以太网接口和框图详细讲解

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V2MAC 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。

物理层芯片DP83848系统框图

LPC1768的以太网接口

LPC1700LPC1700系列处理器的以太网模块包含一个全特系列处理器的以太网模块包含一个全特性的性的10Mbps 10Mbps 10Mbps或或100Mbps 100Mbps的以太网介质访问控制器的以太网介质访问控制器（MAC MAC），），），采用采用采用DMA DMA DMA硬件加速器可以提供最优化硬件加速器可以提供最优化的性能的性能。。

在LPC1700LPC1700系列处理器的以太网模块中有系列处理器的以太网模块中有系列处理器的以太网模块中有16KB 16KB 16KB的的专用专用SRAM SRAM SRAM数据缓存数据缓存数据缓存。。用于保存收发的以太网数据帧据帧。。该缓冲区可由以太网该缓冲区可由以太网DMA DMA DMA控制器使用控制器使用控制器使用。。从而大大减轻了而大大减轻了CPU CPU CPU对数据收发的开销对数据收发的开销对数据收发的开销。。

以太网模块与片外以太网物理层接口采用以太网模块与片外以太网物理层接口采用MII MII （介质独立接口介质独立接口））或RMII RMII（（简化的简化的MII MII MII））协议协议，，和片上的和片上的MIIM MIIM MIIM（（MII MII管理管理管理））串行总线串行总线。。

LPC1768的以太网接口

LPC1768的以太网RMII 引脚和MIIM 引脚

引脚名称类型引脚描述

ENET_TX_EN 输出发送数据使能ENET_TXD[1:0]输出发送数据，发送数据，2位ENET_RXD[1:0]输入接收数据，接收数据，2位ENET_RX_ER 输入接收错误

ENET_CRS 输入载波侦听载波侦听//数据有效ENET_REF_CLK/ENET_RX_CLK 输入

参考时钟

引脚名称类型引脚描述

ENET_MDC 输出

MIIM MIIM时钟时钟

ENET_MDIO

输入输入//输出

MI MI数据输入和输出数据输入和输出

帧描述符与状态字

以太网DMA 控制器将每个以太网帧用一对描述和状态字来表示描述和状态字来表示。。描述符中包含了对应帧的数据起始地址以及数据长度应帧的数据起始地址以及数据长度。。状态字则保存了DMA 控制器处理该帧后控制器处理该帧后（（发送或接收或接收））的结果的结果。。 针对发送和接收分别对应有不同描述符与状态字队列状态字队列。。所以DMA 控制器一共维护4个循环队列个循环队列。。发送描述符及状态字队列发送描述符及状态字队列，，接收描述符及状态字队列接收描述符及状态字队列。。

接收描述符与状态字队列接收描述符控制字段作用

接收状态字位段说明

发送描述符与状态字队列

描述符与状态字队列

描述符队列是用户程序和以太网DMA 控制器间数据交换的桥梁器间数据交换的桥梁。。

DMA 控制器将描述符及状态字队列维护为循环队列循环队列。。队列的状态分为三种队列的状态分为三种：：满，半满，空。 循环队列的操作通过循环队列的操作通过““队头队头””和“队尾队尾””实现实现。。

描述符与状态字队列

以太网队列中的以太网队列中的““队头队头””称为生产者(producer)，负责将数据装入队列负责将数据装入队列，，“队尾”称为消费者(consumer)，负责将数据从队列取出从队列取出。。

接收队列

发送队列发送数据DMA 控制器

用户程序

PRODUCER

接收数据

DMA 控制器

PRODUCER 用户程序CONSUMER