以太网通信之MCU接口介绍

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车载MCU的以太网模块通常包含10/100/1000Mbps以太网MAC（媒体访问控制器），采用内部专用DMA优化数据帧的发送与接收性能，支持MII（媒体独立接口）、RMII（简化的媒体独立接口）以及RGMII(简化的Gbit媒体独立接口)等与物理层(PHY)通讯的标准接口，实现以太网数据帧的发送与接收。以太网模块框图如下所示

以太网模块通过SMI(站点管理接口,MDC与MDIO两根线组成)接口对PHY进行管理，如下所示。

其中MDC为最高频率为2.5MHz的时钟信号，在空闲状态下该引脚保持为低电平状态；MDIO用于与PHY之间的数据传输，与MDC时钟线配合进行控制数据的接收和发送（如配置PHY的通信速率、是否自协商等）。

MII/RMII/RGMII模式在硬件设计好，软件也必须进行对应配置。具体接口介绍如下所示。

MII

TX_CLK：发送数据使用的时钟信号，对于10Mbit/s的数据传输，此时钟为2.5MHz，对 于100Mbit/s的数据传输，此时钟为25MHz。

RX_CLK：与TX_CLK类似，是接收数据使用的时钟信号。对于10Mbit/s的数据传输，此时钟为2.5MHz，对于100Mbit/s的数据传输，此时钟为25MHz。

TX_EN：发送使能信号，此信号必须与数据前导符的起始位同步出现，并在传输完毕前一直保持。

TXD[3:0]：发送数据线，每次传输4位数据，数据在MII_TX_EN信号有效时有效。MII_TXD[0]是数据的最低有效位，MII_TXD[3]是最高有效位。当MII_TX_EN信号无效时，PHY 忽略传输的数据。

RXD[3:0]：与TXD[3:0]类似，是接收数据线，每次接收4位数据，数据在MII_RX_DV信号有效时有效。 MII_RXD[0]是数据的最低位，MII_RXD[3]是最高位。当MII_RX_DV无效，而MII_RX_ER有效时，MII_RXD[3:0]数据值代表特定的信息。

CRS：载波侦听信号，仅工作在半双工模式下，由PHY控制。当发送或接收介质非空闲 时，此信号有效。PHY必需保证MII_CRS信号在发生冲突的整个时间段内都保持有效。此信号 不需要与发送/接收的时钟同步。

COL：冲突检测信号，仅工作在半双工模式下，由PHY控制。当检测到介质发生冲突时， 此信号有效，并且在整个冲突的持续时间内，保持此信号有效。此信号不需要与发送/接收的时钟同步。

RX_DV：接收数据使能信号，由PHY控制，当PHY准备好数据供MAC接收时，该信号有效。此信号必须和帧数据的第一个4位同步出现，并保持有效直到数据传输完成。在传送最后4 位数据后的第一个时钟之前，此信号必须变为无效状态。为了正确地接收帧，有效电平不能滞后于数据线上的帧首界定码出现。

RX_ER：接收出错信号，保持一个或多个时钟周期(MII_RX_CLK)的有效状态，表明MAC 在接收过程中检测到错误。

RMII

为了减少以太网通信所需要的引脚数，根据IEEE 802.3标准，RMII标准将引脚数从MII的16个减少到了7个。

与MII相比，其特点如下：1）只有一个时钟为50MHz的信号；2）MAC和外部的以太网PHY需要使用同样的时钟源；3）收发的数据宽度为2。

RGMII

GMII 是千兆网的 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。RGMII 接口表示简化了的 GMII 接口。

如上图所示RGMII 采用 4 位数据接口，工作时钟 125MHz，工作在1000Mbps时在上升沿和下降沿同时传输数据。同时兼容 MII 所规定的 10/100 Mbps 工作方式，支持传输速率：10M/100M/1000Mb/s ，其对应时钟信号(TXC/RXC)分别为：2.5MHz/25MHz/125MHz。

实际我们还会遇见SMII与SGMII的接口，其中的S表示Serial，即串行，而上述提到的接口数据的发送和接收都是并行的。如SGMII即串行GMII，收发各一对差分信号线，时钟频率625MHz，在时钟信号的上升沿和下降沿均采样，参考时钟RX_CLK由PHY提供，是可选的，主要用于MAC侧没有时钟的情况，一般情况下，RX_CLK不使用。收发都可以从数据中恢复出时钟。在TXD发送的串行数据中，每8比特数据会插入TX_EN/TX_ER 两比特控制信息，同样，在RXD接收数据中，每8比特数据会插入RX_DV/RX_ER 两比特控制信息，所以总的数据速率为1.25Gbps=625Mbps*2实际上相当于传输了1Gbit/s的数据位传输速率。