原创 MII和RMII

项目名称：基于FPGA的以太网MII数据和RMII数据的协议转换 

关键词：以太网 MII RMII 协议转换

项目信息：

应用领域：网络与通信

设计摘要：

IEEE802.3 百兆以太网标准中，存在25MHz时钟的MII接口和50MHz时钟的RMII 接口，
它们各自有自己的传输协议。在网络设备硬件设计时，特别是在存在多个以太网接口或具
有交换路由功能的网络设备设计时，根据芯片管脚的多少和系统功耗的要求，有时需将两
种接口相互转换。本项目基于以太网传输协议，提出利用FPGA作为转接芯片，根据两个接
口的特点编写程序，实现他们之间的数据传输协议相互转换，并通过实际的硬件电路检验
其正确性。

系统原理和技术特点：

   1. MII接口与RMII接口介绍

   1）. MII接口

MII（Medium Independent Interface）是IEEE802.3规定的连接以太网MAC子层和物理层的标准接口，是一种介质无关接口，实现MAC层和物理层的数据通信。它包括一个数据接口，以及一个MAC和PHY之间的管理接口。数据接口包括分别用于发送器和接收器的两条独立信道，每条信道都有自己的数据、时钟和控制信号；管理接口用于网络状态监测，包括载波监听（CRS）和冲突检测（COL）。MII数据接口总共需要16个信号。

   2）. RMII接口

RMII（Reduced Medium Independent Interface）即简化的MII接口。较MII的16管脚，RMII的管脚数量缩减为7个或者6个。减少了10个管脚之多，这样就大幅度降低了功耗。

     2. 项目实施方案

       MII 接口和RMII的数据传输都各自有自己的协议，当相互转换时，存在25MHz时钟和50MHz时钟的时序处理   问题，存在着数据4位并行和2位并行的转换的问题，存在着数据有效位的处理问题。利用FPGA芯片可有效实现上述逻辑和时序的处理问题。

    1）.   方案的基本功能框图和管脚描述

Ø         MII接口管脚：

TX_CLK:发送时钟，由PHY提供一个参考时钟。

TX_EN:发送使能信号。

TXD[3:0]:发送数据线。

TX_ER:发送错误信号。

RX_CLK：接收时钟，由PHY提供一个参考时钟。

RX_CLK:接收使能信号。

RXD[3:0]:接收数据线。

RX_ER:接收错误信号。

CRS：载波侦听。

COL：冲突检测。

Ø         RMII接口管脚：

REF_CLK:发送和接收同步时钟信号，是由外部的时钟源提供。

TX_EN:发送使能信号。

TXD[1:0]:发送数据线。

CRS_DV:载波侦听/接收数据有效信号。

RXD[1:0]:接收数据线。

RX_ER：接收错误信号。

Ø         SRAM的接口管脚

WE：写使能信号。

OE：读使能信号。

AD:地址总线。

DA：数据总线。

项目的初期开发首先要实现数据的传输转换，可以在FPGA内部构建两个FIFO模块，分别实现从MII到RMII的转换和从RMII到MII的数据转换，此时的缓存数据很小，仅使用FPGA内部的RAM；针对其各自的时钟，写数据有效和读数据有效分别对应时钟的上升沿和下降沿；针对有效位的不同，特别是RMII有效位失效时的震荡，采用有效位震荡计数的方式实现。项目后期的功能拓展，可基于以太网协议，针对具体的网络应用，例如PON网络，实现以太网帧头检测、控制帧检测、校验纠错、路由选择等功能。缓存较大时，可采用外置SRAM存储数据，针对SRAM的读写操作，需要进一步的开发工作。

     2）.   需要的开发平台

     本方案用于解决MII与RMII以太网数据传输协议之间的转换，基本功能并不复杂，但是要求硬件平台能对网络部分提供丰富的资源，因此我们选择 NETFPFA作为硬件平台，因为其上存在着四个网络接口，可以进行网络协议的进一步开发和拓展功能。