一文读懂,网卡由哪些部分组成

嵌入式ARM 2022-09-07 12:10

一、网卡


网卡基本单元有4个:MAC、PHY、变压器、RJ45


框图里舍去晶振、电源、存储设备、LED等外设,根据方案差异,某些数字电路部分不同程度的整合到一个芯片内。



网卡上至少有两个LED灯,分别表示Link(链路正常)和数据传输或数据速率选择(10M/100M)。


晶振是处理器自同步的时钟源。


存储设备指的是EEPROM存储设备,我没用过,绝大多芯片手册里介绍MAC链接一个几K的EEPROM,内部存储MAC地址,其实没有这个EEPROM网卡也能工作,MAC地址可以待CPU启动后由CPU写入。


网卡BOOTROM,是无盘启动的ROM接口,通过远程启动服务构造无盘工作站。


1、MAC

媒体访问控制(MAC,Media Access Control),平时所说的MAC地址(局域网地址)指的是MAC芯片的地址。按设计要求它应该是全球唯一,实际上只做到局域网广播域内唯一即可,Windows和Linux都有修改MAC地址的方法。


MAC的作用:在局域网广播链路里控制和协调所有站点对共享介质的访问,以避免或减少冲突。这种冲突检测的方法叫载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD,Carrier Sense MultipleAccess With Collision Detection)。


下图的多块网卡MAC链接到同一个HUB上,相当于所有MAC的收、发信号连接在一起,组成星形拓扑。



CSMA/CD协议逻辑是:

• 发送前检查信道是否空闲,空闲则发送,信道繁忙则继续监听,直到信道空闲;
• 边发送边检测冲突。如果发送完毕都没有检测到冲突,则发送成功;
• 如果发送时检测到冲突,立即停止数据发送,并发送jamming信号增强链路冲突,随机等待一段时间等待信道空闲。

2、PHY

物理层(PHY,Physical Layer)是数、模转换模块,它实现物理层.IEEE-802.3标准定义了以太网PHY。包括MII/GMII(介质独立接口)子层,PCS(物理编码子层),PMA(物理介质附加)子层,PMD(物理介质相关)子层,MDI子层。

PHY是MAC的工具人,PHY是CSMA/CD的执行部件,当发生冲突时它告知MAC,由MAC做决策。

PHY眼里只有数据没有帧概念,数据、地址、CRC都同等看待。它负责网络数据编码、解码、链路错误检测。在100Base-T里PHY采用4B/5B编码,用5bit编码传递4bit信息的编码方式,带宽利用率80%,5bit可有32种编码方式,4bit有16种编码方式,从5bit里取出16组编码作为信道信息编码。

对这16组编码只有两个要求:一是5bit组里至少有2个1,二是5bit里不能有连续3个0;其余的16组表示无用信号或者控制码。

3、变压器

变压器作用:
• 提高传输距离、波形修复
• 电气隔离、抗干扰、防雷

其实,没有变压器两网卡之间也可以通信,只是这个距离会很短,距离越远衰减越大,加上变压器提高信号幅度通信距离得以提高,同样远端传递的信号幅度太低,经过变压器后得以放大,实现波形修复功能。

变压器使芯片端与外部隔离,抗干扰能力大大增强,而且对芯片增加了很大的保护作用。

4、RJ45

RJ45是布线系统中信息插座(即通信引出端)连接器的一种,连接器由插头(接头、水晶头)和插座(模块)组成,插头有8个凹槽和8个触点。RJ是Registered Jack的缩写,意思是“注册的插座”。

在FCC(美国联邦通信委员会标准和规章)中RJ是描述公用电信网络的接口,计算机网络的RJ45是标准8位模块化接口的俗称。

网线有8根4对双绞线,百兆以太网中只用到其中4根:1、2发送、3、6接收。


二、典型案例

现在嵌入式SOC中,MAC常集成到SOC芯片内,如STM32F4、龙芯1B、i.MX287。下图是龙芯片1B芯片结构图,GMAC指的是千兆网媒体访问控制。


早些年的处理器内部集成MAC,代表有S3C2440,以太网解决方案是外接明显网卡芯片DM9000,下图是DM9000芯片结构图。内部集成MAC和PHY,S3C2440的外部地址总线(内存总线)留出一块区域为DM9000用,访问数据就如同读写内存一样。


下图是某宝PCIE网卡实物图,可以看出MAC和PHY集成到一起,右上角8脚芯片没有焊接,应该是电源转换芯片,网卡的电源直接从PCIE获取。


END

作者:吴解君
来源:程序员写个解

版权归原作者所有,如有侵权,请联系删除。

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