PHY(Physical Layer,PHY)通俗理解
碎碎念:最近更新的周期有点长...
主要最近和朋友一起重新开了一个公众号(FPGA Breaker),这个公众号也和本公众号垂直深度,不会和本公众号内容有太多重叠,主要是本人想推进国内开源IP的使用和发展,这样就可以大大缩短开发周期,不需要独立去写各种简单的IP核,比如IIC、UART、SPI等等,这方面国外的Opencores做的很好,但是Opencores是符合国外编程习惯的,大部分IP核都是VHDL语言写的,而且国内对开源的概念的理解还不是......
因为本人精力有限,所以想请朋友帮忙,会重新开一个公众号,因为新的公众号会以程序讲解和设计为主,所以还在考虑怎么方便和读者沟通的问题。
最后就是开源IP肯定要有验证平台,所以最近也在准备一个开源平台,原理图已画好,正在Layout,这里简单介绍一下设计理念,就是所有的EDA全部采用开源工具链,不会涉及到License的问题,源码和各种文件也会同步到github上。
PS:大家对于上面有什么好的Idea或者其他想法,可以通过公众号->服务->帮我中心,联系我们,欢迎各位朋友提问题和意见,悉听各位大佬尊言。
最后就是本系列文章,大部分文章草稿已经完成,剩下的就是排版和审核了,预计会在六一儿童节之前完成。
切入正题
从硬件上来说,一般PHY芯片为模数混合电路,负责接收电、光这类模拟信号,经过解调和A/D转换后通过MII接口将信号交给MAC芯片进行处理。一般MAC芯片为纯数字电路。
物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等,并向数据链路层设备提供标准接口。物理层的芯片称之为PHY。
下图为RTL8211的原理框图,详细的数据手册链接如下:
http://download3.dvd-driver.cz/realtek/datasheets/pdf/rtl8211e(g)-vb(vl)-cg_datasheet_1.6.pdf
图8‑7 RTL8211原理框图
下图是Ti的DP83865原理框图,详细的数据手册链接如下:
http://www.ti.com/product/DP83865/technicaldocuments
图8‑8 DP83865原理框图
下图为88X3140/3120的原理框图,详细的数据手册链接如下:
https://www.marvell.com/products/transceivers/alaska-x-gbe.html
图8‑9 88X3140/3120原理框图
通过几个PHY片的原理框图可以总结出下面的简化PHY片的原理框图。
图8‑10 PHY简化的原理框图
从上图可知,PHY它包含了多个功能模块,功能模块的多少会因需要的不同而有所增减,比如:
只有10GBase-R、40GBase-R、100GBase-R的PCS需要FEC;
40GBase-R的PCS需要2个PMA、100GBase-R的PCS需要3个PMA;
只有≥1Gbps以上的背板应用场景才会用到AN。
接下来详细介绍上图中各个功能模块:
表8‑3各个功能模块的作用
名称 |
作用 |
|
PLS |
Physical Sublayer Signaling |
对MAC给的信息进行传递,只在1Mb/s、10Mb/s的应用场景才出现; |
PCS |
Physical Coding Sublayer |
对MAC给的信息进行编码,应用于≥100 Mb/s的应用场景,比如完成8B/10B、64B/66B、256B/257B编码; |
FEC |
Forward Error Correction |
前向纠错,与10GBase-R、40GBase-R的PCS 搭配; |
RS-FEC |
Reed-Solomon Forward Error Correction |
Reed-Solomon前向纠错,比单纯的FEC纠错能力更强,与100GBase-R的PCS 搭配,采用256B/257B编码; |
PMA |
Physical Medium Attachment |
物理介质连接子层。执行并串/串并转换 |
PMD |
Physical Medium Dependent |
物理介质相关子层。信号转换到特定介质上或反向转换 |
AN |
Auto-Negotiation Function |
自动协商,使背板两侧的Device能够互换信息以发挥出彼此最大的优势; |
图中还有连接各个模块间的接口比较特殊,这里面在单独列出来,如下表所示:
表8‑4各个模块间的接口
名称 |
备注 |
|
PLS与PMA间的接口 |
AUI |
Attachment Unit Interface |
PCS与FEC间的接口 |
XSBI |
10-Gigabit Sixteen Bit Interface |
PMA与PMA间的接口-可以是chip to chip,也可以是chip to module |
XLAUI |
40 Gigabit Attachment Unit Interface,4条lane,每条lane的数率是10.3125Gbps; |
CAUI |
100 Gigabit Attachment Unit Interface,10条lane,每条lane的数率是10.31250Gbps; |
|
PMA与PMD间的接口 |
nPPI1 |
Parallel Physcial Interface |
1:nPPI特定出现在PMD所接的媒介是光纤的情况下,比如40GBase-SR4、100GBase-SR10、40GBase-LR4协议。也就是说这种情况下的PMD是光模块,nPPI就必然是一种chip to module间的接口,这也是IEEE802.3标准与OIF_CEI标准兼容的地方之一。
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