MAC （Medium Access Control），简称媒体访问控制。MAC层在OSI模型中是属于数据链路层，其主要任务是解决数据包发给谁。数据链路层包含MAC（介质访问控制）子层和LLC（逻辑链路控制）子层。

 

PHY（physical），简称物理层，是一个对OSI模型物理层的简称。PHY包括两个接口三个子层：

两个接口： 1、MII接口：媒体独立接口。PHY与MAC之间的通信方式，其中包括数据接口、管理接口。在MII的基础上，又发展了RMII（Reduced Media Independant Interface，简化了MII，比MII用的信号线更少）、GMII（Gigabit Media Independent Interface，即先兆的MII接口）、RGMII（Reduced Gigabit Media Independent Interface，及简化先兆的MII接口）； 2、MDI接口：媒体相关接口；

三个子层：

1、PCS子层：物理编码子层，负责编码； 2、PMA子层：物理介质连接子层，进一步将PCS编码向各种媒介进行传送。完成串并、并串转化； 3、PMD子层：物理介质相关子层，完成物理连接；

MAC的功能

1）封装网络层的数据，将数据封装为帧，实现帧同步对目标MAC地址和源MAC地址进行处理，对PHY传输错误时进行校准。MAC帧的数据部分只有一个字段，其长度； 2）控制PHY芯片；

PHY的功能

1）通过MII接受MAC的数据，并对数据进行进一步编码； 2）数字信号转化为模拟信号；

MAC和PHY的结构简图

一般的链路层和物理层实现方式有以下几种： 1）CPU集成MAC和PHY 2）CPU集成MAC，PHY采用外部芯片实现 3）CPU不集成MAC和PHY，MAC和PHY都通过外部芯片实现 一般采用的是第二种方法。 

PHY芯片

PHY芯片的主要功能就是将数据再次编码，然后数字信号转化为电信号。PHY一般有32个寄存器，其中的前16个寄存器是根据802.3协议定义的，后面的16个寄存器是芯片制造商定义的功能寄存器。下图是RTL8211FD芯片的系统框图：

 **驱动PHY芯片的驱动其实就是调用MAC控制器，通过SMI接口控制PHY芯片。在做协议适配的时候，主要就是通过MAC控制器与PHY芯片通信，来完成数据的控制。**详细的适配过程，可以参考和学习LWIP适配的详细讲解。

具体举例说明

下图是采用方案二的网口结构图.虚框表示CPU,MAC集成在CPU中.PHY芯片通过MII接口与CPU上的Mac连接.

 

在软件上对网口的操作通常分为下面几步:

为数据收发分配内存;初始化MAC寄存器;初始化PHY寄存器（通过MIIM）;启动收发;

 

1.MII

MII接口是MAC与PHY连接的标准接口.因为各厂家采用了同样的接口,用户可以根据所需的性能、价格,采用不同型号,甚至不同公司的phy芯片.

需要发送的数据通过MII接口中的收发两组总线实现.而对PHY芯片寄存器的配置信息,则通过MII总的一组串口总线实现,即MIIM（MII Management）.

下表列出了MII总线中主要的一些引脚

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只有两个线, 时钟信号MDC与数据线MDIO.读写命令均由Mac发起, PHY不能通过MIIM主动向Mac发送信息.由于MIIM只能有Mac发起, 我们可以操作的也就只有MAC上的寄存器.

2. DMA

收发数据总是间费时费力的事,尤其对于网络设备来说更是如此.CPU做这些事情显然不合适.既然是数据搬移, 最简单的办法当然是让DMA来做.毕竟专业的才是最好的.

这样CPU要做的事情就简单了.只需要告诉DMA起始地址与长度, 剩下的事情就会自动完成.

通常在MAC中会有一组寄存器专门用户记录数据地址, tbase与rbase, cpu按MAC要的格式把数据放好后, 启动MAC的数据发送就可以了.启动过程常会用到寄存器tstate.

3. MAC

CPU上有两组寄存器用与MAC.一组用户数据的收发,对应上面的DMA;一组用户MIIM,用户对PHY进行配置.两组寄存器由于都在CPU上,配置方式与其他CPU上寄存器一样,直接读写即可.数据的转发通过DMA完成.  

4. PHY

 

该芯片是一个10M/100M Ethernet网口芯片

PHY芯片有一组寄存器用户保存配置,并更新状态.CPU不能直接访问这组寄存器,只能通过MAC上的MIIM寄存器组实现间接访问.同时PHY芯片负责完成MII总线的数据与Media Interface上数据的转发.该转发根据寄存器配置自动完成,不需要外接干预.

 

 

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