佚名 發表於 2010-10-30 10:08:46
引言
DP83848C是美國國家半導體公司生產的一款魯棒性好、功能全、功耗低的10/100 Mbps單路物理層(PHY)器件。它支持MII(介質無關接口)和RMII(精簡的介質無關接口)，使設計更簡單靈活;同時，支持10BASE～T和 100BASE-TX乙太網外設，對其他標準乙太網解決方案有良好的兼容性和通用性。
MII(Medium Independent InteRFace)是IEEE802.3u規定的一種介質無關接口，主要作用是連接介質訪問控制層(MAC)子層與物理層(PH-Y)之間的標準乙太網接口，負責MAC和PHY之間的通信。由於MII需要多達16根信號線，由此產生的I/O口需求及功耗較大，有必要對MII引腳數進行簡化，因此提出了RMII(Reduced Medium Independent Interface，精簡的介質無關接口)，即簡化了的MII。
1 硬體設計
1.1 電路設計
DP83848C的收發線路各是一對差分線，經過變比為1：1的乙太網變壓器後與網線相連。乙太網變壓器的主要作用是阻抗匹配、信號整形、網絡隔離，以及濾除網絡和設備雙方面的噪音。典型應用如圖1所示。
圖2是DP83848C與MAC的連接電路。其中，Xl為50 MHz的有源振蕩器。
1.2 PCB布局布線
布局方面，精度為1%的49.9 Ω電阻和100 nF的去耦電容應靠近PHY器件放置，並通過最短的路逕到電源。如圖3所示，兩對差分信號(TD和RD)應平行走線，避免短截，且儘量保證長度匹配，這樣可以避免共模噪聲和EMI輻射。理想情況下，信號線上不應有交叉或者通孔，通孔會造成阻抗的非連續性，所以應將其數目降到最低;同時，差分線應儘可能走在一面，且不應將信號線跨越分割的平面，如圖4所示。信號跨越一個分割的平面會造成無法預測的迴路電流，極可能導致信號質量惡化並產生EMI問題。注意，圖3和圖4中，陰影部分為錯誤方法。
2 RMll模式描述
RMII模式在保持物理層器件現有特性的前提下減少了PHY的連接引腳。
RMII由參考時鐘REF_CLK、發送使能TX_EN、發送數據TXD[1：0]、接收數據RXD[1：0]、載波偵聽/接收數據有效CRS_DV和接收錯誤RX_ER(可選信號)組成。在此基礎上，DP83848C還增加了RX_DV接收數據有效信號。
2. 1 REF_CLK——參考時鐘
REF_CLK是一個連續時鐘，可以為CRS_DV、RXD[1：O]、TX_EN、TXD[1：O]、RX_DV和RX_ER提供時序參考。 REF_CLK由MAC層或外部時鐘源源提供。REF_CLK頻率應為50 MHz±50×10-6，佔空比介於35%和65%之間。在RMII模式下，數據以50 MHz的時鐘頻率一次傳送2位。因此，RMII模式需要一個50 MHz有源振蕩器(而不是晶振)連接到器件的X1腳。
2.2 TX_EN——發送使能
TX_EN表示MAC層正在將要傳輸的雙位數據放到TXD[1：O]上。TX_EN應被前導符的首個半字節同步確認，且在所有待傳雙位信號載入過程中都保持確認。跟隨一幀數據的末2位之後的首個REF_CLK上升沿之前，MAC需對TX_EN取反。TX_EN的變化相對於REF_CLK是同步的。
2.3 TXD[1：0]——發送數據
TXD[1：O]的變換相對於REF_CLK是同步的。TX_EN有效後，PHY以TXD[1：0]作為發送端。
在10 Mbps模式下，由於REF_CLK的頻率是在10Mbps模式中數據速率的10倍。因此TXD[1：0]上的值必須在10個脈衝期間保持穩定，確保DP83848C能夠每隔10個周期進行採樣。發送時序如圖5所示，發送延時情況如表l所列。其中，PMD為物理介質關聯層(physical media depen-dent)接口。
2.4 RXD[1：0]——接收數據
RXD[1：0]轉換是與REF_CLK同步的。在CRS_DV有效後的每個時鐘周期裡，RXD[1：O]接收DP83848C的兩位恢復數據。在某些情況下(如數據恢復前或發生錯誤)，則接收到的是RXD[1：O]的預確定值而不是恢復數據。CRS_DV解除確認後，RXD[1：O]為「00」，表示進入空閒狀態。CRS_DV確認後，在產生正確的接收解碼之前，DP83848C將保證RXD[1：0]=「00」。
DP83848C提供的恢復數據總是半字節或成對雙位信號的形式，這對於由前導符開始的所有數據值都成立。因為CRS_DV是異步確認的，不能假設先於前導符的「00」數據會是雙位信號形式。
100 Mbps模式下，在CRS_DV確認
之後的正常接收過程中，RXD[1：O]將會保持「00」，直到接收器檢測到正確的起始串分界符(STart St-ream Delimiter，SSD)。一旦檢測到SSD，DP83848C將會驅動前導符(「01」)，後面緊跟著起始幀分界符(Start of Frame. Delimiter，SFD)(「01」「01」「01」「11」)。MAC應該開始SFD之後的數據。如果檢測到接收錯誤，在載波活動結束前，RXD[1：0]將會替換為接收字符串「01」。而由於幀中剩餘數據被替換，MAC的奇偶校驗將會拒絕錯誤的信息包。如果檢測到錯誤的載波(壞的 SSD)，RXD[1：O]將會替換為「10」，直到接收事件結束。這種情況下，RXD[1：O]將會從「00」變為「10」，而無需標明前導符 (「01」)。
10 Mbps模式下，CRS_DV確認後，RXD[1：O]將會一直保持「00」，直到DP83848C有恢復脈衝並能對接收數據進行解碼為止。當存在有效接收數據時，RXD[1：O]以「01」為前導符接收恢復的數據值。因為REF_CLK頻率是10 Mbps模式下數據速率的10倍，MAC對RXD[1：0]上的值每隔10個周期採樣一次。接收時序如圖6所示，接收延時情況如表2所列。
2.5 RX_DV——接收數據有效
儘管RMII並不要求，DP83848C還是提供了一個RX_DV信號。RX-DV是沒有結合CRS的接收數據有效信號(Receive Data Valid)。第一個正確的恢復數據(前導符)或偽載波檢測到來時，RX_DV被確認，在恢復數據的末兩位傳送之後解除確認。通過使用該信號，全雙工 MAC不必再從CRS _DV信號中恢復RX_DV信號。
2.6 CRS_DV——載波偵聽/接收數據有效
當接收介質處於非空閒狀態時，由PHY來確認CRS_DV。在載波檢測中，CRS_DV依據與工作模式相關的標準異步確認。10BASE_T模式下，靜噪通過時發生該事件。在100BASE-TX模式，當10位中檢測到2個非相鄰的零值時，發生該事件。
在RMII規範(1.2版)中提到，載波丟失將導致與REF_CLK周期同步的CRS_DV解除確認，這在RXD[1：O]半字節的首兩位出現(即CRS_DV僅在半字節邊界解除確認)。在CRS_DV首次解除確認後，如果DP83848C還有數據位要加在RXD[1：O]上，則在REF_CLK周期中，DP83848C應在每半個字節的第2個雙位上確認CRS_DV，並在一個半字節的第1個雙位解除確認。這樣，從半字節邊界開始，到CRS(載波偵聽/接收信號)在 RX_DV前結束時，CRS_DV以25 MHz(100 Mbps模式)或2.5MHz(10 Mbps模式)的頻率翻轉(假設當載波事件結束時DP83848C還有待傳送的數據位)。
通過編程DP83848C能夠與RMII規範(1.0版)很好地兼容。在該模式下，CRS_DV將會異步地與CRS進行確認，但是要等傳送完最後的數據時才會解除確認，CRS_DV 在數據包的末端不會被翻轉。該模式雖然不能對來自CRS_DV的CRS信號進行精確的恢復，但是卻可以使MAC層的設計更簡單。
在出錯的載波活動時間中，CRS_DV保持確認。一旦確認CRS_DV，則可以認為在RXD[1：O]上的數據是有效的。然而，由於CRS_DV的確認相對於REF_CLK是異步的，因而在正確解碼接收信號之前，RXD[1：0]上的數據應為「00」。
2.7 RX_ER——接收錯誤
遵照IEEE802.3標準的規定，DP83848C提供一個RX_ER輸出端。RX_ER可以維持一個或更多的REFCLK周期，來標識一個在當前PHY到幀的傳輸過程中曾出現的錯誤(MAC子層不一定能檢測到，但PHY可以檢測到的編碼錯誤或其他錯誤)。RX_ER的變化相對於REF_CLK是同步的。
由於DP83848C是通過以固定數據代替原來數據的方式幹擾到RXD[1：O]，所以MAC不需要RX_ER，而只需CRC校驗(即奇偶校驗)就可以檢測到錯誤。
2.8 衝突檢測
RMII不向MAC提供衝突標誌。對於半雙工操作，MAC必須從CRS_DV和TX_EN信號中產生它自己的衝突檢測。為了實現這一點MAC必須從CRS-DV信號中恢復CRS信號，並和TX_EN進行邏輯與。注意，不能直接使用CRS_DV，因為CRS_DV可能在幀的末端觸發以標誌CRS解除確認。
3 RMII模式配置
DP83848C的RMII模式配置包括硬體和軟體兩個方面。
3.1 硬體配置
如圖2所示，DP83848C的X1(34)腳上提供50 MHzCMOS電平的振蕩信號。在上電和復位時，強制DP83848
C進入RMII模式。方法是通過在RX_DV/MII_MODE(39腳)接入一個上拉電阻。
3.2 軟體配置
PHY的軟體初始化流程如圖7所示。
結語
DP83848C配合RMII標準接口提供了一種連接方案，可以減少MAC至PHY接口所需要的引腳數目。該方案使得設計工程師在保持IEEE802.3規範中所有特性的同時，降低系統設計成本。正因為如此，DP83848C能夠更好地適應工業控制和工廠自動化，以及通用嵌入式系統等應用場合。
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