原创 以太网知识-GMII / RGMII接口

   今天和海翎光电的小编一起分析MII/RMII/SMII，以及GMII/RGMII/SGMII接口的信号定义，及相关知识，同时小编也对RJ-45接口进行了总结，分析了在10/100模式下和1000M模式下的连接方法。

    GMII 接口分析

    GMII接口提供了8位数据通道，125MHz的时钟速率，从而1000Mbps的数据传输速率。下图定义了RS层的输入输出信号以及STA的信号：

图1 Reconciliation Sublayer (RS) and STA connections to GMII

    下面将详细介绍GMII接口的信号定义，时序特性等。由于GMII接口有MAC和PHY模式，因此，将会根据这两种不同的模式进行分析，同时还会对RGMII/TBI/RTBI接口进行介绍。

    GMII接口信号定义

    GMII接口可分为MAC模式和PHY模式，一般说来MAC和PHY对接，但是MAC和MAC也是可以对接的。

    在GMII接口中，它是用8根数据线来传送数据的，这样在传送1000M数据时，时钟就会125MHz。

    GMII接口主要包括四个部分。一是从MAC层到物理层的发送数据接口，二是从物理层到MAC层的接收数据接口，三是从物理层到MAC层的状态指示信号，四是MAC层和物理层之间传送控制和状态信息的MDIO接口。

    GMII接口的MAC模式定义：  

注意在表1中，信号GTX_CLK对于MAC来说，此时是Output信号，这一点和MII接口中的TX_CLK的Input特性不一致。

    GMII接口PHY模式定义：

    注意在表2中，信号GTX_CLK对于PHY来说，此时是Input信号，这一点和MII接口中的TX_CLK的Output特性不一致。

    GMII接口时序特性

    在GMII接口中，TX通道参考时钟是GTX_CLK，RX通道参考时钟是RX_CLK，802.3-2005定义了它们之间的关系。

图2 GMII signal timing at receiver input

    由图2可知，Spec只定义了TX通道和RX通道中接收端Setup时间和Hold时间。很明显，即该Spec只对TX通道上PHY这一侧的接收特性作了定义，而对TX通道MAC那一侧的发送特性并没有定义。IC Vendor可在TX通道那一侧的MAC的发送特性作适当调整，只要最终的时序满足TX通道上PHY这一侧的接收特性就可以。

    同样的道理，该Spec只对RX通道上MAC这一侧的接收特性作了定义，而对RX通道PHY那一侧的发送特性并没有定义。IC Vendor可在RX通道那一侧的PHY的发送特性作适当调整，只要最终的时序满足RX通道上MAC这一侧的接收特性就可以。

图3Setup和Hold Time的值

从图20可以看出，这里有两组setup和hold时间。其中第一组Spec则是根据图21给定的测试电路定义的，即该Spec未考虑PCB上传输线的不匹配等影响。而第二组Spec则是定义了receiver at its input pins的时间要求，它考虑了PCB上传输线的长度不匹配等影响。一般IC Vendor需要按照第二组Spec来设计它们的IC。

图4 GMII接口Setup和Hold Time测试电路

     GMII信号功能特性：

    <1>：GTX_CLK (transmit clock)，GTX_CLK (Transmit Clock)是一个连续的时钟信号（即系统启动，该信号就一直存在），它是TX_EN, TXD, and TX_ER(信号方向为从RS到PHY)的参考时钟，PHY端在信号的上升沿采样，GTX_CLK由MAC驱动。GTX_CLK的时钟频率是数据传输速率的12.5，即125MHz。

    <2>：对于同样的RX_CLK，它与TX_CLK具有相同的要求，所不同的是它是RX_DV, RXD, and RX_ER(信号方向是从PHY到RS)的参考时钟，MAC端在时钟的上升沿采样。RX_CLK是由PHY驱动，PHY可能从接收到的数据中提取时钟RX_CLK，也有可能从一个名义上的参考时钟(e.g., the TX_CLK reference)来驱动RX_CLK

    <3>：GMII接口的发送时序如图22所示，接收时序如图23所示，至于其它信号的功能特性以及在数据传输过程中，不同信号的逻辑变化所代表的意义，这里不再描述，大体上和“MII信号功能特性”一节中描述类似，读者可以参阅802.3-3005的Spec。

图5 GMII信号发送时序

图6 GMII信号接收时序

    GMII的管理MDIO接口：

    关于GMII的管理MDIO接口，这里也不再描述，它在硬件设计上同MII的管理MDIO接口一节的描述。

RGMII接口分析

    RGMII接口信号定义：

    RGMII接口（Reduced GMII接口）是简化的GMII接口。它也分为MAC模式和PHY模式。

    RGMII接口的MAC模式定义：

表3RGMII接口的PHY模式定义： 

表4

由表3~表4可知，RGMII接口相对于GMII接口，在TXD和RXD上总共减少了8根数据线。

   RGMII接口时序特性：

图8RGMII接口TX通道MAC侧发送特性

虽然RGMII接口中，信号线减半，同时GTX_CLK和RX_CLK还是125MHz，为了达到1000Mbit的传输速率，TXD和RXD信号线上在时钟的上升沿发送GMII接口中的TXD[3:0]/RXD[3:0]，在时钟的下降沿发送GMII接口中TXD[7:4]/RXD[7:4]，并且信号TX_CTL反映了TX_EN和TX_ER的状态，即在GTX_CLK上升沿发送TX_EN，下降沿发送TX_ER。同样的道理适用于信号RX_CTL，它反映了RX_EN和RX_ER的状态，即在RX_CLK上升沿发送RX_EN，下降沿发送RX_ER。它们具体的关系。具体时序特性如图24~图25。

图9 RGMII接口RX通道PHY侧发送特性

  好了，以上内容就是海翎光电关于以太网知识-GMII / RGMII接口的相关详细介绍，希望能对大家有所帮助！