網(wǎng)絡接口MII和PHY芯片[一類優(yōu)選]

1、網(wǎng)絡接口MII和PHYPHY指物理層，OSI的最底層。一般指與外部信號接口的芯片。以太網(wǎng)PHY芯片 網(wǎng)絡中最基礎的部件是什么?不是交換機也不是路由器，而是小小的不起眼但又無處不在的網(wǎng)卡。如果在5年前，或許網(wǎng)卡與您無關(guān)，但在如今這網(wǎng)絡的時代，無論 是上網(wǎng)沖浪還是聯(lián)網(wǎng)玩游戲，都離不開網(wǎng)卡，更何況，就算您不食人間煙火，多數(shù)主板上也會為您集成一塊板載網(wǎng)卡。所以，對于想邁入網(wǎng)絡之門的讀者而言，先認 識網(wǎng)卡，會讓您在進行各種網(wǎng)絡應用時更得心應手。一、網(wǎng)卡的主要特點 網(wǎng)卡(Network Interface Card，簡稱NIC)，也稱網(wǎng)絡適配器，是電腦與局域網(wǎng)相互連接的設備。無論是普通電腦還是高端服務器，

2、只要連接到局域網(wǎng)，就都需要安裝一塊網(wǎng)卡。如果有必要，一臺電腦也可以同時安裝兩塊或多塊網(wǎng)卡。電腦之間在進行相互通訊時，數(shù)據(jù)不是以流而是以幀的方式進行傳輸?shù)?。我們可以把幀看做是一種數(shù)據(jù)包，在數(shù)據(jù)包中不僅包含有數(shù)據(jù)信息，而且還包含有數(shù)據(jù)的發(fā) 送地、接收地信息和數(shù)據(jù)的校驗信息。一塊網(wǎng)卡包括OSI模型的兩個層物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。物理層定義了數(shù)據(jù)傳送與接收所需要的電與光信號、線路狀態(tài)、 時鐘基準、數(shù)據(jù)編碼和電路等，并向數(shù)據(jù)鏈路層設備提供標準接口。數(shù)據(jù)鏈路層則提供尋址機構(gòu)、數(shù)據(jù)幀的構(gòu)建、數(shù)據(jù)差錯檢查、傳送控制、向網(wǎng)絡層提供標準的數(shù) 據(jù)接口等功能。網(wǎng)卡的功能主要有兩個:一是將電腦的數(shù)據(jù)封裝為幀，并通過網(wǎng)線(對

3、無線網(wǎng)絡來說就是電磁波)將數(shù)據(jù)發(fā)送到網(wǎng)絡上去;二是接收網(wǎng)絡上其它設備傳過來的幀，并 將幀重新組合成數(shù)據(jù)，發(fā)送到所在的電腦中。網(wǎng)卡能接收所有在網(wǎng)絡上傳輸?shù)男盘枺Ｇ闆r下只接受發(fā)送到該電腦的幀和廣播幀，將其余的幀丟棄。然后，傳送 到系統(tǒng)CPU做進一步處理。當電腦發(fā)送數(shù)據(jù)時，網(wǎng)卡等待合適的時間將分組插入到數(shù)據(jù)流中。接收系統(tǒng)通知電腦消息是否完整地到達，如果出現(xiàn)問題，將要求對方 重新發(fā)送。二、圖解網(wǎng)卡 以最常見的PCI接口的網(wǎng)卡為例，一塊網(wǎng)卡主要由PCB線路板、主芯片、數(shù)據(jù)汞、金手指(總線插槽接口)、BOOTROM、EEPROM、晶振、RJ45接口、指示燈、固定片等等，以及一些二極管、電阻電容等組成

4、。下面我們就來分別了解一下其中主要部件。主芯片 網(wǎng)卡的主控制芯片是網(wǎng)卡的核心元件，一塊網(wǎng)卡性能的好壞和功能的強弱多寡，主要就是看這塊芯片的質(zhì)量。以常見的Realtek公司推出的RTL8139C和RTL8139D為例，二者首先在封裝上略有不同，前者是128pin QFP/LQFP而后者為100pin，其次在搭配的EEPROM上，8139C比后者多出了對93c56的支持，而8139D是93C46。但是在功能方面，8139D更強一些，它多提供了對PCI Multi-function和PCI-bridge I/F的支持，PCI Multi-function允許把RTL8139D芯片和其他的功能芯片(如

5、硬件調(diào)制解調(diào)芯片)設計在同塊PCB板上協(xié)同工作來做成不同種類的多功能卡，在其中8139起的作用是辨別LAN信號還是PCI總線信號的作用;8139D還增強了電源管理功能。如果按網(wǎng)卡主芯片的速度來劃分，常見的10/100M自適應網(wǎng)卡芯片有Realtek 8139系列/810X系列、VIA VT610*系列、Intel 82550PM/82559系列、Broadcom 44xx系列、3COM 3C920系列、Davicom DM9102、Mxic MX98715等等。常見的10/100/1000M自適應網(wǎng)卡芯片有Intel的8254*系列，Broadcom的BCM57*系列，Marvell的88E8

6、001 /88E8053/88E806*系列，Realtek的RTL8169S-32/64、RTL8110S-32/64(LOM)、RTL8169SB、 RTL8110SB(LOM)、RTL8168(PCI Express)、RTL8111(LOM、PCI Express)系列，VIA的VT612*系列等等。Marvell的88E8001千兆芯片 需要說明的是網(wǎng)卡芯片也有“軟硬”之分，特別是對與主板板載(LOM)的網(wǎng)卡芯片來說更是如此，這是怎么回事呢?大家知道，以太網(wǎng)接口可分為協(xié)議層和物理層。協(xié)議層是由一個叫MAC(Media Access Layer，媒體訪問層)控制器的單一模塊實現(xiàn)。物理層

7、由兩部分組成，即PHY(Physical Layer，物理層)和傳輸器。常見的網(wǎng)卡芯片都是把MAC和PHY集成在一個芯片中，但目前很多主板的南橋芯片已包含了以太網(wǎng)MAC控制功能，只是未提供物理層接口，因此，需外接 PHY芯片以提供以太網(wǎng)的接入通道。這類PHY網(wǎng)絡芯片就是俗稱的“軟網(wǎng)卡芯片”，常見的PHY功能的芯片有RTL8201BL、VT6103等等。 “軟網(wǎng)卡”一般將網(wǎng)絡控制芯片的運算部分交由處理器或南橋芯片處理，以簡化線路設計，從而降低成本，但其多少會更多占用系統(tǒng)資源.BOOTROM BOOTROM插座也就是常說的無盤啟動ROM接口，其是用來通過遠程啟動服務構(gòu)造無盤工作站的。遠程啟動服務(

8、Remoteboot，通常也叫RPL) 使通過使用服務器硬盤上的軟件來代替工作站硬盤引導一臺網(wǎng)絡上的工作站成為可能。網(wǎng)卡上必須裝有一個RPL(Remote Program Load遠程初始程序加載)ROM芯片才能實現(xiàn)無盤啟動，每一種RPL ROM芯片都是為一類特定的網(wǎng)絡接口卡而制作的，它們之間不能互換。帶有RPL的網(wǎng)絡接口卡發(fā)出引導記錄請求的廣播(broadcasts)，服務器自動 的建立一個連接來響應它，并加載MS-DOS啟動文件到工作站的內(nèi)存中。 此外，在BOOTROM插槽中心一般還有一顆93C46、93LC46或93c56的EEPROM芯片(93C56是128*16bit的EEPROM，

9、 而93C46是64*16bit的EEPROM)，它相當于網(wǎng)卡的BIOS，里面記錄了網(wǎng)卡芯片的供應商ID、子系統(tǒng)供應商ID、網(wǎng)卡的MAC地址、網(wǎng)卡 的一些配置，如總線上PHY的地址，BOOTROM的容量，是否啟用BOOTROM引導系統(tǒng)等內(nèi)容。主板板載網(wǎng)卡的EEPROM信息一般集成在主板 BIOS中。LED指示燈 一般來講，每塊網(wǎng)卡都具有1個以上的LED(Light Emitting Diode發(fā)光二極管)指示燈，用來表示網(wǎng)卡的不同工作狀態(tài)，以方便我們查看網(wǎng)卡是否工作正常。典型的LED指示燈有Link/Act、Full、Power等。Link/Act表示連接活動狀態(tài)，F(xiàn)ull表示是否全雙工(Fu

10、ll Duplex)，而Power是電源指示(主要用在USB或PCMCIA網(wǎng)卡上)等。網(wǎng)絡喚醒接口 早期網(wǎng)卡上還有一個專門的3芯插座網(wǎng)絡喚醒(WOL)接口(PCI2.1標準網(wǎng)卡)，Wake On LAN(網(wǎng)絡喚醒)提供了遠程喚醒計算機的功能，它是IBM公司和Intel公司于1996年10月成立的先進管理性聯(lián)盟(Advanced Manageability Alliance)的一項成果，它可以讓管理員在非工作時間遠程喚醒計算機，并使它們自動完成一些管理服務，例如軟件的更新或者病毒掃描。它也是Wired for Management基本規(guī)范中的一部分。網(wǎng)絡喚醒的工作原理是先由一個管理軟件包發(fā)出一個

11、基于Magic Packet標準的喚醒幀，支持網(wǎng)絡喚醒的網(wǎng)卡收到喚醒幀后對其進行分析并確定該幀是否包含本網(wǎng)卡的MAC地址。如果包含本網(wǎng)卡的MAC地址，該計算機系統(tǒng)就會自動進入開機狀態(tài)。目前主流的獨立網(wǎng)卡或主板板載網(wǎng)卡都符合PCI2.2及以上的規(guī)范，所以不再需要這個接口，要啟動網(wǎng)絡喚醒功能，只需到主板BIOS中啟用“Wake on PCI Card”功能即可。數(shù)據(jù)汞 數(shù)據(jù)汞是消費級PCI網(wǎng)卡上都具備的設備，數(shù)據(jù)汞也被叫做網(wǎng)絡變壓器或可稱為網(wǎng)絡隔離變壓器。它在一塊網(wǎng)卡上所起的作用主要有兩個，一是傳輸數(shù)據(jù)，它把 PHY送出來的差分信號用差模耦合的線圈耦合濾波以增強信號，并且通過電磁場的轉(zhuǎn)換耦合到不同

12、電平的連接網(wǎng)線的另外一端;一是隔離網(wǎng)線連接的不同網(wǎng)絡設備 間的不同電平，以防止不同電壓通過網(wǎng)線傳輸損壞設備。除此而外，數(shù)據(jù)汞還能對設備起到一定的防雷保護作用。晶振 晶振是石英振蕩器的簡稱，英文名為Crystal，它是時鐘電路中最重要的部件，它的作用是向顯卡、網(wǎng)卡、主板等配件的各部分提供基準頻率，它就像個標 尺，工作頻率不穩(wěn)定會造成相關(guān)設備工作頻率不穩(wěn)定，自然容易出現(xiàn)問題。由于制造工藝不斷提高，現(xiàn)在晶振的頻率偏差、溫度穩(wěn)定性、老化率、密封性等重要技術(shù) 指標都很好，已不容易出現(xiàn)故障，但在選用時仍可留意一下晶振的質(zhì)量。例如某網(wǎng)卡的時鐘電路采用了高精度的SKO25MHz的晶振，較可*保證了數(shù)據(jù)傳輸?shù)木?/p>

13、確同步性，大大減少了丟包的可能性，并且在線路的設計上盡量*近主 芯片，使信號走線的長度大大縮短，可*性進一步增加。而如果采用劣質(zhì)晶振，這樣做雖然可以降低一點網(wǎng)卡成本，但因為頻率的準確性問題，極易造成傳輸過程中 的數(shù)據(jù)丟包的情況。網(wǎng)線接口 在桌面消費級網(wǎng)卡中常見網(wǎng)卡接口有BNC接口和RJ-45接口(類似電話的接口)，也有兩種接口均有的雙口網(wǎng)卡。接口的選擇與網(wǎng)絡布線形式有關(guān)，在小型共 享式局域網(wǎng)中，BNC口網(wǎng)卡通過同軸電纜直接與其它計算機和服務器相連;RJ-45口網(wǎng)卡通過雙絞線連接集線器(HUB)或交換機，再通過集線器或交換機 連接其它計算機和服務器。目前BNC接口這種接口類型的網(wǎng)卡已很少見，主要

14、因為用細同軸電纜作為傳輸介質(zhì)的網(wǎng)絡就比較少及組網(wǎng)方式問題較多有關(guān)。RJ-45是8芯線，而電話線的接 口是4芯的，通常只接2芯線(ISDN的電話線接4芯線);但大家可以仔細看看，其實10M網(wǎng)卡的RJ-45插口也只用了1、2、3、6四根針，而 100M或1000M網(wǎng)卡的則是八根針都是全的，這也是區(qū)別10M和100M網(wǎng)卡的一種方法(見上圖8)。傳輸介質(zhì)類型 說到網(wǎng)卡，就順便就談談與網(wǎng)卡連接的雙絞線。雙絞線，是由許多在一個絕緣外套中的對線組成的數(shù)據(jù)傳輸線，它的特點就是價格便宜，現(xiàn)在的網(wǎng)卡大部分都是使用的雙絞線做為傳輸線纜。雙絞線一般用于星型網(wǎng)的布線連接，兩端安裝有RJ-45頭(水晶頭)，連接網(wǎng)卡與集線

15、器，最大網(wǎng)線長度為100米左右。雙絞線有STP(屏蔽雙絞線)和UTP(非屏蔽雙絞線)兩種。STP的雙絞線內(nèi)有一層金屬隔離膜，在數(shù)據(jù)傳輸時可減少電磁干擾，所以它的穩(wěn)定性較高。而 UTP內(nèi)沒有這層金屬膜，所以它的穩(wěn)定性較差，但它的優(yōu)勢就是價格便宜。其中STP(屏蔽雙絞線)主要分為3類和5類兩種線，UTP(非屏蔽雙絞線)主要 分為3類/4類/5類/超5類/6類幾種，一般網(wǎng)絡主要使用的是5類雙絞線，5類雙絞線外層保護膠皮厚，膠皮上標注“CAT5”字樣。超5類雙絞線屬非屏 蔽雙絞線，與普通5類雙絞線比較，超5類雙絞線在傳送信號時衰減更小，抗干擾能力更強，在100M網(wǎng)絡中，用戶設備的受干擾程度只有普通5類

16、線的1/4， 其也是目前應用的主流?？偩€接口 網(wǎng)卡要與電腦相連接才能正常使用，電腦上各種接口層出不窮，這也造成了網(wǎng)卡所采用的總線接口類型紛呈。此外，提到總線接口，需要說明的是人們一般將這類接 口俗稱為“金手指”，為什么叫金手指呢?是因為這類插卡的線腳采用的是鍍鈦金(或其它金屬)，保證了反復插拔時的可*接觸，既增大了自身的抗干擾能力又減 少了對其他設備的干擾。為了方便您了解，下面我們就分別來圖解一下常見的各種接口類型的網(wǎng)卡。ISA接口網(wǎng)卡 ISA是早期網(wǎng)卡使用的一種總線接口，ISA網(wǎng)卡采用程序請求I/O方式與CPU進行通信，這種方式的網(wǎng)絡傳輸速率低，CPU資源占用大，其多為10M網(wǎng) 卡，目前在市

17、面上基本上看不到有ISA總線類型的網(wǎng)卡，筆者從舊件堆中找到了幾款ISA網(wǎng)卡，D-LINK的產(chǎn)品，居然用橡皮擦清潔金手指上機后還能用。PCI接口網(wǎng)卡 PCI(peripheral component interconnect)總線插槽仍是目前主板上最基本的接口。其基于32位數(shù)據(jù)總線，可擴展為64位，它的工作頻率為33MHz/66MHz。數(shù)據(jù)傳輸率為每秒132MB(32*33MHz/8)。目前PCI接口網(wǎng)卡仍是家用消費級市場上的絕對主流。PCI-X接口網(wǎng)卡 PCI-X是PCI總線的一種擴展架構(gòu)，它與PCI總線不同的是，PCI總線必須頻繁的于目標設備和總線之間交換數(shù)據(jù)，而PCI-X則允許目標設備僅于

18、單 個PCI-X設備看已進行交換，同時，如果PCI-X設備沒有任何數(shù)據(jù)傳送，總線會自動將PCI-X設備移除，以減少PCI設備間的等待周期。所以，在相 同的頻率下，PCI-X將能提供比PCI高14-35%的性能。目前服務器網(wǎng)卡經(jīng)常采用此類接口的網(wǎng)卡。PCI-E接口網(wǎng)卡 PCI Express 1X接口已成為目前主流主板的必備接口。不同與并行傳輸，PCI Express接口采用點對點的串行連接方式，PCI Express接口根據(jù)總線接口對位寬的要求不同而有所差異，分為PCI Express 1X(標準250MB/s，雙向500MB/s)、2X(標準500MB/s)、4X(1GB/s)、8X(2GB

19、/s)、16X(4GB/s)、32X(8GB/s)。采用PCI-E接口的網(wǎng)卡多為千兆網(wǎng)卡。USB接口網(wǎng)卡 在目前的電腦上很難找到?jīng)]有USB接口(Universal Serial Bus，通用串行總線)的，USB總線分為USB2.0和USB1.1標準。USB1.1標準的傳輸速率的理論值是12Mbps，而USB2.0標準的傳輸速率可以高達480Mbps，目前的USB有線網(wǎng)卡多為USB2.0標準的。PCMCIA接口網(wǎng)卡 PCMCIA接口是筆記本電腦專用接口，PCMCIA總線分為兩類，一類為16位的PCMCIA，另一類為32位的CardBus，CardBus網(wǎng)卡的最大吞吐量接近90Mbps，其是目前市

20、售筆記本網(wǎng)卡的主流。Mini-PCI接口網(wǎng)卡 MiniPCI接口是在臺式機PCI接口基礎上擴展出的適用于筆記本電腦的接口標準，其速度和PCI標準相當，很多此類產(chǎn)品都是無線網(wǎng)卡。除此而外，市場上還有AMR等接口的網(wǎng)卡等等，限于篇幅及其流行度，本文就不一一介紹了*MII (Media Independent Interface介質(zhì)無關(guān)接口)MII 即媒體獨立接口，它是IEEE-802.3定義的以太網(wǎng)行業(yè)標準。它包括一個數(shù)據(jù)接口，以及一個MAC和PHY之間的管理接口(圖1)。數(shù)據(jù)接口包括分別 用于發(fā)送器和接收器的兩條獨立信道。每條信道都有自己的數(shù)據(jù)、時鐘和控制信號。MII數(shù)據(jù)接口總共需要16個信號。

21、管理接口是個雙信號接口：一個是時鐘信 號，另一個是數(shù)據(jù)信號。通過管理接口，上層能監(jiān)視和控制PHY。MII Management interface只有兩條信號線。The configuration and status data is written/read to/from the PHY via the MDIO signal.MII標準接口 用于連快Fast Ethernet MAC-block與PHY。介質(zhì)無關(guān)表明在不對MAC硬件重新設計或替換的情況下，任何類型的PHY設備都可以正常工作。在其他速率下工作的與 MII等效的接口有：AUI（10M以太網(wǎng)）、GMII（Gigabit以太網(wǎng)）

22、和XAUI（10-Gigabit以太網(wǎng)）。MII總線在IEEE802.3中規(guī)定的MII總線是一種用于將不同類型的PHY與相同網(wǎng)絡控制器（MAC）相連接的通用總線。網(wǎng)絡控制器可以用同樣的硬件接口與任何PHYGMII (Gigabit MII)GMII采用8位接口數(shù)據(jù)，工作時鐘125MHz，因此傳輸速率可達1000Mbps。同時兼容MII所規(guī)定的10/100 Mbps工作方式。GMII接口數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)符合IEEE以太網(wǎng)標準。該接口定義見IEEE 802.3-2000。發(fā)送器： GTXCLK吉比特TX.信號的時鐘信號（125MHz） TXCLK10/100M信號時鐘 TXD7.0被發(fā)送數(shù)據(jù) TXEN發(fā)送器使能信號 TXER發(fā)送器錯誤（用于破壞一個數(shù)據(jù)包）注：在千兆速率下，向PHY提供GTXCLK信號，TXD、TXEN、TXER信號與此時鐘信號同步。否則，在10/100M速率下，PHY提供TXCLK時鐘信號，其它信號與此信號同步。其工作頻率為25MHz（100M網(wǎng)絡）或2.5MHz（10M網(wǎng)絡）。接收器： RXCLK接收時鐘信號（從收到的數(shù)據(jù)中提取，因此與GTXCLK無關(guān)聯(lián)） RXD7.0接收數(shù)據(jù) RXDV接收數(shù)據(jù)有效指示 RXER接收數(shù)據(jù)出錯指示 COL沖突檢測（僅用于半雙工狀態(tài)）管理配置 MDC配置接口時鐘 MDIO配置接口I/O管理配置接口控制PHY的特性。該接口有32個寄存器地