問：如何實現單片以太網微控制器？

答：訣竅是將微控制器、以太網媒體接入控制器(MAC)和物理接口收發器(PHY)整合進同一芯片，這樣能去掉許多外接元器件。這種方案可使MAC和PHY實現很好的匹配，同時還可減小引腳數、縮小芯片面積。單片以太網微控制器還降低了功耗，特別是在采用掉電模式的情況下。

問：以太網MAC是什么？

答：MAC就是媒體接入控制器。以太網MAC由IEEE-802.3以太網標準定義。它實現了一個數據鏈路層。最新的MAC同時支持10Mbps和100Mbps兩種速率。通常情況下，它實現MII接口。

問：什么是MII？

答：MII即媒體獨立接口，它是IEEE-802.3定義的以太網行業標準。它包括一個數據接口，以及一個MAC和PHY之間的管理接口(圖1)。數據接口包括分別用于發送器和接收器的兩條獨立信道。每條信道都有自己的數據、時鐘和控制信號。MII數據接口總共需要16個信號。管理接口是個雙信號接口：一個是時鐘信號，另一個是數據信號。通過管理接口，上層能監視和控制PHY。

問：以太網PHY是什么？

答：PHY是物理接口收發器，它實現物理層。IEEE-802.3標準定義了以太網PHY。它符合IEEE-802.3k中用于10BaseT(第14條)和100BaseTX(第24條和第25條)的規范。

問：造成以太網MAC和PHY單片整合難度高的原因是什么？

答：PHY整合了大量模擬硬件，而MAC是典型的全數字器件。芯片面積及模擬/數字混合架構是為什么先將MAC集成進微控制器而將PHY留在片外的原因。更靈活、密度更高的芯片技術已經可以實現MAC和PHY的單芯片整合。

問： 除RJ-45接口外，還需要其它元件嗎？

答：需要其它元件。雖然PHY提供絕大多數模擬支持，但在一個典型實現中，仍需外接6、7只分立元件及一個局域網絕緣模塊。絕緣模塊一般采用一個1：1的變壓器。這些部件的主要功能是為了保護PHY免遭由于電氣失誤而引起的損壞。

問：10BaseT和100BaseTX PHY實現方式不同的原因何在？

答：兩種實現的分組描述本質上是一樣的，但兩者的信令機制完全不同。其目的是阻止一種硬件實現容易地處理兩種速度。10BaseT采用曼徹斯特編碼，100BaseTX采用4B/5B編碼。

問：什么是曼徹斯特編碼？

答：曼徹斯特編碼又稱曼徹斯特相位編碼，它通過相位變化來實現每個位(圖2)。通常，用一個時鐘周期中部的上升沿表示“1”，下降沿表示“0”。周期末端的相位變化可忽略不計，但有時又可能需要將這種相位變化計算在內，這取決于前一位的值。

問：什么是4B/5B編碼？

答：4B/5B編碼是一種塊編碼方式。它將一個4位的塊編碼成一個5位的塊。這就使5位塊內永遠至少包含2個“1”轉換，所以在一個5位塊內總能進行時鐘同步。該方法需要25%的額外開銷。

作者：William Wong，嵌入式/系統/軟件編輯，《Electronic Design》

網卡的MAC和PHY

網卡工作在osi的最后兩層，物理層和數據鏈路層，物理層定義了數據傳送與接收所需要的電與光信號、線路狀態、時鐘基準、數據編碼和電路等，并向數據鏈路層設備提供標準接口。物理層的芯片稱之為PHY。數據鏈路層則提供尋址機構、數據幀的構建、數據差錯檢查、傳送控制、向網絡層提供標準的數據接口等功能。以太網卡中數據鏈路層的芯片稱之為MAC控制器。很多網卡的這兩個部分是做到一起的。他們之間的關系是pci總線接mac總線，mac接phy，phy接網線（當然也不是直接接上的，還有一個變壓裝置）。
PHY和MAC之間是如何傳送數據和相互溝通的。通過IEEE定義的標準的MII/GigaMII(Media Independed Interfade，介質獨立界面)界面連接MAC和PHY。這個界面是IEEE定義的。MII界面傳遞了網絡的所有數據和數據的控制。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的太网设计FAQ：以太网MAC和PHY的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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