Rozhraní nezávislé na médiích - Media-independent interface

Konektor MII na pracovní stanici Sun Ultra 1 Creator

Rozhraní nezávislé na médiích ( MII ) bylo původně definováno jako standardní rozhraní pro připojení bloku MAC ( Fast Access (tj. 100 Mbit/s ) media access control ) k čipu PHY . MII je standardizován IEEE 802.3u a spojuje různé typy PHY s MAC. Být nezávislý na médiích znamená, že lze použít různé typy zařízení PHY pro připojení k různým médiím (tj. Kroucená dvojlinka , optická vlákna atd.) Bez přepracování nebo výměny hardwaru MAC. Lze tedy použít jakýkoli MAC s jakoukoli PHY, nezávisle na médiu pro přenos síťového signálu.

MII lze použít k připojení MAC k externímu PHY pomocí zásuvného konektoru nebo přímo k čipu PHY na stejném PCB . Na počítači CNR konektor typu B přenáší signály MII.

Síťová data na rozhraní jsou orámována pomocí standardu IEEE Ethernet . Jako takový se skládá z preambule, oddělovače počátečních rámců, ethernetových záhlaví, dat specifických pro protokol a kontroly cyklické redundance (CRC). Původní MII přenáší síťová data pomocí 4bitových nibbles v každém směru (4 přenosové datové bity, 4 přijímané datové bity). Data jsou taktována na 25 MHz, aby bylo dosaženo propustnosti 100 Mbit/s. Původní design MII byl rozšířen tak, aby podporoval snížené signály a vyšší rychlosti. Aktuální varianty zahrnují redukované rozhraní nezávislé na médiích ( RMII ), gigabitové rozhraní nezávislé na médiích ( GMII ), redukované gigabitové rozhraní nezávislé na médiích ( RGMII ), sériové gigabitové rozhraní nezávislé na médiích ( SGMII ), vysoké sériové gigabitové rozhraní nezávislé na médiích ( HSGMII ), quad serial gigabit media-independent interface ( QSGMII ), and 10-gigabit media-independent interface ( XGMII ).

Správa dat Input / Output (MDIO) sériová sběrnice je podmnožinou MII, který se používá na informace o řízení přenosu mezi MAC a PHY. Při zapnutí se pomocí automatického vyjednávání PHY obvykle přizpůsobí tomu, k čemu je připojeno, pokud nejsou změněna nastavení prostřednictvím rozhraní MDIO.

Standardní MII

Standardní MII obsahuje malou sadu registrů:

  • Konfigurace základního režimu (#0)
  • Stavové slovo (č. 1)
  • Identifikace PHY ( #2, #3)
  • Možnost reklamy (#4)
  • Možnost propojení partnera (#5)
  • Rozšíření automatického vyjednávání (#6)

Stavové slovo MII je nejužitečnějším vztažným bodem, protože jej lze použít k detekci, zda je ethernetová síťová karta připojena k síti. Obsahuje bitové pole s následujícími informacemi:

Bitová hodnota Význam
0x8000 Schopen 100BASE-T4
0x7800 Možnost 10/100 HD/FD (nejběžnější)
0x0040 Potlačení preambule je povoleno
0x0020 Automatické vyjednávání dokončeno
0x0010 Vzdálená chyba
0x0008 Možnost automatického vyjednávání
0x0004 Spojení navázáno
0x0002 Jabber detekován
0x0001 Existují rozšířené registry MII

Signály vysílače

Jméno signálu Popis Směr
TX_CLK Vysílací hodiny PHY na MAC
TXD0 Přenos datového bitu 0 (vyslán jako první) MAC na PHY
TXD1 Přenos datového bitu 1 MAC na PHY
TXD2 Přenos datového bitu 2 MAC na PHY
TXD3 Přenos datového bitu 3 MAC na PHY
TX_CZ Povolit přenos MAC na PHY
TX_ER Chyba přenosu (volitelně) MAC na PHY

Vysílací hodiny jsou volně běžící hodiny generované PHY na základě rychlosti spojení (25 MHz pro 100 Mbit/s, 2,5 MHz pro 10 Mbit/s). Zbývající vysílané signály jsou řízeny MAC synchronně na stoupající hraně TX_CLK. Toto uspořádání umožňuje, aby MAC fungoval, aniž by si musel být vědom rychlosti připojení. Signál povolení přenosu je během rámcového přenosu držen vysoko a nízko, když je vysílač nečinný.

Chyba přenosu může být vyvolána po dobu jedné nebo více hodinových period během přenosu rámce, aby požádala PHY o záměrné poškození rámce nějakým viditelným způsobem, který znemožňuje jeho přijetí jako platné. To lze použít k přerušení rámce, pokud je po zahájení přenosu zjištěn nějaký problém. MAC může vynechat signál, pokud pro tuto funkci nemá využití, v takovém případě by měl být signál pro PHY vázán nízko.

Více nedávno, zvýšení chyby přenosu mimo rámec přenosu se používá k označení přenosových datových linek se používá pro signalizaci zvláštního účelu. Konkrétně se datová hodnota 0b0001 (udržovaná nepřetržitě s TX_EN low a TX_ER high) používá k vyžádání PHY s podporou EEE pro vstup do režimu nízké spotřeby.

Signály přijímače

Jméno signálu Popis Směr
RX_CLK Přijímat hodiny PHY na MAC
RXD0 Přijmout datový bit 0 (přijat jako první) PHY na MAC
RXD1 Přijmout datový bit 1 PHY na MAC
RXD2 Přijímat datový bit 2 PHY na MAC
RXD3 Přijímat datový bit 3 PHY na MAC
RX_DV Příjem dat je platný PHY na MAC
RX_ER Přijmout chybu PHY na MAC
CRS Nosný smysl PHY na MAC
COL Detekce kolize PHY na MAC

Prvních sedm signálů přijímače je zcela analogických signálům vysílače, kromě toho, že RX_ER není volitelný a používá se k označení přijímaného signálu, který nelze dekódovat na platná data. Hodiny příjmu jsou obnoveny z příchozího signálu během příjmu rámce. Když nelze obnovit žádné hodiny (tj. Když je médium tiché), musí PHY jako náhrada předložit volně běžící hodiny.

Není vyžadováno, aby signál platný pro přijímaná data (RX_DV) dosáhl vysoké úrovně ihned po spuštění rámce, ale musí tak učinit včas, aby bylo zajištěno, že bajt „začátek oddělovače rámců“ bude zahrnut v přijatých datech. Může dojít ke ztrátě některých kousků preambule.

Podobně jako u přenosu, zvýšení RX_ER mimo rámec se používá pro speciální signalizaci. Pro příjem jsou definovány dvě datové hodnoty: 0b0001, což znamená, že spojovací partner je v režimu nízké spotřeby EEE, a 0b1110 pro indikaci falešné nosné .

Signály CRS a COL jsou asynchronní k přijímacím hodinám a mají smysl pouze v poloduplexním režimu. Smysl nosiče je vysoký při vysílání, příjmu nebo je médium jinak vnímáno jako používáno. Pokud je detekována kolize, COL také stoupá, zatímco kolize přetrvává.

Kromě toho může MAC slabě zvyšovat signál COL, což umožňuje kombinaci COL high s CRS low (což PHY nikdy nevytvoří) sloužit jako indikace chybějícího/odpojeného PHY.

Signály řízení

Hlavní článek: Vstup/výstup dat správy
Jméno signálu Popis Směr
MDIO Data pro správu Obousměrné
MDC Hodiny pro správu dat MAC na PHY

MDC a MDIO tvoří synchronní sériové datové rozhraní podobné I²C . Stejně jako u I²C je rozhraní sběrnicí typu multidrop, takže MDC a MDIO lze sdílet mezi více PHY.

Omezení

Rozhraní vyžaduje 18 signálů, z nichž pouze dva (MDIO a MDC) lze sdílet mezi více PHY. To představuje problém, zejména u zařízení s více porty; například osmiportový přepínač využívající MII bude potřebovat signály 8 × 16 + 2 = 130.

Redukované rozhraní nezávislé na médiích

„RMII“ přeadresuje tady. Nesmí být zaměňována s RM2 .

Redukované rozhraní nezávislé na médiích (RMII) je standard, který byl vyvinut za účelem snížení počtu signálů potřebných pro připojení PHY k MAC. Snížení počtu pinů snižuje náklady a složitost síťového hardwaru, zejména v kontextu mikrokontrolérů s integrovanými MAC, FPGA , multiportovými přepínači nebo opakovači a čipsety základní desky PC. Aby toho bylo dosaženo, byly oproti standardu MII změněny čtyři věci. Tyto změny znamenají, že RMII používá přibližně polovinu počtu signálů ve srovnání s MII.

  • Dva hodiny TXCLK a RXCLK jsou nahrazeny jediným taktem. Tyto hodiny jsou spíše vstupem do PHY než výstupem, který umožňuje sdílení hodinového signálu mezi všemi PHY v zařízení s více porty, jako je například přepínač.
  • Taktovací frekvence je zdvojnásobena z 25 MHz na 50 MHz, zatímco datové cesty jsou zúženy ze 4 bitů na 2 bity.
  • Signály RXDV a CRS jsou multiplexovány do jednoho signálu.
  • Signál COL je odstraněn.
Signály redukovaného rozhraní nezávislého na médiu (RMII)
Jméno signálu Popis Směr
REF_CLK Nepřetržitý referenční takt 50 MHz Referenční hodiny mohou být vstupem na obou zařízeních z externího zdroje hodin, nebo mohou být řízeny z MAC do PHY, nebo mohou být řízeny z PHY do MAC
TXD0 Přenos datového bitu 0 (vyslán jako první) MAC na PHY
TXD1 Přenos datového bitu 1 MAC na PHY
TX_CZ Když je vysoká, data hodin na TXD0 a TXD1 do vysílače MAC na PHY
RXD0 Přijmout datový bit 0 (přijat jako první) PHY na MAC
RXD1 Přijmout datový bit 1 PHY na MAC
CRS_DV Carrier Sense (CRS) a RX_Data Valid (RX_DV) multiplexované v alternativních hodinových cyklech. V režimu 10 Mbit/s se střídá každých 10 hodinových cyklů. PHY na MAC
RX_ER Chyba příjmu (volitelně na přepínačích) PHY na MAC
MDIO Data pro správu Obousměrné
MDC Hodiny pro správu dat. MAC na PHY

MDC a MDIO lze sdílet mezi více PHY.

Signály přijímače jsou vztaženy k REF_CLK, stejně jako signály vysílače.

Toto rozhraní vyžaduje 9 signálů oproti 18 z MII. Z těchto 9 může být na zařízeních s více porty MDIO, MDC a REF_CLK sdíleno s ponecháním 6 nebo 7 pinů na port.

RMII vyžaduje hodiny 50 MHz, kde MII vyžaduje hodiny 25 MHz a data jsou taktována po dvou bitech oproti 4 bitům najednou pro MII nebo po 1 bitu najednou pro SNI (pouze 10 Mbit/s). Data jsou vzorkována pouze na náběžné hraně (tj. Nejsou dvakrát čerpána ).

REF_CLK pracuje na frekvenci 50 MHz v režimu 100 Mbit/s i 10 Mbit/s . Vysílací strana (PHY nebo MAC) musí udržovat všechny signály platné po dobu 10 hodinových cyklů v režimu 10 Mbit/s . Přijímač (PHY nebo MAC) vzorkuje vstupní signály pouze každých deset cyklů v režimu 10 Mbit/s .

Omezení

Neexistuje žádný signál, který by definoval, zda je rozhraní v plném nebo polovičním duplexním režimu, ale musí souhlasit MAC i PHY. Toto místo toho musí být sděleno přes sériové rozhraní MDIO/MDC. Neexistuje také žádný signál, který by definoval, zda je rozhraní v režimu 10 nebo 100 Mbit/s, takže to musí být také řešeno pomocí rozhraní MDIO/MDC. Verze 1.2 specifikace RMII Consortium uvádí, že její rozhraní MDIO/MDC je totožné s rozhraním specifikovaným pro MII v IEEE 802.3u. Aktuální revize IEEE 802.3 určují standardní mechanismus MDIO/MDC pro vyjednávání a konfiguraci rychlosti připojení a duplexního režimu, ale je možné, že starší zařízení PHY mohla být navržena proti zastaralým verzím standardu, a proto mohou k nastavení použít proprietární metody rychlost a duplex.

Nedostatek signálu RX_ER, který není připojen na některých MAC (jako jsou multiportové přepínače), je řešen výměnou dat na některých PHY za účelem zrušení platnosti CRC . Chybějící signál COL je odvozen z AND-ing společně TX_EN a dekódovaného signálu CRS z linky CRS_DV v polovičním duplexním režimu. To znamená mírnou úpravu definice CRS: Na MII se CRS uplatňuje pro rámce Rx i Tx; na RMII pouze pro rámce Rx. To má za následek, že v RMII nelze detekovat dvě chybové podmínky bez nosiče a ztraceného nosiče a je obtížné nebo nemožné podporovat sdílená média, jako je 10BASE2 nebo 10BASE5 .

Protože standard RMII opomněl stanovit, že TX_EN by měl být vzorkován pouze na alternativních hodinových cyklech, není symetrický s CRS_DV a dvě zařízení RMII PHY nelze připojit zády k sobě za účelem vytvoření opakovače; to je však možné u National DP83848, který dodává dekódovaný RX_DV jako doplňkový signál v režimu RMII.

Úrovně signálu

TTL logické úrovně jsou určeny pro 5 V nebo 3,3 V logice. Vstupní vysoký práh je 2,0 V a nízká je 0,8 V . Specifikace uvádí, že vstupy by měly být tolerantní k 5 V , nicméně některé populární čipy s rozhraním RMII nejsou tolerantní k 5 V. Novější zařízení mohou podporovat logiku 2,5 V a 1,8 V.

Signály RMII jsou považovány za soustředěné signály spíše než přenosové linky . Verze IEEE souvisejícího standardu MII však určuje stopovou impedanci 68 Ω . Společnost National doporučuje pro snížení odrazů spouštět 50 Ω stopy s zakončovacími odpory řady 33 Ω v režimu MII nebo RMII. National také navrhuje, aby byly stopy udržovány pod 0,15 m dlouhé a aby odpovídaly délce 0,05 m, aby se minimalizovalo zkosení.

Gigabitové rozhraní nezávislé na médiích

Gigabitové rozhraní nezávislé na médiích (GMII) je rozhraní mezi zařízením MAC (Media Access Control ) a fyzickou vrstvou ( PHY ). Rozhraní pracuje s rychlostmi až 1 000 Mbit/s, implementováno pomocí datového rozhraní taktovaného na 125 MHz se samostatnými osmibitovými datovými cestami pro příjem a vysílání, a je zpětně kompatibilní se specifikací MII a může pracovat při záložních rychlostech 10 nebo 100 Mbit/s.

Rozhraní GMII bylo poprvé definováno pro 1000BASE-X v IEEE 802.3z-1998 jako ustanovení 35 a následně začleněno do IEEE 802.3-2000 a dále.

Signály vysílače

Jméno signálu Popis
GTXCLK Hodinový signál pro gigabitové TX signály (125 MHz)
TXCLK Hodinový signál pro signály 10/100 Mbit/s
TXD [7..0] Data k přenosu
TXEN Povolení vysílače
TXER Chyba vysílače (v případě potřeby slouží k záměrnému poškození paketu)

Hodiny vysílače jsou dva. Použité hodiny závisí na tom, zda PHY pracuje s gigabitovou nebo 10/100 Mbit/s rychlostí. Pro gigabitový provoz je GTXCLK dodáván do PHY a signály TXD, TXEN, TXER jsou k tomu synchronizovány. Pro provoz 10 nebo 100 Mbit/s je TXCLK dodáván PHY a slouží k synchronizaci těchto signálů. To funguje buď na 25 MHz pro 100 Mbit/s, nebo 2,5 MHz na 10 Mbit/s připojení. Naproti tomu přijímač používá jediný hodinový signál získaný z příchozích dat.

Signály přijímače

Jméno signálu Popis
RXCLK Přijatý hodinový signál (obnoven z příchozích přijatých dat)
RXD [7..0] Přijatá data
RXDV Znamená, že přijatá data jsou platná
RXER Znamená, že přijatá data mají chyby
COL Detekce kolizí (pouze poloduplexní připojení)
CS Carrier sense (pouze poloduplexní připojení)

Signály řízení

Jméno signálu Popis
MDC Hodiny rozhraní pro správu
MDIO Obousměrný pin I/O rozhraní pro správu.

Rozhraní pro správu řídí chování PHY. Existuje 32 registrů, z nichž každý obsahuje 16 bitů. Prvních 16 registrů má definované použití, zatímco ostatní jsou specifické pro zařízení. Registry se používají ke konfiguraci zařízení a dotazu na aktuální provozní režim.

Redukované gigabitové rozhraní nezávislé na médiích

Podporované rychlosti ethernetu
[Mbit/s] [ MHz ] Bity/hodinový cyklus
10 2.5 4
100 25  4
1000 125  8

Redukované gigabitové rozhraní nezávislé na médiích (RGMII) využívá poloviční počet datových pinů, než jaké se používají v rozhraní GMII. Této redukce je dosaženo provozováním polovičního počtu datových linek s dvojnásobnou rychlostí, časově multiplexními signály a odstraněním nepodstatných signálů snímání nosné a kolize. RGMII se tedy skládá pouze z 12 pinů, na rozdíl od 24 GMII.

Data jsou taktována na stoupajících a klesajících hranách pro 1 000 Mbit/s a na stoupajících hranách pouze pro 10/100 Mbit/s. Signál RX_CTL nese RXDV (data platná) na náběžné hraně a (RXDV xor RXER) na sestupné hraně. Signál TX_CTL rovněž nese TXEN na stoupající hraně a (TXEN x nebo TXER) na sestupné hraně. To je případ 1000 Mbit/s i 10/100 Mbit/s.

Vysílací hodinový signál je vždy poskytován MAC na lince TXC. Signál hodinového příjmu je vždy poskytován PHY na lince RXC. Používá se synchronní synchronizace zdroje : hodinový signál, který je na výstupu (buď pomocí PHY nebo MAC), je synchronní s datovými signály. To vyžaduje, aby byla deska plošných spojů navržena tak, aby přidávala zpoždění signálu 1,5–2 ns k hodinovému signálu, aby splňoval časy nastavení a výdrže na dřezu. RGMII v2.0 specifikuje volitelné interní zpoždění, což eliminuje potřebu návrháře desek plošných spojů přidat zpoždění; toto je známé jako RGMII-ID.

RGMII signály
Jméno signálu Popis Směr
TXC Hodinový signál MAC na PHY
TXD [3..0] Data k přenosu MAC na PHY
TX_CTL Multiplexování povolení vysílače a chyby vysílače MAC na PHY
RXC Přijatý hodinový signál (obnoven z příchozích přijatých dat) PHY na MAC
RXD [3..0] Přijatá data PHY na MAC
RX_CTL Multiplexování přijatých dat je platné a chyba přijímače PHY na MAC
MDC Hodiny rozhraní pro správu MAC na PHY
MDIO Rozhraní pro správu I/O Obousměrné

RGMII verze 1.3 používá 2,5 V CMOS, zatímco RGMII verze 2 používá 1,5 V HSTL .

Sériové gigabitové rozhraní nezávislé na médiích

Sériové gigabitové rozhraní nezávislé na médiích (SGMII) je variantou MII používaného pro gigabitový ethernet, ale může také přenášet 10/100 Mbit/s ethernet.

Pro data TX a RX a hodiny TX a RX používá diferenciální páry na frekvenci DDR 625 MHz. To se liší od GMII svou nízkou spotřebou energie a nízkou pin-Počet 8b / 10b -coded Serdes . Přenosová a přijímací cesta každý používá jeden diferenciální pár pro data a další diferenciální pár pro hodiny. Hodiny TX/RX musí být generovány na výstupu zařízení, ale jsou volitelné na vstupu zařízení ( alternativně lze použít obnovu hodin ). 10/100 Mbit/s Ethernet je přenášen duplikováním datových slov po 100/10 krát, takže hodiny jsou vždy na 625 MHz.

Rozhraní nezávislé na vysokém sériovém gigabitovém médiu

Vysoce sériové gigabitové rozhraní nezávislé na médiích (HSGMII) je funkčně podobné SGMII, ale podporuje rychlost připojení až 2,5 Gbit/s.

Čtyřsériové gigabitové rozhraní nezávislé na médiích

Čtyřsériové gigabitové rozhraní nezávislé na médiích (QSGMII) je metoda kombinování čtyř linek SGMII do rozhraní 5 Gbit/s. QSGMII, stejně jako SGMII, používá nízkonapěťovou diferenciální signalizaci (LVDS) pro data TX a RX a jeden hodinový signál LVDS. QSGMII používá výrazně méně signálových linek než čtyři samostatná připojení SGMII.

10 gigabitové rozhraní nezávislé na médiích

10gigabitové rozhraní nezávislé na médiích (XGMII) je standard definovaný v IEEE 802.3 určený k propojení plně duplexních 10 Gigabitových ethernetových (10GbE) portů mezi sebou navzájem a s jinými elektronickými zařízeními na desce plošných spojů (PCB). Nyní se obvykle používá pro připojení na čipu. Připojení desek plošných spojů se nyní většinou provádí pomocí XAUI . XGMII obsahuje dvě 32bitové datové cesty (Rx & Tx) a dva čtyřbitové řídicí toky (Rxc a Txc), pracující na frekvenci 156,25 MHz DDR (312,5  MT/s ).

Viz také

Reference

externí odkazy