Интерфейс, независимый от носителя

Интерфейс , независимый от среды ( MII ), изначально был определен как стандартный интерфейс для подключения блока управления доступом к среде (MAC) Fast Ethernet (т. е. 100 Мбит/с ) к чипу PHY . MII стандартизирован IEEE 802.3u и подключает различные типы PHY к MAC. Независимость от среды означает, что различные типы устройств PHY для подключения к различным средам (т. е. витая пара , оптоволокно и т. д.) могут использоваться без перепроектирования или замены оборудования MAC. Таким образом, любой MAC может использоваться с любым PHY, независимо от среды передачи сетевого сигнала.

MII можно использовать для подключения MAC к внешнему PHY с помощью подключаемого разъема или напрямую к чипу PHY на той же печатной плате . На старых ПК разъем CNR типа B передавал сигналы MII.

Сетевые данные на интерфейсе формируются с использованием стандарта IEEE Ethernet . Таким образом, они состоят из преамбулы, начального разделителя кадра, заголовков Ethernet, данных, специфичных для протокола, и циклической проверки избыточности (CRC). Исходный MII передает сетевые данные с использованием 4-битных полубайтов в каждом направлении (4 бита передаваемых данных, 4 бита принимаемых данных). Данные тактируются на частоте 25 МГц для достижения пропускной способности 100 Мбит/с . Исходный дизайн MII был расширен для поддержки уменьшенных сигналов и увеличенных скоростей. Текущие варианты включают:

• Сокращенный медиа-независимый интерфейс ( RMII )
• Гигабитный медиа-независимый интерфейс ( GMII )
• Сокращенный гигабитный медиа-независимый интерфейс ( RGMII )
• Последовательный интерфейс, независимый от носителя ( SMII ) ^[1]
• Последовательный гигабитный медиа-независимый интерфейс ( последовательный GMII , SGMII )
• Высокопоследовательный гигабитный медиа-независимый интерфейс ( HSGMII )
• Четырехпортовый последовательный гигабитный медиа-независимый интерфейс ( QSGMII )
• Интерфейс Penta Serial Gigabit Media Independent ( PSGMII )
• 10-гигабитный медиа-независимый интерфейс ( XGMII )

Последовательная шина ввода/вывода данных управления (MDIO) является подмножеством MII, которое используется для передачи информации управления между MAC и PHY. При включении питания, используя автосогласование , PHY обычно адаптируется к тому, к чему он подключен, если настройки не изменены через интерфейс MDIO.

Стандартный MII содержит небольшой набор регистров: ^{[2] : Раздел 22.2.4 «Функции управления»}

• Конфигурация базового режима (#0)
• Слово статуса (#1)
• Идентификатор PHY (#2, #3)
• Реклама автосогласования (#4)
• Возможность автоматической настройки партнерской базовой страницы (#5)
• Расширение автосогласования (#6)
• Автоматическое согласование передачи следующей страницы (#7)
• Партнер по автосогласованию ссылок получил следующую страницу (#8)
• Регистр управления MASTER-SLAVE (#9)
• Регистр статуса MASTER-SLAVE (#10)
• Регистр управления PSE (#11)
• Регистр статуса PSE (#12)
• Регистр контроля доступа MMD (#13)
• Регистр данных адреса доступа MMD (#14)

Регистр № 15 зарезервирован; регистры № 16–31 зависят от поставщика. Регистры используются для настройки устройства и запроса текущего режима работы. ^{[ необходимо дополнительное объяснение ]}

MII Status Word — наиболее полезный элемент данных, поскольку его можно использовать для определения того, подключен ли сетевой адаптер Ethernet к сети. Он содержит битовое поле со следующей информацией: ^{[2] : Раздел 22.2.4.2.2 "100BASE-X full duplex ability"}

Тактовый генератор передачи — это автономный тактовый генератор, генерируемый PHY на основе скорости соединения (25 МГц для 100 Мбит/с , 2,5 МГц для 10 Мбит/с ). Остальные сигналы передачи управляются MAC синхронно по переднему фронту TX_CLK. Такая схема позволяет MAC работать, не зная о скорости соединения. Сигнал разрешения передачи удерживается на высоком уровне во время передачи кадра и на низком уровне, когда передатчик находится в режиме ожидания.

Ошибка передачи может быть вызвана в течение одного или нескольких периодов синхронизации во время передачи кадра, чтобы запросить PHY преднамеренно испортить кадр каким-либо видимым образом, что препятствует его приему как допустимого. Это может использоваться для прерывания кадра, когда обнаруживается какая-то проблема после того, как передача уже началась. MAC может пропустить сигнал, если ему не нужна эта функциональность, в этом случае сигнал должен быть привязан к низкому уровню для PHY.

В последнее время повышение ошибки передачи за пределами кадра передачи используется для указания того, что линии передачи данных используются для сигнализации специального назначения. В частности, значение данных 0b0001 (удерживающееся постоянно с низким TX_EN и высоким TX_ER) используется для запроса PHY с поддержкой EEE на вход в режим пониженного энергопотребления.

Первые семь сигналов приемника полностью аналогичны сигналам передатчика, за исключением того, что RX_ER не является опциональным и используется для указания того, что полученный сигнал не может быть декодирован в допустимые данные. Приемный такт восстанавливается из входящего сигнала во время приема кадра. Когда такт не может быть восстановлен (т. е. когда среда молчит), PHY должен представить в качестве замены свободный такт.

Сигнал допустимости данных приема (RX_DV) не обязательно должен быть высоким немедленно при начале кадра, но он должен сделать это вовремя, чтобы гарантировать включение байта "начального разделителя кадра" в полученные данные. Некоторые из полубайтов преамбулы могут быть потеряны.

Подобно передаче, повышение RX_ER за пределами кадра используется для специальной сигнализации. Для приема определены два значения данных: 0b0001 для указания того, что партнер по связи находится в режиме пониженного энергопотребления EEE, и 0b1110 для ложной индикации несущей .

Сигналы CRS и COL асинхронны с тактовым генератором приема и имеют смысл только в полудуплексном режиме. Уровень несущей высокий при передаче, приеме или когда среда иным образом определяется как используемая. Если обнаружено столкновение, COL также становится высоким, пока столкновение сохраняется.

Кроме того, MAC может слабо подтягивать сигнал COL, позволяя сочетанию высокого уровня COL с низким уровнем CRS (чего PHY никогда не произведет) служить индикатором отсутствующего/отключенного PHY.

MDC и MDIO представляют собой синхронный последовательный интерфейс данных, аналогичный I²C . Как и в случае с I²C, интерфейс представляет собой многоточечную шину , поэтому MDC и MDIO могут совместно использоваться несколькими PHY.

Интерфейс требует 18 сигналов, из которых только два (MDIO и MDC) могут быть общими для нескольких PHY. Это представляет проблему, особенно для многопортовых устройств; например, восьмипортовый коммутатор, использующий MII, потребует 8 × 16 + 2 = 130 сигналов.

Сокращенный медиа-независимый интерфейс (RMII) — это стандарт, который был разработан для сокращения количества сигналов, необходимых для подключения PHY к MAC. Уменьшение количества контактов снижает стоимость и сложность сетевого оборудования, особенно в контексте микроконтроллеров со встроенным MAC, FPGA , многопортовых коммутаторов или повторителей и чипсетов материнских плат ПК. Для достижения этого были изменены четыре вещи по сравнению со стандартом MII. Эти изменения означают, что RMII использует примерно половину количества сигналов по сравнению с MII.

• Два тактовых сигнала TXCLK и RXCLK заменяются одним тактовым сигналом. Этот тактовый сигнал является входом в PHY, а не выходом, что позволяет распределять тактовый сигнал между всеми PHY в многопортовом устройстве, таком как коммутатор.
• Тактовая частота увеличена вдвое — с 25 МГц до 50 МГц, а пути передачи данных сужены с 4 до 2 бит.
• Сигналы RXDV и CRS мультиплексируются в один сигнал.
• Сигнал COL удален.

MDC и MDIO могут совместно использоваться несколькими PHY.

Сигналы приемника привязаны к REF_CLK, так же как и сигналы передатчика.

Для этого интерфейса требуется 9 сигналов, а не 18, как у MII. Из этих 9 сигналов на многопортовых устройствах MDIO, MDC и REF_CLK могут использоваться совместно, оставляя 6 или 7 контактов на порт.

RMII требует тактовой частоты 50 МГц , тогда как MII требует тактовой частоты 25 МГц , и данные выдаются по два бита за раз против 4 бит за раз для MII или 1 бит за раз для SNI ( только 10 Мбит/с ). Данные выбираются только по переднему фронту (т.е. они не подвергаются двойной подкачиванию ).

REF_CLK работает на частоте 50 МГц как в режиме 100 Мбит/с, так и в режиме 10 Мбит/с . Передающая сторона (PHY или MAC) должна поддерживать все сигналы действительными в течение 10 тактовых циклов в режиме 10 Мбит/с . Приемник (PHY или MAC) производит выборку входных сигналов только каждые десять циклов в режиме 10 Мбит/с .

Нет сигнала, который определяет, находится ли интерфейс в режиме полного или полудуплекса, но и MAC, и PHY должны согласовываться. Вместо этого это должно быть передано через последовательный интерфейс MDIO/MDC. Также нет сигнала, который определяет, находится ли интерфейс в режиме 10 или 100 Мбит/с , поэтому это также должно обрабатываться с помощью интерфейса MDIO/MDC. Версия 1.2 спецификации консорциума RMII гласит, что ее интерфейс MDIO/MDC идентичен указанному для MII в IEEE 802.3u. Текущие версии IEEE 802.3 определяют стандартный механизм MDIO/MDC для согласования и настройки скорости и дуплексного режима соединения, но возможно, что старые устройства PHY могли быть разработаны на основе устаревших версий стандарта и, следовательно, могут использовать собственные методы для установки скорости и дуплекса.

Отсутствие сигнала RX_ER, который не подключен на некоторых MAC (например, многопортовых коммутаторах), устраняется путем замены данных на некоторых PHY для аннулирования CRC . Отсутствующий сигнал COL получается путем объединения TX_EN и декодированного сигнала CRS из линии CRS_DV в полудуплексном режиме с помощью операции AND. Это означает небольшое изменение определения CRS: на MII CRS утверждается как для кадров Rx, так и для кадров Tx; на RMII только для кадров Rx. Это приводит к тому, что на RMII два состояния ошибки — отсутствие несущей и потеря несущей — не могут быть обнаружены, и трудно или невозможно поддерживать общие среды, такие как 10BASE2 или 10BASE5 .

Поскольку стандарт RMII не указал, что TX_EN должен считываться только на альтернативных тактовых циклах, он не симметричен с CRS_DV, и два устройства RMII PHY не могут быть соединены встык для формирования повторителя; однако это возможно с National DP83848, который подает декодированный RX_DV как дополнительный сигнал в режиме RMII. ^[3]

Уровни логики TTL используются для логики 5 В или 3,3 В. Высокий порог входа составляет 2,0 В , а низкий — 0,8 В. В спецификации указано, что входы должны быть толерантны к 5 В , однако некоторые популярные микросхемы с интерфейсами RMII не толерантны к 5 В. Более новые устройства могут поддерживать логику 2,5 В и 1,8 В.

Сигналы RMII рассматриваются как сосредоточенные сигналы, а не линии передачи . Однако версия IEEE соответствующего стандарта MII определяет импеданс трассы 68 Ом . ^[4] National рекомендует использовать трассы 50 Ом с последовательными согласующими резисторами 33 Ом для режима MII или RMII, чтобы уменьшить отражения. ^{[ требуется ссылка ]} National также предлагает, чтобы трассы были длиной менее 0,15 м и совпадали в пределах 0,05 м по длине, чтобы минимизировать перекос. ^{[4] : 5}

Гигабитный медиа-независимый интерфейс (GMII) — это интерфейс между устройством управления доступом к среде (MAC) и физическим уровнем ( PHY ). Интерфейс работает на скоростях до 1000 Мбит/с , реализован с использованием интерфейса данных с тактовой частотой 125 МГц с отдельными восьмибитными путями данных для приема и передачи, и имеет обратную совместимость со спецификацией MII и может работать на резервных скоростях 10 или 100 Мбит/с .

Интерфейс GMII был впервые определен для 1000BASE-X в IEEE 802.3z-1998 как пункт 35, а затем включен в IEEE 802.3-2000 и далее. ^{[2] : Пункт 35}

Существует два тактовых генератора передатчика. Используемый тактовый генератор зависит от того, работает ли PHY на гигабитных или 10/100 Мбит/с скоростях. Для гигабитной работы GTXCLK подается на PHY, и сигналы TXD, TXEN, TXER синхронизируются с ним. Для работы на скорости 10 или 100 Мбит/с TXCLK подается PHY и используется для синхронизации этих сигналов. Он работает на частоте 25 МГц для соединений 100 Мбит/с или 2,5 МГц для соединений 10 Мбит/с . Напротив, приемник использует один тактовый сигнал, восстановленный из входящих данных.

Интерфейс управления контролирует поведение PHY. Он имеет тот же набор регистров, что и MII, за исключением того, что регистр № 15 является регистром расширенного статуса. ^{[2] : Раздел 22.2.4 "Функции управления"}

Сокращенный гигабитный интерфейс, независимый от среды (RGMII), использует половину количества пинов данных, используемых в интерфейсе GMII. Это сокращение достигается за счет использования половины количества линий данных на удвоенной скорости, сигналов временного мультиплексирования и устранения ненужных сигналов обнаружения несущей и индикации коллизий. Таким образом, RGMII состоит только из 14 пинов, в отличие от 24–27 в GMII.

Данные синхронизируются по восходящим и нисходящим фронтам для 1000 Мбит/с , и только по восходящим фронтам для 10/100 Мбит/с . ^[5] Сигнал RX_CTL переносит RXDV (данные действительны) по восходящему фронту и (RXDV xor RXER) по нисходящему фронту. Сигнал TX_CTL также переносит TXEN по восходящему фронту и (TXEN xor TXER) по нисходящему фронту. Это касается как 1000 Мбит/с , так и 10/100 Мбит/с . ^[6]

Сигнал синхронизации передачи всегда предоставляется MAC на линии TXC. Сигнал синхронизации приема всегда предоставляется PHY на линии RXC. ^{[ необходима цитата ] Используется} синхронизированная с источником синхронизация: тактовый сигнал, который выводится (либо PHY, либо MAC), синхронизирован с сигналами данных. Это требует, чтобы печатная плата была спроектирована так, чтобы добавлять задержку 1,5–2 нс к тактовому сигналу для соответствия времени установки и удержания на приемнике. RGMII v2.0 определяет дополнительную внутреннюю задержку, устраняя необходимость для разработчика печатной платы добавлять задержку; это известно как RGMII-ID.

Версия RGMII 1.3 ^[7] использует 2,5 В CMOS, ^[8] тогда как версия RGMII 2 использует 1,5 В HSTL . ^[9]

Последовательный гигабитный медиа-независимый интерфейс (SGMII) представляет собой вариант MII, используемый для Gigabit Ethernet , но также может передавать данные по Ethernet со скоростью 10/100 Мбит/с .

Он использует дифференциальные пары на тактовой частоте 625 МГц DDR для данных TX и RX и тактовых импульсов TX и RX. Он отличается от GMII маломощными и малоконтактными SerDes с кодировкой 8b/10b . Передающий и приемный тракты используют одну дифференциальную пару для данных и другую дифференциальную пару для тактовых импульсов. Тактовые импульсы TX/RX должны генерироваться на выходе устройства, но необязательны на входе устройства ( альтернативно может использоваться восстановление тактовых импульсов ). Ethernet 10/100 Мбит/с передается путем дублирования слов данных 100/10 раз каждое, поэтому тактовые импульсы всегда находятся на частоте 625 МГц.

Высокоскоростной последовательный гигабитный медиа-независимый интерфейс (HSGMII) функционально аналогичен SGMII, но поддерживает скорость соединения до 2,5 Гбит/с .

Четырехпоследовательный гигабитный медиа-независимый интерфейс (QSGMII) — это метод объединения четырех линий SGMII в интерфейс 5 Гбит/с . QSGMII, как и SGMII, использует низковольтную дифференциальную сигнализацию (LVDS) для данных TX и RX, а также один тактовый сигнал LVDS. QSGMII использует значительно меньше сигнальных линий, чем четыре отдельных соединения SGMII.

QSGMII появился раньше NBASE-T и использовался для подключения многопортовых PHY к MAC-адресам, например, в сетевых маршрутизаторах. ^[10]

PSGMII (пятипоследовательный гигабитный медиа-независимый интерфейс) использует те же сигнальные линии, что и QSGMII, но работает на скорости 6,25 Гбит/с , что обеспечивает поддержку пяти портов 1 Гбит/с через один MII.

Этот раздел нуждается в расширении : описание сигнала. Вы можете помочь, дополнив его. ( Июль 2023 )

10-гигабитный медиа-независимый интерфейс (XGMII) — это стандарт, определенный в IEEE 802.3, разработанный для соединения полнодуплексных портов 10 Gigabit Ethernet (10GbE) друг с другом и с другими электронными устройствами на печатной плате (PCB). В настоящее время он обычно используется для соединений на кристалле. Соединения на печатной плате в настоящее время в основном выполняются с помощью XAUI . XGMII имеет два 32-битных тракта данных (Rx и Tx) и два 4-битных потока управления (Rxc и Txc), работающих на частоте 156,25 МГц DDR (312,5  MT/с ). ^[11]

• Интерфейс блока присоединения (AUI)
• G.hn — рекомендация МСЭ-Т , в которой термин MII используется для обозначения интерфейса между уровнем канала передачи данных и физическим уровнем .
• Преобразователь гигабитного интерфейса (GBIC)
• Список скоростей передачи данных интерфейса
• Интерфейс, зависящий от среды (MDI)
• Малый форм-фактор подключаемого трансивера (SFP)
• XAUI  – интерфейс 10-гигабитного модуля подключения
• XFP-трансивер

• Texas Instruments – AN-1405 DP83848 RMII
• Texas Instruments – DP83848C PHY Технические данные
• hp.com – RGMIIv2_0_final_hp.pdf RGMII 2002-04-01 Версия 2.0
• Спецификация Serial-GMII, редакция 1.7 (ENG-46158) (PDF) , заархивировано из оригинала (PDF) 14 июля 2015 г.
• "Документация по внедрению CEVA". Архивировано из оригинала 2006-12-11.
• Altera 10 Gb Ethernet IP с интерфейсами XGMII и XAUI
• Временные и электрические характеристики GMII