MAC （Medium Access Control），簡(jiǎn)稱媒體訪問控制。MAC層在OSI模型中是屬于數(shù)據(jù)鏈路層，其主要任務(wù)是解決數(shù)據(jù)包發(fā)給誰。數(shù)據(jù)鏈路層包含MAC（介質(zhì)訪問控制）子層和LLC（邏輯鏈路控制）子層。
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PHY（physical），簡(jiǎn)稱物理層，是一個(gè)對(duì)OSI模型物理層的簡(jiǎn)稱。PHY包括兩個(gè)接口三個(gè)子層：
兩個(gè)接口：
1、MII接口：媒體獨(dú)立接口。PHY與MAC之間的通信方式，其中包括數(shù)據(jù)接口、管理接口。在MII的基礎(chǔ)上，又發(fā)展了RMII（Reduced Media Independant Interface，簡(jiǎn)化了MII，比MII用的信號(hào)線更少）、GMII（Gigabit Media Independent Interface，即先兆的MII接口）、RGMII（Reduced Gigabit Media Independent Interface，及簡(jiǎn)化先兆的MII接口）；
2、MDI接口：媒體相關(guān)接口；
三個(gè)子層：
1、PCS子層：物理編碼子層，負(fù)責(zé)編碼；
2、PMA子層：物理介質(zhì)連接子層，進(jìn)一步將PCS編碼向各種媒介進(jìn)行傳送。完成串并、并串轉(zhuǎn)化；
3、PMD子層：物理介質(zhì)相關(guān)子層，完成物理連接；
MAC的功能
1）封裝網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)封裝為幀，實(shí)現(xiàn)幀同步對(duì)目標(biāo)MAC地址和源MAC地址進(jìn)行處理，對(duì)PHY傳輸錯(cuò)誤時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)。MAC幀的數(shù)據(jù)部分只有一個(gè)字段，其長(zhǎng)度；
2）控制PHY芯片；
PHY的功能
1）通過MII接受MAC的數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步編碼；
2）數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)；
MAC和PHY的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
一般的鏈路層和物理層實(shí)現(xiàn)方式有以下幾種：
1）CPU集成MAC和PHY
2）CPU集成MAC，PHY采用外部芯片實(shí)現(xiàn)
3）CPU不集成MAC和PHY，MAC和PHY都通過外部芯片實(shí)現(xiàn)
一般采用的是第二種方法。?
PHY芯片
PHY芯片的主要功能就是將數(shù)據(jù)再次編碼，然后數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。PHY一般有32個(gè)寄存器，其中的前16個(gè)寄存器是根據(jù)802.3協(xié)議定義的，后面的16個(gè)寄存器是芯片制造商定義的功能寄存器。下圖是RTL8211FD芯片的系統(tǒng)框圖：
?**驅(qū)動(dòng)PHY芯片的驅(qū)動(dòng)其實(shí)就是調(diào)用MAC控制器，通過SMI接口控制PHY芯片。在做協(xié)議適配的時(shí)候，主要就是通過MAC控制器與PHY芯片通信，來完成數(shù)據(jù)的控制。**詳細(xì)的適配過程，可以參考和學(xué)習(xí)LWIP適配的詳細(xì)講解。
具體舉例說明
下圖是采用方案二的網(wǎng)口結(jié)構(gòu)圖.虛框表示CPU,MAC集成在CPU中.PHY芯片通過MII接口與CPU上的Mac連接.
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在軟件上對(duì)網(wǎng)口的操作通常分為下面幾步:
- 為數(shù)據(jù)收發(fā)分配內(nèi)存;
- 初始化MAC寄存器;
- 初始化PHY寄存器（通過MIIM）;
- 啟動(dòng)收發(fā);
?
1.MII
MII接口是MAC與PHY連接的標(biāo)準(zhǔn)接口.因?yàn)楦鲝S家采用了同樣的接口,用戶可以根據(jù)所需的性能、價(jià)格,采用不同型號(hào),甚至不同公司的phy芯片.
需要發(fā)送的數(shù)據(jù)通過MII接口中的收發(fā)兩組總線實(shí)現(xiàn).而對(duì)PHY芯片寄存器的配置信息,則通過MII總的一組串口總線實(shí)現(xiàn),即MIIM（MII Management）.
下表列出了MII總線中主要的一些引腳
| PIN Name |
Direction |
Description |
| TXD[0:3] |
Mac to Phy |
Transmit Data |
| TXEN |
Mac to Phy |
Transmit Enable |
| TXCLK |
Mac to Phy |
Transmit Clock |
| RXD[0:3] |
Phy to Mac |
Receive Data |
| RXEN |
Phy to Mac |
Receive Enable |
| RXCLK |
Phy to Mac |
Receive Clock |
| MDC |
Mac to Phy |
Management Data Clock |
| MDIO |
Bidirection |
Management Data I/O |
?MIIM只有兩個(gè)線, 時(shí)鐘信號(hào)MDC與數(shù)據(jù)線MDIO.讀寫命令均由Mac發(fā)起, PHY不能通過MIIM主動(dòng)向Mac發(fā)送信息.由于MIIM只能有Mac發(fā)起, 我們可以操作的也就只有MAC上的寄存器.
2.?DMA
收發(fā)數(shù)據(jù)總是間費(fèi)時(shí)費(fèi)力的事,尤其對(duì)于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來說更是如此.CPU做這些事情顯然不合適.既然是數(shù)據(jù)搬移, 最簡(jiǎn)單的辦法當(dāng)然是讓DMA來做.畢竟專業(yè)的才是最好的.
這樣CPU要做的事情就簡(jiǎn)單了.只需要告訴DMA起始地址與長(zhǎng)度, 剩下的事情就會(huì)自動(dòng)完成.
通常在MAC中會(huì)有一組寄存器專門用戶記錄數(shù)據(jù)地址, tbase與rbase, cpu按MAC要的格式把數(shù)據(jù)放好后, 啟動(dòng)MAC的數(shù)據(jù)發(fā)送就可以了.啟動(dòng)過程常會(huì)用到寄存器tstate.
3.?MAC
CPU上有兩組寄存器用與MAC.一組用戶數(shù)據(jù)的收發(fā),對(duì)應(yīng)上面的DMA;一組用戶MIIM,用戶對(duì)PHY進(jìn)行配置.兩組寄存器由于都在CPU上,配置方式與其他CPU上寄存器一樣,直接讀寫即可.數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)通過DMA完成. ?
4.?PHY
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該芯片是一個(gè)10M/100M Ethernet網(wǎng)口芯片
PHY芯片有一組寄存器用戶保存配置,并更新狀態(tài).CPU不能直接訪問這組寄存器,只能通過MAC上的MIIM寄存器組實(shí)現(xiàn)間接訪問.同時(shí)PHY芯片負(fù)責(zé)完成MII總線的數(shù)據(jù)與Media Interface上數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā).該轉(zhuǎn)發(fā)根據(jù)寄存器配置自動(dòng)完成,不需要外接干預(yù).
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到了這里，關(guān)于以太網(wǎng)基礎(chǔ)理論—MAC+PHY的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！
