FPGA实现以太网（一）——以太网简介_ieee802.3 fpga实现 csdn

1.以太网概述

以太网(Ethernet)是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准， 该标准定义了在局域网中采用的电缆类型和信号处理方法。 以太网凭借其成本低、通信速率高、抗干扰性强等优点被广泛应用在网络远程监控、 交换机、工业自动化等对通信速率要求较高的场合。
以太网是一种产生较早，使用相当广泛的局域网，被电气与电子工程师协会（ IEEE）所采纳作为 802.3的标准。以太网的分类有标准以太网（10Mbit/s）、 快速以太网(100Mbit/s)和千兆以太网（ 1000Mbit/s） 。随着以太网技术的飞速发展， 市场上也出现了万兆以太网（10Gbit/s），它扩展了 IEEE802.3 协议和 MAC 规范，使其技术支持 10Gbit/s 的传输速率。
以太网通信离不开连接端口的支持， 网络数据连接的端口就是以太网接口。 以太网接口类型有 RJ45 接口、 RJ11 接口（电话线接口）、 SC 光纤接口等。其中 RJ45 接口是我们现在最常见的网络设备接口（如：电脑网口）。RJ45 接口俗称“水晶头”，属于双绞线以太网接口类型。 RJ45 接口样式如图：

RJ45接口
RJ45 接口定义以及各引脚功能在不同通信速率下的定义有区别， 在 10M/100M 通信速率下，RJ45 插座只使用了 1、 2、 3、 6 这四根线，其中 1、 2 这组负责传输数据（TX+、 TX-） ，而 3、 6 这组负责接收数据（RX+、 RX-） ，另外四根线是备用的。如下图：

在 1000M 的通信速率下， RJ45 插座的 8 根线都有用到，且都是双向引脚。需要说明的是，支持千兆网通信的 RJ45 接口是向下兼容的，即也支持 10M/100M 通信速率，只不过不同的通信速率，其引脚功能有区别。千兆网各引脚功能如下图所示：

2.以太网通信接口

在以太网通信中，设备之间的物理层链路均由 PHY 芯片建立，也就是说FPGA向外发送的数据需要先经过PHY芯片的处理才能发送到外部接口上。在FPGA中实现以太网通信，MAC就相当于FPGA。FPGA与PHY芯片之间有两种接口：配置接口和数据接口。配置接口（MDIO）完成PHY 芯片的工作模式配置以及获取 PHY 芯片的若干状态信息，由两根线组成——MDC（时钟线）和MDIO（双向数据线），如下图中的最后两根线。通常情况下， PHY 芯片在默认状态下也可以正常工作，在做以太网通信实验
时，对 MDIO 接口的配置不是必须的；其余的为数据接口，常用的数据接口有MII、RMII、GMII、RGMII。区别如下：

• MII（Medium Independent Interface，媒体独立接口）： MII 支持 10Mbps 和 100Mbps 的操作，数据位宽为 4 位，在 100Mbps 传输速率下，时钟频率为 25Mhz。
• RMII（Reduced MII）： RMII 是 MII 的简化版， 数据位宽为 2 位，在 100Mbps 传输速率下，时钟频率为 50Mhz。
• GMII（Gigabit MII）： GMII 接口向下兼容 MII 接口， 支持 10Mbps、 100Mbps 和 1000Mbps 的操作，数据位宽为 8 位，在 1000Mbps 传输速率下，时钟频率为 125Mhz。
• RGMII（Reduced GMII）： RGMII 是 GMII 的简化版，数据位宽为 4 位，在 1000Mbps 传输速率下，时钟频率为 125Mhz，在时钟的上下沿同时采样数据。 在 100Mbps 和 10Mbps 通信速率下，为单个时钟沿采样。
  下图为采用RGMII数据接口。
  
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