頻)/descrambling（解擾）；對信號進行編碼，在100TX下是MLT-3,在10T下是Manchester.MII包含兩部分，一個數(shù)據(jù)接口，以及一個MAC和PHY之間的管理接口MDIO/MDC.擾碼就是作有規(guī)律的隨機化處理后的信碼，目的是抑制線路碼中的長連“0”和長連“1”，便于從線路信號中提取時鐘信號。PHY芯片工作示意圖MDIO/MDC的功能讀取PHY的狀態(tài)寄存器：端口的連接狀態(tài)；自動協(xié)商是否完成；PHY選擇的工作模式以及其它狀態(tài)。寫PHY的寄存器：強制端口的工作狀態(tài)；指導PHY完成自動協(xié)商；修改端口燈的顯示模式；控制Crossover、FEFI等功能是否實施。上電的時候，MAC修改PHY的寄存器，控制端口是否進行自動協(xié)商，以及自動協(xié)商的能力，包括雙工、速度、流控等以太網(wǎng)的工作的機制——CSMA/CDCSMA/CD（Carrier

Sense

Multiple

Access

with

Collision

Detection，載波偵聽多路訪問/沖突檢測協(xié)議），是一種在共享介質條件下多點通訊的有效手段。所謂載波偵聽（Carrier

Sense），意思是網(wǎng)絡上各個工作站在發(fā)送數(shù)據(jù)前都要確認總線上有沒有數(shù)據(jù)傳輸。若有數(shù)據(jù)傳輸（稱總線為忙），則不發(fā)送數(shù)據(jù)；若無數(shù)據(jù)傳輸（稱總線為空），立即發(fā)送準備好的數(shù)據(jù)。

所謂多路訪問（Multiple

Access），意思是網(wǎng)絡上所有工作站收發(fā)數(shù)據(jù)共同使用同一條總線，且發(fā)送數(shù)據(jù)是廣播式的。

所謂沖突（Collision），意思是若網(wǎng)上有兩個或兩個以上工作站同時發(fā)送數(shù)據(jù)，在總線上就會產(chǎn)生信號的混合，這樣哪個工作站都辨別不出真正的數(shù)據(jù)是什么。這種情況稱為數(shù)據(jù)沖突，又稱為碰撞。它的工作原理是:發(fā)送數(shù)據(jù)前先偵聽信道是否空閑,若空閑，則立即發(fā)送數(shù)據(jù)。若信道忙碌，則等待一段時間至信道中的信息傳輸結束后再發(fā)送數(shù)據(jù)；若在上一段信息發(fā)送結束后，同時有兩個或兩個以上的節(jié)點都提出發(fā)送請求，則判定為沖突。若偵聽到?jīng)_突,則立即停止發(fā)送數(shù)據(jù)，等待一段隨機時間,再重新嘗試。其原理簡單總結為：先聽后發(fā)，邊發(fā)邊聽，沖突停發(fā)，隨機延遲后重發(fā)以太網(wǎng)的工作機制——自動協(xié)商自動協(xié)商的主要功能就是使物理鏈路兩端的設備自動通過交互信息自動選擇一種運行模式來運行。自動協(xié)商的內(nèi)容主要包括雙工模式運行速率流量控制等內(nèi)容一旦協(xié)商通過鏈路兩端的設備就鎖定在這樣一種運行模式下直到重新引導設備或重新插拔電纜。當連接的雙方都有自動協(xié)商能力的時候，PHY通過發(fā)送FLP（FastLinkPulse快速鏈路脈沖）來決定端口的工作模式，每一個FLP脈沖群包括33個脈沖，每個脈沖間隔62.5us，脈沖群的間隔為16±8ms。奇數(shù)脈沖代表時鐘長有，偶數(shù)脈沖表示數(shù)據(jù)，有脈沖信號為“1”，沒有脈沖信號為“0”。每個FLP包含16bits數(shù)據(jù)即所謂的“page”。所有的支持Auto-negotiation的器件必須能夠讀懂“basepage。整個報文按16ms間隔重復，直到自協(xié)商完成自協(xié)商基本頁信息當連接的雙方只有一方支持自動協(xié)商的時候，沒有自協(xié)商能力的一方發(fā)送NLP(normallinkpulsesin10Mbps)或者IdleSymbols（100Mbps）；有自動協(xié)商能力的PHY探測線路上的速度信息，配置端口為10M半雙工或者是100M半雙工。NLP是每間隔16±8ms發(fā)送一個脈沖，IDLE就是全“1”信號.自動協(xié)商的優(yōu)先級9、人的價值，在招收誘惑的一瞬間被決定。03-2月-2303-2月-23Friday,February3,202310、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。***2/3/20234:38:26PM11、人總是珍惜為得到。03-2月-23**Feb-2303-Feb-2312、人亂于心，不寬余請。***Friday,February3,202313、生氣是拿別人做錯的事來懲罰自己。03-2月-2303-2月-23**03February202314、抱最大的希望，作最大的努力。03二月2023**03-2月-2315、一個人炫耀什么，說明他內(nèi)心缺少什么。。二月23*03-2月-23*03February202316、業(yè)余生活要有意義，不要越軌。**2/3/202317、一個人即使已登上頂峰，也仍要自強不息。***03-2月-23謝謝大家9、人的價值，在招收誘惑的一瞬間被決定。03-2月-2303-2月-23Friday,February3,202310、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。***2/3/20234:38:27PM11、人總是珍惜為得到。03-2月-23**Feb-2303-Feb-2312、人亂于心，不寬余請。***Friday,February3,202313、生氣是拿別人做錯的事來懲罰自己。03-2月-2303-2月-23**03February202314、抱最大的希望，作最大的努力。03二月2023**03-2月-2315、一個人炫耀什么，說明他內(nèi)心缺少什么。。二月23*03-2月-23*03February202316、業(yè)余生活要有意義，不要越軌。**2/3/202317、一個人即使已登上頂峰，也仍要自強不息。***03-2月-23謝謝大家9、人的價值，在招收誘惑的一瞬間被決定。03-2月-2303-2月-23Friday,February3,202310、低頭要有勇氣，抬頭要有低氣。***2/3/20234:38:27PM11、人總是珍惜為得到。03-2月-23**Feb-2303-Feb-2312、人亂于心，不寬余請。***Friday,February3,2023