MII、RMII、GMII、RGMII接口详解及硬件设计注意事项
MII
MII(Media Independent interface)即介质无关接口,它是IEEE-802.3定义的行业标准,是MAC与PHY之间的接口。MII数据接口包含16个信号和2个管理接口信号,如下图所示:
信号定义如下:
MAC 通过MIIM 接口读取PHY 状态寄存器以得知目前PHY 的状态。例如连接速度、双工的能力等。也可以通过 MIIM设置PHY的寄存器达到控制的目的。例如流控的打开关闭、自协商模式还是强制模式等。MII以4位半字节方式传送数据双向传输,时钟速率25MHz。其工作速率可达100Mb/s。当时钟频率为2.5MHz时,对应速率为10Mb/s。MII接口虽然很灵活但由于信号线太多限制多接口网口的发展,后续又衍生出RMII,SMII等。
RMII
RMII(Reduced Media Independant Interface),精简MII接口,节省了一半的数据线。RMII收发使用2位数据进行传输,收发时钟均采用50MHz时钟源。
信号定义如下:
其中CRS_DV是MII中RX_DV和CRS两个信号的合并,当物理层接收到载波信号后CRS_DV变得有效,将数据发送给RXD。当载波信号消失后,CRS_DV会变为无效。在100M以太网速率中,MAC层每个时钟采样一次RXD[1:0]上的数据,在10M以太网速率中,MAC层每10个时钟采样一次RXD[1:0]上的数据,此时物理层接收的每个数据会在RXD[1:0]保留10个时钟。
GMII
GMII(Gigabit Media Independant Interface),千兆MII接口。GMII采用8位接口数据,工作时钟125MHz,因此传输速率可达1000Mbps。同时兼容MII所规定的10/100 Mbps工作方式。GMII接口数据结构符合IEEE以太网标准,该接口定义见IEEE 802.3-2000。信号定义如下:
RGMII
RGMII(Reduced Gigabit Media Independant Interface),精简GMII接口。相对于GMII相比,RGMII具有如下特征:
- 发送/接收数据线由8条改为4条
- TX_ER和TX_EN复用,通过TX_CTL传送
- RX_ER与RX_DV复用,通过RX_CTL传送
- 1 Gbit/s速率下,时钟频率为125MHz
- 100 Mbit/s速率下,时钟频率为25MHz
- 10 Mbit/s速率下,时钟频率为2.5MHz
信号定义如下:
虽然RGMII信号线减半,但TXC/RXC时钟仍为125Mhz,为了达到1000Mbit的传输速率,TXD/RXD信号线在时钟上升沿发送接收GMII接口中的TXD[3:0]/RXD[3:0],在时钟下降沿发送接收TXD[7:4]/RXD[7:4],并且信号TX_CTL反应了TX_EN和TX_ER状态,即在TXC上升沿发送TX_EN,下降沿发送TX_ER,同样的道理试用于RX_CTL。
拓展:
GMAC 信号设计如下:
避免信号走线穿越电源分割区域,保持信号参考平面完整;
RGMII 模式下,MAC 的 RXD0~RXD3、RXDV 信号线长度以时钟信号 RXCK 的长度为基准,控制在300mil 以内;MAC 的 TXD0~TXD3、TXEN 信号线长度以时钟信号 TXCKOUT 的长度为基准,控制在300mil 以内;
RGMII 走线总长不大于 5inch;
网口 PHY 芯片到变压器的差分信号 MDI0+、MDI0-、MDI1+、MDI1、MDI2+、MDI2-、MDI3+、MDI3-差分线对长度控制在5mil,差分阻抗控制在 100Ω。
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