以太网知识讲座（3）——物理层器件
王廷尧，马克城
（天津光电通信产业集团恒光科技有限公司；天津 300211）
摘 要：系统地介绍了以太网的基本要领介质接入控制和物理层标准规范，以太网信号的帧结构、网络硬件设备、网络组成及主要性能，以及以太网信号在PDH、SDH/SONET中的传输等等。由于以太网中的各种设备必需通物理层接口器件才能与网络传输介质相连，因此本部分主要介绍物理层器件。
关键词：以太网；物理层；接口
1 物理层器件
物理层器件（PHY:Physical Layer Interface Devices）是将各网元连接到物理介质上的关键部件。负责完成互连参考模型（OSI）第I层中的功能，即为链路层实体之间进行bit传输提供物理连接所需的机械、电气、光电转换和规程手段。其功能包括建立、维护和拆除物理电路，实现物理层比特(bit)流的透明传输等。
通常物理层的功能均被集成在一个芯片之中，但有的芯片也将部分链路层的功能集成进来，如物理介质接入控制（MAC:Media Access Con-brol）子层的功能等。其MAC/Repeater接口在10Mbit/s、100Mbit/s两种速率下有10/100MII、100M符号、10M串行和链路脉冲几种模式。
1.1 PHY的结构
如图1所示，物理层包括四个功能层和两上层接口。两个层接口为物理介质无关层接口（MII）和物理介质相关层接口（MDI），在MII的上层是逻辑数据链路层（DLL），而MDI的下层则直接与传输介质相连。
以下对四个功能层和两个层接口分别进行介绍。
1.2 MII
MII满足ISO/IEC 8802-3和IEEE 802.3标准的要求，支持以太网数据传输的速率为10Mbit/s，100Mbit/s、1000Mbit/s和10Gbit/s，有对应的运行时钟。MII接口主要由与链路层之间的端口（MAC-PHY）和与站管理
实体（STA:Station Management Entity）之间的端口（STA-PHY）两部分组成。
1.2.1 MAC-PHY端口
这是MAC与PHY器件之间的接口，包括同步收发接口和介质状态控制接口。在介质状态控制接口中有载波读出信号（CRS:Carrier Sense Signal）和碰撞检测信号（COL:Collision Detection Signal）等。
1.2.2 STA-PHY端口
STA-PHY作为MII接口的一部分，用于在STA和PHY器件之间交换有关控制、状态和配置方面的信息。为此，ISO/IEC、IEEE规范了这个双线串行管理接口的相关协议及管理信息帧的结构和管理寄存器的标准。
（1）管理寄存器
按标准，管理寄存器集（Management Registerset）包括强制性“基本控制”寄存器（Mandatory “Basic Control”Registers）、状态寄存器（Status Re-gisters）和专用扩展寄存器ICS（Specifie Extended Registers）几部分。
（2）管理信号帧结构
管理接口是一个双向串行接口，用于交换PHY与STA之间的配置、控制和状态数据，利用定义的寄存器集实现PHY和STA的数据交换。STA可以启动所有的处理功能。ISO/IEC、IEEE对串行管理数据流定义了相关管理帧结构和协议（管理信号帧的结构已在第一讲中讨论）。
1.3 物理编码子层
物理编码子层（PCS）有两个对外接口，一是与MII的接口，二是与物理介质连接子层（PMA：Physical Medium Attachment Sublayer）的接口。PCS子层遵循ISO/IEC 8802.3和IEEE 802.3标准，功能包括对信号的编译码、收发处理、管理和控制等。这里可用100Base-TX速率来讨论PCS子层要完成的功能。
1.3.1 PCS在100Mbit/s与10Mbit/s 下的工作模式
一般称10Base-T为以太网，10Base-TX为快速以太网，两者信号的速率，执行的协议以及采用的传输介质均有所不同。PCS子层对于10Base-TX 信号进行4B/5B编译码、扰码（Serambled）和MLT-3编码，将信号交换为62.5MHz的三元数据，然后通过隔离变压器送入5类双绞线电缆或者比5类双绞线电缆更好地电缆线路中传输。对于10Base-T信号则需进行曼乇斯特（Manchester）编译码和相关的处理。对10Base-TX信号和10Base-T信号处理的功能比较如表1所示。
1.3.2 PCS发送子层
这里讨论10Mbit/s和100Mbit/s两种情况。PCS发送子层的功能是编码、碰撞检测与并/串变换等。
（1）100Mbit/s PCS发送子层
PCS发送10Base-TX的数据需要进行4B/5B编码，即是将4bit数据组成的奈培（nib）变换成由5bit数据组成的码字。4B/5B编码的目的就是将数据包的起始符、帧结束、空载与控制功能等符号都编成码组进行传输。将4B码的nib映射入5B码字的过程是按IEEE 802.3标准规范进行的。
每个MAC/Repeater帧的前16nib(16×4=64bit)表示帧前序（Frame Preamble）。PCS将前二个nb用数据流起始标帜符/J/K/代替，并在帧结束时加入数据流结束标帜符/T/R/，用于表示包的结束(ESD:End-of-Stream Delimiter)。4B/5B编码器同样在包之间充满间隔空信号（Idle Period）。用间隔空（Idle）符号实现数据流的连续性。表2即是4B/5B编码表。编码后的符号送入后面的扰码器。
PCS发送的子层4B/5B编码，有32种5bit的编码组合，其中16种5bit 组合用于表示原16捉nib(4bit)的组合；另16种5bit组合，IEEE标准定义了6种用于控制使用的组合，还有10种认为非法的组合。IEEE定义的6种控制码组是：
a./H/表示一个发送差错；
b./I/表示一个IDLE空载；
c.两个码组表示数据流启始标帧符（SSD）；
d./J/和/K/；
e.两个码组表示数据流结束标帜符（ESD）；
f./T/和/R/；
（2）10Mbit/s的PCS发送子层
按ISO/IEC、IEEE标准的要求，10Mbit/s 的PCS发送子层采用Manchester编码，即利用数据与时钟相“异或”，使数据每bit的前一半取数据的补码，后一半取数据的原码，从而保证跃变沿总是发生在每bit 的中央处。Manchester编码器在数据包结束后加入一个起始空脉冲（SOI:Start of Idle Pulse）。在编码过程中与包之间的间隔则不进行编码，由链路脉冲填充。Manchester编码过程的时间关系如图2所示。
从MAC/Repeater接口来的4bit的nib流或串行bit流，利用Manchester编码进行编码。编码的逻辑是：
a.二进制NRZ数据“1”
当码元（bit）周期前半周期时取负值；
当码元（bit）周期后半周期时取正值。
b.二进制NRZ数据“0”
当码元（bit）周期前半周期时取正值；
当码元（bit）周期后半周期时取负值。
使用Manchester编码的优点，一是每个bit周期可有一编码时钟；二是不必考虑数据本身是“0”还是“1”，增加了数据的跃变沿。但它的缺点是编码后的数据率增加了一倍。
PCS子层还可完成碰撞检测，即在数据传输和接收同时发生时，需按标准规范和根据工作模式进行处理。在半双工工作模式下，发生碰撞时产生检测信号（COL:Collision Detection Signal），而在全双工工作模式下，不产生COL。
1.3.3 PCS接收子层
（1）PCS接收子层的功能
PCS接收子层主要完成以下功能：
a.串/并变换；
b.载波检测；
c.4B/5B或Manchester译码；
d.码组成帧。
即PCS接收子层状态机连续接收从PMA来的数据，将其由串行变换为并行，以及成帧和译码，之后送到MAC/Pepeater接口。接收状态机则在接收和数据状态判断之间进行转换并连续这个过程，直到发生下述情况之一时为止：
数据流结束标帜符（ESD，即/T/R/符号）；
有差错发生；
过早结束（空号）。
依据ESD，接收状态机返回到Idle状态时，ESD并没有被送入MAC/Pepeater接口，因此检测出的差错将迫使接收状态机宣告接收错，并等待后面符号。若接收状态机检出“过早结束信号（Prematureend）”，同样也要宣告接收错，而返回Idle状态。
（2）100Mbit/s的PCS接收子层4B/5B译码器4B/5B编码，因此在收端必须利用4B/5B译码器进行译码，即将5B码组映射成4B码。4B/5B译码器的输入严自解扰器（Descrambler）。按表3所示，将5bit码组变换为4bit的nib。4B/5B译码器应首先将SSD帧符（/J/K/符号）拆除并用两个4B数据“5”nb(/5/符号)来代替，对ESD帧符（/T/R/符号）也需被拆除并用两个4B数据“0”nib（/I/符号）代替。
（3）10Mbit/s PCS接收子层Manchester译码
Manchester译码器将从双绞线对接收到的Manchester编码信号变换为原NRZ信号，并将空载开始脉冲 （SOI:Start of Idle）拆除。在发送端，NRZ数据S被Manchester编剧骊，即MS=S⊕C（C为时钟
在收端，MS数据重新被译码为S，即图3、图4即为ML2653型10Base-T物理接口芯片发收Manchester信号编译码的一时图。
PCS子层提供CRS载波检测信号（Carrier Sense Signal）和碰撞检出信号（Collision Detection Signal），用这两个控制信号实现对MII接口的控制与管理。
1.4 PMA子层
PMA与PCS及PMD子层相连，因此必须有两个接口；一个是到上边PCS 子层的接口，另一个是到下边PMD子层的接口。PMA子层主要功能是：
（1）链路监测（Link Monitoring）；
（2）载波检测（Carrier Dete-cting）；
（3）MRZI编/译码（NRZI En-coding/Decoding）；
（4）发送时钟合成（Transmit Clock Synthesis）；
（5）接收时钟恢复（Receive Clock Recovery）。
1.4.1 PMA发送子层
PMA发送子层（PMA Transmit Sublayer）从PCS子层接收串行比特流并且将其变换为NRZI格式（10Mbit/s不用），然后将其送入物理介质相关子层（PMD）。
PMA使用数字锁相环（PLL）合成技术，从时钟标准接口得到需要发送的时钟脉冲，并根据标准时钟接口的安排，得到不同的发送时钟值。
在PMA发送子层需进行NRZI（Non Return to Zero Invertel）编码，这是一种两电平的单极性（O和V）编码。用两电平之间的跃变表示数据“1”，无跃变表示“0”。在这里NRZI编码为将数据变换成MLT-3编码作了准备。具体实例如图5所示。
1.4.2 PMA接收子层
PMA接收子层主要完成下面两个功能：
（1）NRZI译码（NRZI Dcoding）（10Mbit/s不用）
即将从PMD子层接收的串行bit流进行NRZI译码，并将其变换成单极性的二进进PCS子层。
（2）接收时钟恢复（Receive Clo-ck Recovery）
将接收时钟恢复是由PLL完成的，此PLL锁定于从PMD子层接收据 串行数据流上。PLL自动同步于串行数据流并从中提取时钟，最后将恢复时钟和NRZI译码后的数据流送到PCS子层。
当PMA接收子层没有检出任何接收信号时，PMA利用发送时钟作为PLL的参考标准时钟。在100Base-TX信号情况下，恢复出25MHz的时钟。而在10Base-T信号时时钟信号则是2.5MHz。
PMA接收子层的链路监视功能（Link Moni-toring Function）可以来监视接收时钟PLL。若接收时钟PLL没有捕获锁定的串行数据流，则产生一个差错信号。在一般情况下，PMA链路监视功能块连续统计与其连接的链路状态。若没有检出接收信号或者PLL误帧，则宣告接收通道差错。 1.5 PMD子层
这里主要介绍100Base-TX速率下的双绞线对物理介质相新天地子层（TP-PMD：Twisted-Pair Physical Media Dependent）。按照ISO/IEC IEEE 的标准，100Base-TX TP-PMD具有数据流扰码/解忧和三电平、多跃变沿MLT-3编译码功能及对接收信号进行直流恢复和自血压计匀衡。
1.5.1 数据流的扰码器/解扰器
通常，数字传输系统的鲁棒性（Robustness）依赖于数字信号源的统计特性。例如，接收时钟是从接收数据提取得来的，长串“0”和“1”可能引起同步的丢失。为了使定时恢复电路处于同步状态，数据信号必须包含足够的跃变沿。
IEEE 802.3u协议允许出现一些重复的数据图形，这些重复的图形在线路信号的功率频谱密度分布中出现能量峰值，其不连续的频谱分量是有害的，必须将其抑制掉。
利用扰码（Scrambling）技术扩展这些图形从而抑制掉这些不连续峰值分量达20dB～25Db。这是因为在一定周期时间内信号数据的随机性使得数据信号有均匀功率输出。这样，峰值能量被消除，从而改善了发送性能。 在发端TP-PMD子层对4B/5B编码信号进行扰码。扰码器（Scrambler）将普通的NRZ bit流利用键控、模2加的方法产生一个被扰码的数据流。其工作过程是：一个11bit的线性反馈移位寄存器（LFSR:Linear Feedback Shift Register）的输入是第11bit和第9bit的模2加（Exclusive-OR），
移位寄存器中至少包含有一个非零bit，基们生的伪随机序列可以与需要扰码的信号相加，最后得到已扰码的信号（10Mbit/s不用扰码）。
解扰器（Descrambler）的作用是将被扰码的数据进行解扰，恢复成原NRZI数据信号。在数据解扰前，应首先实现解扰器同步，一旦建立了解扰器同步，在给定的期间内，只要检出足够扰码空载图形“1”的个数，即在1ms时间内至少应检出25个连续解扰空信号“1”，就能保持同步状态。若在1ms时间内没有检出25个连续解扰空信号“1”，则解扰将失步，而需要重新建立同步过程。
1.5.2 100Base-TX MLT-3编码器/译码器
MLT-3线路编码（MLT-3 Line Code）用于使用电缆介质的快速以太网。MLT-3是一种三电平双极性编码（+V、0和-V），用两电平之间的跃变沿来表示“1”，而无跃变沿表示“0”。这里，MLT-3的最高基频是NRZI的一半。使用MLT-3编码可使高频频谱能量移向低于30MHz的边缘区。与NRZI 比较，而MLT-3编码90%以上的频谱能量在40MHz以下，而NRZI则在70MHz 以下。这样，在相同数据率下，不要求有更高带宽的传输介质。
MLT-3编码器将从扰码器来的NRZI扰码信号（NRZ）变换为三电表产MLT-3编码信号；MLT-3译码器则作反变换恢复原NRZI扰码信号。在这里从中提取了时钟，并利用此时钟进行译码。
1.5.3直流恢复（DC Restoration）
在100Base-TX数据流的扰码和MLT-3的编码中，可能存在一定长度的连“0”或连“1”序列，使得数据流中产生直流分量，变压器的隔直也会引起信号“基线”的漂移，即“基线”信号从其正常额定直流值移动或漂移，而不利于接收机对于噪声的抑制特性，因此需要恢复信号原直流分量。
1.5.4 自适应均衡器（Adaptive Equalizer）
当数据在电缆中传输时，由于色散特性，将会导致信号失真和码间干扰（ISI:Inter Symbol Interference），因此在接收机中必需采取措施将进来的失真和码间干扰信号恢复成原信号。由于在多数情况下，双绞线对（TP）端口的特性是未知的，并且每个端口要求均衡的特性也不相同，因此，在TP-PMD标准中，提出了使用自适应均衡器恢复原信号的要求，以保证对拉媚信号进行适当的补偿。
自动均衡的方法之一是监视接收信号的能量，用以确定传输介质的长度，并据此调整均衡器的性能。因为，接收信号的幅度与传输的缆长是成正比的，所以若信号电平降低，则会增加均衡的总量，而便于补偿信号在线路中的损失。
1.5.5 双绞线对发射机
一般的双绞线对发射机（Twisted-Pair Trans-milter）由MLT-3编码器、波形发生器以及传输介质线路驱动器所组成。波形发生器接受MLT-3编码波形，并使用一个电流源交换阵列来控制输出信号上升/下降沿的时间和信号的幅度电平。为了平滑此电流型信号输出和除去高频分量，需通过一个低通滤波器，使发送的输出波形满足有关脉冲样板的标准。电流驱动型差动驱动器将平滑后符合要求的波形变换为可以驱动10m、100Ω的5类非屏蔽双绞线电缆或100m、150Ω屏蔽双绞线电缆的电流输出。最后与传输介质的接口是一个隔离变压器。
1.5.6 双绞线对接收机
一般双绞骊对接收机被制作成通用模块，通过一个隔离变压器与传输介质连接。从双绞线对（TP）输入的信号首先进入自适应均衡器，在这里对于缆的低通特性进行补偿，接着进行“基线漂移校正电路”恢复由变压器隔去的波形直流分量。比较器将均衡后的信号变换回原数字电平供“镇噪电路（Squelch Circutit）”使用。MLT-3译码器接收从比较器来的三电平MLT-3信号并且将其变换为常规数字数据，用来恢复时钟和数据。其全过程如图6所示。
1.5.7 自动极性校正与隔离变压器
一般的100Base-TX没有极性问题，但是自动协商（FLP）对于极性是比较灵敏的。自动极性校正（Auto Polarity Correction）功能主要是应用于100Base-T工作方式，通常利用规范链路脉冲（NLP:Normal Link Pulses）检验信号极性，从而校正反向的信号极信。
ISO/IEC 8802-3 ,IEEE 802.3标准要求要通过隔离变压器（Isolation Transformer）与电缆传输介质连接。而典型的磁性器件模块包含两个隔离变压器，一个用于双绞线对发射机，另一个用于接收机。通过这两个隔离变压器与传输介质物理隔离和交流耦合。
1.6 链路完整性算法
10Mbit/s和100Mbit/s模式有不同的链路完整性算法（Link Integrity Algorithm）标准。在IEEE802.3第14条款中规范了10Base-T链路完整性算法，使用的是所谓的规范链路脉冲（NLP:Normaal Link Pulses）。当发送处于空载时，为了便于确定本地设备已经成功地建立起与远端设备相连的链路（称为链路通路状态），发送NLP必须满足在IEEE 802.3第14条款规范的要求。
因为100Base-TX定义了一个独立的激活空信号，而不需要像10Base-T 那样，定义一个半独NLP。100Base-TX的空信号是：ILE=11…。
1.7 自动协商子层
（1）功能
自动协商子层（AN:Auto-Negotiation Sublayer）通常有以下功能：
a.确定在链路段介质或缆连接的另一端设备所具有的能力；
b.宣布远端链路设备中上述能力；
c.与链路远端设备交换彼此表征技术能力的数据参数，并且与远端链路设备建立协议，自动选择共有的最高性能工作模式。包括工作速率（10/100/1000Mbit/s）、传输介质和半/全双工模式。
自动协商功能是在建立链路两端设备中选择共有的高性能工作的模式，其算法和链咱完整性算法的区别在于：标准链路完整性算法仅用于建立来往远端设备的活动链路，而自动协商算法则是在选择两端共有的最高性能后，还要建立来往远端设备的激活链路。
（2）自动协商子层的启动
在以下事件之一发生时，需启动自动协商功能算法：
a.设备选通自动协商功能；
b.设备进入链路故障（Fail）状态；
c.自动协商复位。
在ISO/IEC 8802-3标准的附录28B中，列出了各种技术的优先权顺序，如以下所示：
100Base-TX全双工（最高优先权）；
100Bae-T4；
100Base-TX半双工；
10Base-T全双工；
10Base-T半双工（最低优先权）。
一般地说，自动协商执行的过程要小于500ms，这与对端完成自动协商链路的能力地匀。自动协商过程的监视器可以监视自动协商过程和链路是否建立。
1.8 PHY器件小结
PHY物理层器件应满足CSMA/CD以太网ISO/IEC 88-02-3、IEEE802.3的标准要求。前面分别详细描述了MII接口、物理编码子层（P-CS）、物理介质连接子层（PMA）、物理介质相关子层（PMD）以及自动协商（Auto-Negotion）功能和原理。现将各部分功能概括于表3之中，以进行比较。
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资料编码产品名称 使用对象产品版本 编写部门资料版本 以太网标准和物理层、数据链路层专题 拟制：日期： 审核：日期： 审核：日期： 批准：日期： 华为技术有限公司 版权所有侵权必究 修订记录 日期修订版本作者描述
目录 1 以太网标准 5 1.1 以太网标准 5 1.2 IEEE标准 5 1.3 物理层 8 1.3.1 以太网接口类型 8 1.3.2 电口 8 1.3.3 光口 11 1.4 FE自协商 12 1.4.1 自协商技术的功能规范 13 1.4.2 自协商技术中的信息编码 14 1.4.3 自协商功能的寄存器控制 16 1.4.4 GE自协商 18 1.5 物理层芯片和MAC层芯片接口简介 19 1.5.1 MII 19 1.5.2 MDIO管理寄存器 20 1.5.3 RMII 20
1.5.4 SMII 21 1.5.5 SS－SMII 21 1.5.6 GMII 22 1.5.7 TBI 22 2 以太网数据链路层 23 2.1 以太网的帧格式 23 2.2 以太网的MAC地址 25 2.3 CSMA/CD算法 26 2.3.1 CSMA/CD发送过程 27 2.3.2 CSMA/CD如何接收 28 2.4 半双工以太网的限制 31 2.5 以太网流量控制 34 2.5.1 反压（Backpressure） 34 2.5.2 PAUSE 流控 34 关键词： 以太网物理层数据链路局域网城域网协议标准祯结构
摘要： 本文详细地阐述了以太网的标准，以太网在各个传输层面的具体结构和工作方式以及控制方式。 缩略语清单： 无。 参考资料清单 无。 以太网标准和物理层、数据链路层专题 1 以太网标准 1.1 以太网标准 局域网(LAN)技术用于连接距离较近的计算机，如在单个建筑或类似校园的集中建筑中。城市区域网(MAN)是基于10－100Km的大范围距离设计的，因此需要增强其可靠性。但随着通信的发展，从技术上看，局域网和城域网有融合贯通的趋势。 1.2 IEEE标准 IEEE是电气和电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers）的简称，IEEE组织主要负责有关电子和电气产品的各种标准的制定。IEEE于1980年2月成立了IEEE 802委员会，专门研究和指定有关局域网的各种标准。IEEE 802委员会由6个分委员会组成，其编号分别为802.1
修订记录 第二章以太网标准 目标： 了解以太网标准结构。 熟悉各以太网标准定义的内容 一、以太网标准 局域网(LAN)技术用于连接距离较近的计算机，如在单个建筑或类似校园的集中建筑中。城市区域网(MAN)是基于10－100Km的大范围距离设计的，因此需要增强其可靠性。但随着通信的发展，从技术上看，局域网和城域网有融合贯通的趋势。 IEEE是电气和电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers）的简称，IEEE组织主要负责有关电子和电气产品的各种标准的制定。 IEEE于1980年2月成立了IEEE 802委员会，专门研究和指定有关局域网的各种标准。IEEE 802委员会由6个分委员会组成，其编号分别为802.1至802.6，其标准分别称为标准802.1至标准802.6，目前它已增加到12个委员会，这些分委员会的职能如下： ·802.1--高层及其交互工作。提供高层标准的框架，包括端到端协议、网络互 连、网络管理、路由选择、桥接和性能测量。 ·802.2--连接链路控制LLC，提供OSI数据链路层的高子层功能，提供LAN 、 MAC子层与高层协议间的一致接口。 ·802.3--以太网规范，定义CSMA/CD标准的媒体访问控制（MAC）子层和物理 层规范。 ·802.4--令牌总线网。定义令牌传递总线的媒体访问控制（MAC）子层和物理 层规范。 ·802.5--令牌环线网，定义令牌传递环的媒体访问控制（MAC）子层和物理层 规范。 ·802.6--城域网MAN，定义城域网（MAN）的媒体访问控制（MAC）子层和物理
引言 DP83848C是美国国家半导体公司生产的一款鲁棒性好、功能全、功耗低的10／100 Mbps单路物理层(PHY)器件。它支持MII(介质无关接口)和RMII(精简的介质无关接口)，使设计更简单灵活；同时，支持10BASE～T和100BASE-TX以太网外设，对其他标准以太网解决方案有良好的兼容性和通用性。 MII(Medium Independent Interface)是IEEE802．3u规定的一种介质无关接口，主要作用是连接介质访问控制层(MAC)子层与物理层(PH-Y)之间的标准以太网接口，负责MAC 和PHY之间的通信。由于MII需要多达16根信号线，由此产生的I／O口需求及功耗较大，有必要对MII引脚数进行简化，因此提出了RMII(Reduced Medium Independent Interface，精简的介质无关接口)，即简化了的MII。 1 硬件设计 1．1 电路设计 DP83848C的收发线路各是一对差分线，经过变比为1：1的以太网变压器后与网线相连。以太网变压器的主要作用是阻抗匹配、信号整形、网络隔离，以及滤除网络和设备双方面的噪音。典型应用如图1所示。 图2是DP83848C与MAC的连接电路。其中，Xl为50 MHz的有源振荡器。
1．2 PCB布局布线 布局方面，精度为1％的49．9 Ω电阻和100 nF的去耦电容应靠近PHY器件放置，并通过最短的路径到电源。如图3所示，两对差分信号(TD和RD)应平行走线，避免短截，且尽量保证长度匹配，这样可以避免共模噪声和EMI辐射。理想情况下，信号线上不应有交叉或者通孔，通孔会造成阻抗的非连续性，所以应将其数目降到最低；同时，差分线应尽可能走在一面，且不应将信号线跨越分割的平面，如图4所示。信号跨越一个分割的平面会造成无法预测的回路电流，极可能导致信号质量恶化并产生EMI问题。注意，图3和图4中，阴影部分为错误方法。 2 RMll模式描述 RMII模式在保持物理层器件现有特性的前提下减少了PHY的连接引脚。
以太网信号质量问题之收发器驱动偏置电阻的处理 一前言 对于系统设计人员来说，模数混合电路中最困难的地方在于模拟部分的设计，其中最具代表性的就是我们经常要面对的物理层收发器(PHY)及其收发回路和匹配网络的设计。即使对于应用比较成熟的以太网物理层设计而言，DA C驱动电流的基准偏置，差分信号线对的走线，乃至于匹配电阻的位置，都有可能影响到其物理层的信号质量并通过接口技术指标测试暴露出来。 二以太网口信号质量测试分析 1 100Base-TX接口测试环境及其设置 100Base-TX接口测试原理 100Base-TX接口的测试采用业内比较通用的诱导发包的
方法来引导DUT发出扰码后的IDLE进行测试，更多细节请参考美国力科公司《Ethernet solution-QualiPHY》专项技术文档， 测试设备： 测试拓扑如图1：
图1 Ethernet接口指标测 试连接框图 2 测试中出现的问题 本次测试将主要验证产品上4个以太网100Base-TX接口的技术指标。对于其中比较直观的100Base-TX物理层的眼图模板，《ANSI+X3_263-1995》标准中有着明确的眼图模板定义见图2。 图2 100Base-TX 眼图模板 关于100Base-TX接口技术指标的测试方法，《IEEE Std 802.3-2000》标准中也有详细的说明，工程师按照诱导发包的测试方法进行了网口眼图的测试，测试过程中
发现测试网口出现了信号波形碰触模板的问题，波形见图3： 图3 以太网口测试眼图_FAIL 3 问题分析解决 从眼图初步分析来看，发送信号的幅度应该是满足要求的。但是可以明显的发现信号边沿还是比较缓，而且从单个波形来看边沿有不单调的问题。方案的原厂是一家通讯业内专注于IP宽带解决方案的国际型大公司，其以太网模块部分应该经过详细验证过。最大的可能是二次开发过程中板级系统设计时的一些关键技术参数的配合问题。工程师在进行了信号幅度以及上升下降时间等细节指标的
工业以太网通信协议研究及应用 发表时间：2018-04-24T14:54:01.377Z 来源：《防护工程》2017年第36期作者：林立胜 [导读] Modbus/TCP是用于控制和管理自动化设备的Modbus系列通讯协议的派生产品。 南京富岛软件公司 210032 摘要：在绝大多数工业控制通信方面都是采用现场总线技术方式来实现的。但长期以来现场总线种类繁多、同时又没有统一标准而导致互不兼容，使得系统集成和信息集成面临着巨大挑战，所以引入了应用广泛、高速率、低成本的以太网技术。但以太网的可靠性和实时性比较差，难以适应工业控制的要求，故相关组织对以太网进行了一些扩展，称为工业以太网。随着工业4.0的发展，相信工业以太网技术将越来越重要。本文就常见工业以太网通信协议简介及应用作出阐述。 关键词：现场总线技术、工业以太网、EtherCat、Ethernet/IP、ProfiNet、Modbus/TCP、Ethernet/PowerLink、MechatroLink 1常见工业以太网通信协议 1.1、Modbus/TCP Modbus/TCP是用于控制和管理自动化设备的Modbus系列通讯协议的派生产品。 由此可见，它覆盖了使用TCP/IP协议的Intranet企业内部网和Internet互联网环境中Modbus报文的用途。 该协议的最常见用途是为例如I/O、PLC模块以及连接其它简单域总线或I/O模块的网关服务的。 Modbus/TCP协议是作为一种实际的自动化标准发行的。既然Modbus已经广为人知，该规范只将别处没有收录的少量信息列入其中。 然而该规范力图阐明Modbus中哪种功能对于普通自动化设备的互用性有价值，哪些部分是Modbus作为可编程的协议交替用于PLC的多余部分。 Modbus/TCP 在美国比较流行，它由两部分组成，即IDA分散式控制系统的结构与Modbus/TCP 的信息结构的结合。Modbus/TCP定义了一个简单的开放式又广泛应用的传输协议网络用于主从通讯方式。 1.2.、Ethernet/IP Ethernet/IP是一个面向工业自动化应用的工业应用层协议，这里的IP表示Industrial-Protocal。 它建立在标准UDP/IP与TCP/IP协议之上，利用固定的以太网硬件和软件，为配置、访问和控制工业自动化设备定义了一个应用层协议。Ethernet/IP是在应用层提高了以太网的实时性。 1.3、EnterCat EtherCat以太网控制自动化技术是一个以Ethernet以太网为基础的开放架构的现场总线系统。 EtherCat名称中的Cat为Control Automation Technology控制自动化技术首字母的缩写，最初由德国倍福自动化有限公司BeckhoffAutomationGmbH研发。 EtherCat为拓扑的灵活性和系统的实时性能树立了新的标准，同时它还符合甚至降低了现场总线的使用成本。EtherCAT的特点还包括可选线缆冗余、功能性安全协议(SIL3)和高精度设备同步。 EtherCat通过协议内部的优先权机制可区别传输数据的优先权(Process Data)，组态数据或参数的传输是在一个确定的时间段中通过一个专用的服务通道进行(Acyclic Data)，EtherCat操作系统的以太网功能与传输的IP协议兼容。 EtherCat设备分从站和主站，从站一般是伺服驱动器、IO模块、板卡、网关等等，主站通常是运动控制器等。 1.4、Ethernet/PowerLink 鉴于以太网的蓬勃发展和CanOpen在自动化领域的广阔应用基础，Ethernet/PowerLink融合了这两项技术的优缺点，既拥有Ethernet 的开放性、高速接口，又参考了CanOpen在工业领域良好的PDO和SDO数据定义； 在某种意义上说Ethernet/PowerLink就是Ethernet上的CanOpen，在物理层、数据链路层使用了Ethernet介质，而应用层则保留了原有的PDO和SDO对象字典的结构。 Ethernet/PowerLink主攻方面是同步驱动和特殊设备的驱动要求。 1.5、MechatroLink MechatroLink是一个用在工业自动化的开放式通讯协定，最早由安川电机开发，现在则由MechatroLink协会Mechatrolink Members Association维护。 MechatroLink协议分为两种： MechatroLink-III，定义传送接口为以太网的通讯协定架构，速度最快为100Mbit/s，允许最多62个从站。 MechatroLink-II，定义传送接口为RS-485的通讯协定架构，速度最快为10Mbit/s，允许最多30个从站； MechatroLink的目标领域主要是以运动控制为中心的现场网络，可连接的设备包括CNC、PLC、PC卡、运动控制器、变频器、外围图像处理设备、伺服驱动器、外围IO设备等。 MechatroLink协会的主要成员基本上都是日本的自动控制厂商，包括欧姆龙、横河电机、安川电机等。 1.6、ProfiNet ProfiNet由西门子主导的Profibus国际组织ProfiBus International-PI推出，是基于工业以太网技术的自动化总线标准。 作为一项战略性的技术创新，ProfiNet为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，涵括了例如运动控制、实时以太网、网络安全、分布式自动化以及故障安全等当前自动化领域的热点话题； 作为跨供应商的技术，ProfiNet可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线如ProfiBus技术，保护现有投资。 ProfiNet是适用于不同需求的完整解决方案，其功能包括8个主要的模块，依次为运动控制、分布式自动化、网络安装、实时通信、IT 标准和信息安全、故障安全、过程自动化和分布式现场设备。
以太网物理层信号测试与分析 1 物理层信号特点 以太网对应OSI七层模型的数据链路层和物理层，对应数据链路层的部分又分为逻辑链路控制子层(LLC)和介质访问控制子层(MAC)。MAC与物理层连接的接口称作介质无关接口（MII）。物理层与实际物理介质之间的接口称作介质相关接口（MDI）。在物理层中，又可以分为物理编码子层（PCS）、物理介质连接子层（PMA）、物理介质相关子层（PMD）。根据介质传输数据率的不同，以太网电接口可分为10Base-T，100Base-Tx和1000Base-T三种，分别对应10Mbps，100Mbps和1000Mbps三种速率级别。不仅是速率的差异，同时由于采用了不同的物理层编码规则而导致对应的测试和分析方案也全然不同，各有各的章法。下面先就这三种类型以太网的物理层编码规则做一分析。 1、1 10Base-T 编码方法 10M以太网物理层信号传输使用曼彻斯特编码方法，即“0”=由“+”跳变到“-”，“1”=由“-”跳变到“+”,因为不论是”0”或是”1”,都有跳变,所以总体来说,信号是DC平衡的, 并且接收端很容易就能从信号的跳变周期中恢复时钟进而恢复出数据逻辑。 图1 曼彻斯特编码规则 1、2100Base-Tx 编码方法 100Base-TX又称为快速以太网，因为通常100Base-TX的PMD是使用CAT5线传输，按TIA/EIA-586-A定义只能达到100MHz，而当PCS层将4Bit编译成5Bit时，使100Mb/s数据流变成125Mb/s数据流，所以100Base-TX同时采用了MLT-3（三电平编码）的信道编码方法，目的是使MDI的5bit输出的速率降低了。MLT-3定义只有数据是“1”时，数据信号状态才跳变，“0”则保持状态不变，以减低信号跳变的频率，从而减低信号的频率。
100G以太网物理层研究及关键模块ASIC实现以太网以其成本低、可靠性高、安装维护简单等优点而成为普遍采用的网络技术。随着互联网技术的不断发展和用户数量的不断增加,用户对数据传输和接入带宽的需求将越来越大。为了满足快速增长的带宽需求,以太网必须向更高速度进发。 早在2010年,40G/100G以太网的标准IEEE802.3ba就获得了批准,紧接着在2013年新标准IEEE802.3bmTM/D1.1又获得通过,目前针对400G以太网的 IEEE802.3bs标准也即将颁布。因此,对高速以太网的物理层实现的研究具有重要的理论和实际意义。本文首先从IEEE802.3ba和IEEE802.3bmTM/D1.1两个标准入手,简要地介绍了它们所定义的100GE物理层体系结构和物理编码子层(PCS)的功能实现,确定需要完成的100GE发送端PCS及其时钟两电路的设计指标。 由于PCS时钟电路是基于全数字锁相环(ADPLL)结构,所以又介绍了ADPLL 的基本概念、基本原理、常用的结构和主要噪声源及噪声源对抖动的影响。然后对100G以太网物理层进行了研究,根据IEEE802.3ba和IEEE802.3bmTM/D1.1及设计指标,确定了 100GE物理层系统架构方案,其中电气接口采用4×25Gbps。并基于0.18μmCMOS工艺采用半定制设计方法完成了 100GE发送端物理编码子层(PCS)电路的设计,其中包括64B/66B编码器、256位并行扰码器、多通道分发电路和66:8变速箱。 针对PCS电路工作频率高的特点,本文对电路结构进行了优化并采用流水线方法设计和实现。其中,对于64B/66B编码器,首先详细地分析了64B/66B编码器的编码原理,然后根据编码原理设计出优化64B/66B编码器的结构,保证了其工作速度满足要求。为了提高扰码器的工作速度,设计了 256位并行扰码器,并对
以太网口PCB布线经验分享 目前大部分32 位处理器都支持以太网口。从硬件的角度看，以太网接口电路主要由 MAC 控制器和物理层接口（Physical Layer ，PHY ）两大部分构成，目前常见的以太网接口 芯片，如LXT971 、RTL8019 、RTL8201、RTL8039、CS8900、DM9008 等，其内部结构也 主要包含这两部分。 一般32 位处理器内部实际上已包含了以太网MAC 控制，但并未提供物理层接口，因此，需外接一片物理层芯片以提供以太网的接入通道。 常用的单口10M/100Mbps 高速以太网物理层接口器件主要有RTL8201、LXT971 等，均提供MII 接口和传统7 线制网络接口，可方便的与CPU 接口。以太网物理层接口器件主 要功能一般包括：物理编码子层、物理媒体附件、双绞线物理媒体子层、10BASE-TX 编码/ 解码器和双绞线媒体访问单元等。 下面以RTL8201 为例，详细描述以太网接口的有关布局布线问题。 一、布局 CPU M A RTL8201 TX ± 变 压 RJ45 网口 器 C RX± 1、RJ45和变压器之间的距离应当尽可能的缩短. 2、RTL8201的复位信号Rtset 信号（RTL8201 pin 28 ）应当尽可能靠近RTL8021,并且，如果可能的话应当远离TX+/-,RX+/-, 和时钟信号。 3、RTL8201的晶体不应该放置在靠近I/O 端口、电路板边缘和其他的高频设备、走线或磁性 元件周围. 4、RTL8201和变压器之间的距离也应该尽可能的短。为了实际操作的方便，这一点经常被放弃。但是，保持Tx±, Rx±信号走线的对称性是非常重要的，而且RTL8201和变压器之间的距离需要保持在一个合理的范围内，最大约10~12cm。 5、Tx+ and Tx- (Rx+ and Rx-) 信号走线长度差应当保持在2cm之内。 二、布线 1、走线的长度不应当超过该信号的最高次谐波( 大约10th) 波长的1/20 。例如：25M的时钟走线不应该超过30cm，125M信号走线不应该超过12cm (Tx ±, Rx ±) 。 2、电源信号的走线( 退耦电容走线, 电源线, 地线) 应该保持短而宽。退耦电容上的过孔直径 最好稍大一点。 3、每一个电容都应当有一个独立的过孔到地。 4、退耦电容应当放在靠近IC的正端（电源），走线要短。每一个RTL8201 模拟电源端都需要退耦电容(pin 32, 36, 48). 每一个RTL8201 数字电源最好也配一个退耦电容。 5、Tx±, Rx ±布线应当注意以下几点: (1)Tx+, Tx- 应当尽可能的等长，Rx+, Rx- s 应当尽可能的等长； (2) Tx±和Rx±走线之间的距离满足下图: (3) Rx±最好不要有过孔, Rx ±布线在元件侧等。
7．1－7－应用层协议总共18 题共18分 导出到Word打 印 一.多选题（共18题,共18分） 1.DHCP 协议属于 OSI 参考模型中哪一个层次的协议（ ）。(本题共1个选项)（1分） A.物理层 B.数据链路层 C.网络层 D.应用层 2.判断：TFTP 可以提供对 TFTP 用户的登录名和密码的控制。(本题共1个选项)（1分） A.True B.False 3.基于 ISO3166 中定义的国家代码中，有些域称为国家域，或者地理域，下面属于地理域的域名有（ ）。(本题共3个选项)（1分） https://www.doczj.com/doc/4416543604.html, https://www.doczj.com/doc/4416543604.html, https://www.doczj.com/doc/4416543604.html, https://www.doczj.com/doc/4416543604.html, 4.下面哪些协议用于用来在因特网上传递电子邮件（ ）。(本题共1个选项)（1分） A.SMTP B.MSTP C.FTP D.TFTP 5.DHCP 是下面哪些英语单词的缩写（ ）。(本题共1个选项)（1分） A.Dynamic Host Configuration Protocol B.Dynamic Host Connection Protocol C.Dynamic Hot Connection Protocol D.Denial Host Configuration Protocol 6.DNS 的主要作用是（ ）。(本题共1个选项)（1分） A.域名解析 B.远程接入 C.文件传输 D.邮件传输 7.SMTP 协议基于 TCP 进行传输，端口号是（ ）。(本题共1个选项)（1分） A.21 B.23 C.25 D.53 8.FTP 协议基于以下哪个协议提供可靠的数据传输（ ）。(本题共1个选项)（1分） A.RTP B.SIP C.UDP D.TCP
串行数据一致测试及调试系列之四--以太网信号质量问题 一前言对于系统设计人员来说，模数混合电路中最困难的地方在于模拟 部分的设计，其中最具代表性的就是我们经常要面对的物理层收发器(PHY)及 其收发回路和匹配网络的设计。即使对于应用比较成熟的以太网物理层设计而言，DAC 驱动电流的基准偏置，差分信号线对的走线，乃至于匹配电阻的位置，都有可能影响到其物理层的信号质量并通过接口技术指标测试暴露出来。二 以太网口信号质量测试分析1 100Base-TX 接口测试环境及其设置100Base-TX 接口测试原理100Base-TX 接口的测试采用业内比较通用的诱导发包的方法来引导DUT 发出扰码后的IDLE 进行测试，更多细节请参考美国力科公司《Ethernet solution-QualiPHY》专项技术文档， 测试设备： 示波器Lecroy WavePro 7300A 探头SMA 夹具Lecroy TF-ENET-B 电脑主机ThinkPad R5 测试拓扑如图1 Ethernet 接口指标测试连接框图 2 测试中出现的问题本次测试将主要验证产品上4 个以太网100Base-TX 接口的技术指标。对于其中比较直观的100Base-TX 物理层的眼图模板， 《ANSI+X3_263-1995》标准中有着明确的眼图模板定义见图2。 图2 100Base-TX 眼图模板 关于100Base-TX 接口技术指标的测试方法，《IEEE Std 802.3-2000》标准中也有详细的说明，工程师按照诱导发包的测试方法进行了网口眼图的测试， 测试过程中发现测试网口出现了信号波形碰触模板的问题，波形见图3： 图3 以太网口测试眼图_FAIL 3 问题分析解决从眼图初步分析来看，发送信号的幅度应该是满足要求的。
以太网透明传输协议 本文介绍以太网透明传输协议内容，让用户了解在串口转以太网协议上如何实现串口数据内容到以太网数据内容转化。 1.以太网透明传输的概念 通信协议是一种分层结构的，根据ISO的7层模型通信协议分为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。如果用户想通过卓岚ZLSN模块的以太网透明传输协议实现串口数据和以太网数据的转发，应用模型如图1所示。 图1. 以太网透明传输演示图 所谓以太网网络透明传输协议（简称为“以太网透传”）是指网络协议的应用层数据和串口协议的用户数据完全一致，不存在格式转化问题，形象地比喻为“透明传输”。比如网络数据应用层数据内容为字符“a”，那么串口协议的用户层数据也是“a”，用户电路板收到的数据也是字符“a”。 2.如何使用透明传输协议 那么用户数据是如何从计算机传给用户串口板的呢？这首先需要了解网络协议和串口协议的区别。 1.网络（TCP/IP）协议分为以太网层、IP层、TCP或UDP层、用户数据层。以太网层表示了网络通信介质，例如光纤、无线、有线以太网线。IP层中的关键点是包含了IP地址，IP地址是每个网络设备的地址。TCP或者UDP层的关键点是端口，端口用于区分一个IP地址下的多个应用程序。用户数据层携带用户需要传输的数据。 2.相对而言串口协议，没有IP层和TCP层这两层。 这里有两个问题： 1.串口协议如何弥补网络协议缺失的IP层和TCP层？实际上在ZLSN模块中已经保存了IP层、TCP层的关键点——IP地址和端口。每个ZLSN模块都具有一个可以设定的IP地址，同时也有一个TCP或者UDP的端口，这样计算机就可以通过这个“IP+端口”将网络数据发送给ZLSN模块。同样地ZLSN模块也保存了目的计算机的IP和端口，这样也可以将数据发送给计算机。联网模块内部保存的IP和端口解决了串口协议中没有IP和端口的问题。
目录 1目的 (3) 2范围 (3) 3定义 (3) 3.1以太网名词范围定义 (3) 3.2缩略语和英文名词解释 (3) 4引用标准和参考资料 (4) 5以太网物理层电路设计规范 (4) 5.1：10M物理层芯片特点 (4) 5.1.1：10M物理层芯片的分层模型 (4) 5.1.2：10M物理层芯片的接口 (5) 5.1.3：10M物理层芯片的发展 (6) 5.2：100M物理层芯片特点 (6) 5.2.1：100M物理层芯片和10M物理层芯片的不同 (6) 5.2.2：100M物理层芯片的分层模型 (6) 5.2.3：100M物理层数据的发送和接收过程 (8) 5.2.4：100M物理层芯片的寄存器分析 (8) 5.2.5：100M物理层芯片的自协商技术 (10) 5.2.5.1：自商技术概述 (10) 5.2.5.2：自协商技术的功能规范 (11) 5.2.5.3：自协商技术中的信息编码 (11) 5.2.5.4：自协商功能的寄存器控制 (14) 5.2.6：100M物理层芯片的接口信号管脚 (15) 5.3：典型物理层器件分析 (16) 5.4：多口物理层器件分析 (16) 5.4.1：多口物理层器件的介绍 (16) 5.4.2：典型多口物理层器件分析。 (17) 6以太网MAC层接口电路设计规范 (17) 6.1：单口MAC层芯片简介 (17) 6.2：以太网MAC层的技术标准 (18) 6.3：单口MAC层芯片的模块和接口 (19) 6.4：单口MAC层芯片的使用范例 (20) 71000M以太网（单口）接口电路设计规范 (21) 8以太网交换芯片电路设计规范 (21) 8.1：以太网交换芯片的特点 (21) 8.1.1：以太网交换芯片的发展过程 (21) 8.1.2：以太网交换芯片的特性 (22) 8.2：以太网交换芯片的接口 (22) 8.3：MII接口分析 (23) 8.3.1：MII发送数据信号接口 (24) 8.3.2：MII接收数据信号接口 (25) 8.3.3：PHY侧状态指示信号接口 (25) 8.3.4：MII的管理信号MDIO接口 (25) 8.4：以太网交换芯片电路设计要点 (27) 8.5：以太网交换芯片典型电路 (27) 8.5.1：以太网交换芯片典型电路一 (28)
以太网接口物理层一致性测试 苏水金 有限公司 司 ）有限公 （中国 泰克科技 克科技（ 中国）
以太网的起源与发展 1972年Metcalf与他在Xerox PARC的同事们，在研究如何将Xerox Altos工作站与其他Xerox Altos工作站、服务器以及激光打印机相互联网。他们成功的用一个网络实现了2.94Mb/s的数据传输率的互联, 并将此网络命名为Alto Aloha网络。1973年Metcalf 将此延伸至支持其他的计算机类型, 并改名为Ethernet。因为Ether（以太）,曾被科学家认为是电磁波在真空中的传输介质。而Ethernet就是以太网的意思，就是数据传输的网络。如此，以太网便诞生了。1976年, Metcalf拿到了专利, 并邀请了Intel 与Digital 成立了DIX group, 并在1989 年, 演变成了IEEE802标准。基本上IEEE 802.3 是OSI第二层的协议，负责链路的接入管理与流量控制。IEEE 802.3物理层可以通过不同的介质来实现，包括3类、4类、5类线（STP屏蔽与UTP非屏蔽双绞线），同轴铜线，多模与单模光纤等等。其传输速率也从最初的10M发展到100M、1000M乃至当今的10G
IEEE 802.3标准的发展 IEEE 802.3定于1985年 –10M速率，采用同轴电缆作为传输载体 IEEE 802.3i定于1990年 –10M速率，采用双绞线(屏蔽/非屏蔽)作为传输载体 IEEE 802.3u定于1995年 –100M速率，采用双绞线(屏蔽/非屏蔽)作为传输载体 –100M速率，采用光纤（单模/多模）作为传输载体 IEEE 802.3z定于1998年 –1000M速率，采用光纤（单模/多模）作为传输载体 IEEE 802.3ab定于1999年 –1000M速率，采用双绞线（单模/多模）作为传输载体 IEEE 802.3ae定于2001年 –10G速率，采用光纤（单模/多模）作为传输载体
工业以太网--接口定义 (方垒2005.1.4) 目的： 为了节约时间，将工业以太网协议开发与应用开发并行进行，我们通过“接口定义讨论稿”――>“讨论”――>“接口定义”正式版的方式来预先定义“应用开发”使用“工业以太网协议”的方式。该接口定义直接关系到应用开发和协议开发双方后期工作是否能顺利进行，所以请相关人员务必重视，详细考虑以下接口，最终确定的接口应该是：即能够满足应用开发需求，对于协议开发方又是简洁可实现的。 接口定义： 支持基于报文的节点间任意点对点通讯以及广播通讯方式，每个数据包必须在以太网物理帧的限定之内，即1500字节： 物理帧：6 ＋ 6 ＋2 ＋[46－1500] ＋4CRC 字节 对应：目的地址＋源地址＋类型＋数据区＋32bit校验和 提供C语言编写的接收、发送API接口，该接口是： ◆非面向连接的 ◆非阻塞的 ◆支持类似UDP的“端口”的概念。且多个进程可同时操作工业以太网接口。 接口原形如下： #ifndef IEAPI_H #define IEAPI_H /*应用层使用的消息包头， 与HS2000CAS、MACSx消息结构兼容， 例如：10号站的B机端口20要从系统网发送1000字节长的消息给1号站A、B两机端口21，则消息格式如下： int Length ＝1000。 BYTE Type ＝4; BYTE Protocol ＝xx; BYTE SID ＝10; BYTE SIDEXT ＝00000010B; BYTE DID ＝1;
BYTE DIDEXT ＝00000011B(即3); BYTE Reserved[4] ＝{0,0,0,0}; BYTE srcPort = 20; BYTE dstPort =21; */ #define TYPE_CMD 0/*工业以太网协议控制通道*/ #define TYPE_RNET 3/*备份网*/ #define TYPE_SNET 4/*系统网*/ #define INDEX_SNETA 0/*系统网A*/ #define INDEX_SNETB 1/*系统网B*/ #define INDEX_RNET 2/*备份网*/ typedef struct s_MsgHead{ unsigned long Length; /*纯数据的长度，注意，不包括该头的长度16字节，只是后面数据部分的长度。*/ unsigned char Type; /*消息类型，3：备份网，4：系统网*/ unsigned char Protocol;/*协议号*/ unsigned char SID;/*源节站号，*/ unsigned char SIDEXT;/*源节子站号，*/ unsigned char DID;/*目的站号，比如：10号站A或B机，都填10，注意：DID = 0表示广播，网上所有节点都接收该报文*/ unsigned char DIDEXT;/*目的子站号，比如：10号站A机，则填00000001B，B机则填00000010B，AB机则填00000011B*/ unsigned char Reserved[4];/*保留*/ unsigned char srcPort;//源端口 unsigned char dstPort;//目的端口 }MsgHead; /*应用层消息结构*/ typedef struct s_Msg{ MsgHead Head;/*应用层使用的消息包头，与HS2000CAS、MACSx消息结构兼容*/ unsigned char Data[1514-14-8-sizeof(MsgHead)=1476];/*应用层使用的消息数据区*/ }Msg; /* 功能描述：初始化工业以太网协议，并设置本机节点号， 输入说明：nodeID定义，共8bit，最高bit：0表示A机、1表示B机，低位的6bits：站号， 例如： 10号站A机，则：nodeID＝00001010B ＝0 ＋10 ＝10 10号站B机，则：nodeID＝10001010B ＝128 ＋10 ＝138 输出说明：返回true：设置成功，false：设置失败 */
以太网知识讲座()——物理层器件 以太网知识讲座（3）——物理层器件 2010-05-2513:24 （天津光电通信产业集团恒光科技有限公司；天津300211） 摘要：系统地介绍了以太网的基本要领介质接入控制和物理层标准规范，以太网信号的帧结构、网络硬件设备、网络组成及主要性能，以及以太网信号在PDH、SDH/SONET中的传输等等。由于以太网中的各种设备必需通物理层接口器件才能与网络传输介质相连，因此本部分主要介绍物理层器件。 关键词：以太网；物理层；接口 1物理层器件 物理层器件（PHY:Physical Layer Interface Devices）是将各网元连接到物理介质上的关键部件。负责完成互连参考模型（OSI）第I层中的功能，即为链路层实体之间进行bit传输提供物理连接所需的机械、电气、光电转换和规程手段。其功能包括建立、维护和拆除物理电路，实现物理层比特(bit)流的透明传输等。 通常物理层的功能均被集成在一个芯片之中，但有的芯片也将部分链路层的功能集成进来，如物理介质接入控制（MAC:Media Access Con-brol）子层的功能等。其MAC/Repeater接口在10Mbit/s、100Mbit/s两种速率下有10/100MII、100M符号、10M串行和链路脉冲几种模式。 1.1PHY的结构 如图1所示，物理层包括四个功能层和两上层接口。两个层接口为物理介质无关层接口（MII）和物理介质相关层接口（MDI），在MII的上层是逻辑数据链路层（DLL），而MDI的下层则直接与传输介质相连。 以下对四个功能层和两个层接口分别进行介绍。 1.2MII MII满足ISO/IEC8802-3和IEEE802.3标准的要求，支持以太网数据传输的速率为10Mbit/s，100Mbit/s、1000Mbit/s和10Gbit/s，有对应的运行时钟。MII接口主要由与链路层之间的端口（MAC-PHY）和与站管理实体（STA:Station Management Entity）之间的端口（STA-PHY）两部分组成。 1.2.1MAC-PHY端口 这是MAC与PHY器件之间的接口，包括同步收发接口和介质状态控制接口。在介质状态控制接口中有载波读出信号（CRS:Carrier Sense Signal）和碰撞检测信号（COL:Collision Detection Signal）等。 1.2.2STA-PHY端口
以太网知识讲座（3）——物理层器件 王廷尧，马克城 （天津光电通信产业集团恒光科技有限公司；天津 300211） 摘 要：系统地介绍了以太网的基本要领介质接入控制和物理层标准规范，以太网信号的帧结构、网络硬件设备、网络组成及主要性能，以及以太网信号在PDH、SDH/SONET中的传输等等。由于以太网中的各种设备必需通物理层接口器件才能与网络传输介质相连，因此本部分主要介绍物理层器件。 关键词：以太网；物理层；接口 1 物理层器件 物理层器件（PHY:Physical Layer Interface Devices）是将各网元连接到物理介质上的关键部件。负责完成互连参考模型（OSI）第I层中的功能，即为链路层实体之间进行bit传输提供物理连接所需的机械、电气、光电转换和规程手段。其功能包括建立、维护和拆除物理电路，实现物理层比特(bit)流的透明传输等。 通常物理层的功能均被集成在一个芯片之中，但有的芯片也将部分链路层的功能集成进来，如物理介质接入控制（MAC:Media Access Con-brol）子层的功能等。其MAC/Repeater接口在10Mbit/s、100Mbit/s两种速率下有10/100MII、100M符号、10M串行和链路脉冲几种模式。 1.1 PHY的结构 如图1所示，物理层包括四个功能层和两上层接口。两个层接口为物理介质无关层接口（MII）和物理介质相关层接口（MDI），在MII的上层是逻辑数据链路层（DLL），而MDI的下层则直接与传输介质相连。 以下对四个功能层和两个层接口分别进行介绍。 1.2 MII MII满足ISO/IEC 8802-3和IEEE 802.3标准的要求，支持以太网数据传输的速率为10Mbit/s，100Mbit/s、1000Mbit/s和10Gbit/s，有对应的运行时钟。MII接口主要由与链路层之间的端口（MAC-PHY）和与站管理
实时嵌入式系统 以太网接口及应用
网络层次模型
以太网层次模型
以太网层次功能 物理层：物理层：定义了数据传输与接收所需要的光与电信号光与电信号，，线路状态线路状态，，时钟基准时钟基准，，数据编码电路等编码电路等。。并向数据链路层设备提供标准接口准接口。。 数据链路层数据链路层：：提供寻址机制提供寻址机制，，数据帧的构建，数据差错检查数据差错检查，，传输控制传输控制。。向网络层提供标准的数据接口等功能提供标准的数据接口等功能。。
IP 层IP 数据报 以太网的MAC 帧格式在帧的前面插入的8 字节中的第一个字段共7 个字节，是前同步码，用来迅速实现MAC 帧的比特同步。 第二个字段是帧开始定界符，表示后面的信息就是MAC 帧。 MAC 帧物理层 MAC 层以太网V2 MAC 帧 目的地址源地址类型数据FCS 6624字节 46 ~ 150010101010101010 10101010101010101011前同步码帧开始 定界符7 字节 1 字节… 8 字节 插 入 为了达到比特同步，在传输媒体上实际传送的要比MAC 帧还多8 个字节
以太网接口的构成 从硬件的角度看，从硬件的角度看，以太网接口电路主要由MAC MAC控制器和物理层接口控制器和物理层接口控制器和物理层接口（（Physical Layer Physical Layer，，PHY PHY））两大部分构成两大部分构成。。 嵌入式网络应用的两种方案 处理器加以太网接口芯片处理器加以太网接口芯片。。芯片如芯片如RTL8019RTL8019RTL8019、、RTL8029RTL8029、、RTL8139RTL8139、、CS8900CS8900、、DM9000DM9000等等，其内部结构也主要包含这两部分部结构也主要包含这两部分。。 自带自带MAC MAC MAC控制器的处理器加物理层接口芯片控制器的处理器加物理层接口芯片控制器的处理器加物理层接口芯片。。如DP83848DP83848、、BCM5221BCM5221、、ICS1893ICS1893等等。
以太网协议 历史上以太网帧格式有五种: 1 Ethernet V1：这是最原始的一种格式，是由Xerox PARC提出的3Mbps CSMA/CD 以太网标准的封装格式，后来在1980年由DEC，Intel和Xerox标准化形成Ethernet V1标准； 2 Ethernet II即DIX 2.0：Xerox与DEC、Intel在1982年制定的以太网标准帧格式。Cisco名称为：ARPA。 这是最常见的一种以太网帧格式，也是今天以太网的事实标准，由DEC，Intel 和Xerox在1982年公布其标准，主要更改了Ethernet V1的电气特性和物理接口，在帧格式上并无变化；Ethernet V2出现后迅速取代Ethernet V1成为以太网事实标准；Ethernet V2帧头结构为6bytes的源地址+6bytes的目标地址+2Bytes 的协议类型字段+数据。 常见协议类型如下： 0800 IP,0x86DD IP6 0806 ARP 0835 RARP 8137 Novell IPX 809b Apple Talk 如果协议类型字段取值为0000-05dc(十进制的0-1500)，则该帧就不是Ethernet V2(ARPA)类型了，而是下面讲到的三种802.3帧类型之一；Ethernet可以支持TCP/IP，Novell IPX/SPX，Apple Talk Phase I等协议；RFC 894定义了IP报文在Ethernet V2上的封装格式； PR SD DA SA TYPE DATA PAD FCS 56位8位48位48位16位不超过1500字节不够填充32位在每种格式的以太网帧的开始处都有64比特（8字节）的前导字符，如图所示。其中，前7个字节称为前同步码（Preamble），内容是16进制数0xAA，最后1字节为帧起始标志符0xAB，它标识着以太网帧的开始。前导字符的作用是使接收节点进行同步并做好接收数据帧的准备。 ——PR：同步位，用于收发双方的时钟同步，同时也指明了传输的速率（10M 和100M的时钟频率不一样，所以100M网卡可以兼容10M网卡），是56位的二进制数101010101010..... ——SD: 分隔位,表示下面跟着的是真正的数据,而不是同步时钟,为8位的10101011,跟同步位不同的是最后2位是11而不是10.