原创 IEEE802.3标准之PHY——初相识

2017-8-24 16:53 404 0 分类: PCB

IEEE802.3标准有个框架,框架里分不同的子层(sublayer),每个子层各司其职,上下子层之间进行沟通协作,彼此间有沟通的方式,最后达到上下贯通、完成信息传递。就好比是一栋办公楼,顶楼分配给总裁,次高层给高管……,一楼分配给一线员工。总裁下达目标,高管负责制定总的执行方针,层层往下传达,每一层又各司其职,对上层下达的任务进行细化,最后达到一线员工手里的就是具体的任务,一线员工再出去服务于客户。

 

图1 IEEE802.3 Standard构架

对于客户来说,面对的就是一线员工,那今天我们就来讲讲这个一线员工,也是很多工程师最为熟悉的子层:PHY。PHY分LAN PHY、WAN PHY,比如基于基带媒介的10GBase Serial PHY就有如下几种:

今天我们着重讲LAN PHY,所以在后文中全部用PHY代替 LAN PHY。讲到PHY,就得提提它的上级:MAC。是不是对它俩很熟?那它们的全名叫什么?各自负责的职责是什么?很多人对它俩的认识停留在似曾相识的阶段,说了解吧可又说不出个所以然来。


MAC(Media Access Control),在OSI(开放式系统互连)参考模型下,属于数据链路层,它向上服务的对象有LLC(Logical Link Control逻辑链路控制)子层、或其它ISO/IEC局域网国际标准MAC服务的用户,如下图所示:

 

MAC需与其上层沟通,还需与其下层PHY沟通,其中MAC与上层沟通会完成以下两个任务:

 

在IEEE802.3标准里,任何两个不同子层之间的信息传递必须有依可循,定个沟通的方式(即标准),好让这两个子层之间能顺利给彼此发送消息,不然就是鸡同鸭讲。

下面我们把MAC到PHY、PHY到PHY这两个子层之间的通信框架拎出来,把它们放在一个框图下对各个接口协议进行说明,其中PHY如下图红框所示,它包含了许多功能模块。

 

图2 MAC与PHY框架


•MAC和PHY(Physical layer device)之间称为MII(Media Independent Interface,介质独立接口),它可以有多种协议,比如MII、XMII、GMII、XLGMII……


•PHY与PHY之间进行通信的接口称为MDI(Medium Dependent Interface,媒介专用接口),媒介有背板、Cable、光纤……,因媒介的不同就会有不同的通信协议;数率的不同又会有不同的通信协议,媒介和数率两两组合就可以变幻出许多种通信协议,比如10GBase-KR、40GBase-CR4、100GBase-SR10……


•而PHY这一层里,即PHY内部,它包含了多个功能模块,功能模块间的通信也相应地会有接口协议,比如*AUI、nPPI……


其中,每个PHY的功能模块的多少会因需要的不同而有所增减,比如:

    在100Base-T应用场景下没有PMD;

    只有10GBase-R、40GBase-R、100GBase-R的PCS需要FEC;

    40GBase-R的PCS需要2个PMA、100GBase-R的PCS需要3个PMA;

    只有≥1Gbps以上的背板应用场景才会用到AN;

.....

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