網路裝置中肯定離開不MAC和PHY，本篇文章將詳細介紹下乙太網中一些常見術語與介面。

MAC和PHY結構

從硬體角度來看乙太網是由CPU，MAC，PHY三部分組成的，如下圖示意：

上圖中DMA整合在CPU，CPU,MAC,PHY並不是整合在同一個晶片內，由於PHY包含大量模擬器件，而MAC是典型的數位電路，考慮到芯片面積及模擬/數字混合架構的原因，將MAC整合進CPU而將PHY留在片外，這種結構是最常見的。 下圖是網路介面內部結構圖，虛框表示CPU，MAC整合在CPU中，PHY晶片通過MII介面與CPU上的MAC連線:

以上是乙太網結構大框架，下面分別介紹各個部分。

MAC

MAC(Media Access Control)

在傳送資料的時候，MAC協議可以事先判斷是否可以傳送資料，如果可以傳送將給資料加上一些控制資訊，最終將資料以及控制資訊以規定的格式傳送到物理層；在接收資料的時候，MAC協議首先判斷輸入的資訊並是否發生傳輸錯誤，如果沒有錯誤，則去掉控制資訊傳送至LLC(邏輯鏈路控制)層。該層協議是乙太網MAC由IEEE-802. 3乙太網標準定義。一般乙太網MAC晶片的一端連線PCI匯流排，另一端連線PHY晶片上通過MII介面連線。

PHY

PHY（Physical Layer）是IEEE802.3中定義的一個標準模組，STA（Station Management Entity，管理實體，一般為MAC或CPU）通過MIIM（MII Manage Interface）對PHY的行為、狀態進行管理和控制，而具體管理和控制動作是通過讀寫PHY內部的暫存器實現的。PHY的基本結構如下圖：

PHY在傳送資料的時候,收到MAC過來的資料(對PHY來說,沒有幀的概念,對它來說,都是資料）然後把並行資料轉化為序列流資料,再按照物理層的編碼規則把資料編碼,再變為模擬訊號把資料送出去，收資料時的流程反之。
PHY還有個重要的功能就是實現CSMA/CD的部分功能，它可以檢測到網路上是否有資料在傳送,如果有資料在傳送中就等待,一旦檢測到網路空閒,再等待一個隨機時間後將送資料出去.如果兩個碰巧同時送出了資料,那樣必將造成衝突,這時候衝突檢測機構可以檢測到衝突,然後各等待一個隨機的時間重新發送資料。

PHY暫存器的地址空間為5位，從0到31最多可以定義32個暫存器（隨著晶片功能不斷增加，很多PHY晶片採用分頁技術來擴充套件地址空間以定義更多的暫存器），IEEE802.3定義了地址為0-15這16個暫存器的功能，地址16-31的暫存器留給晶片製造商自由定義，如下表所示：

注：

1. 上圖B和E表示在特定介面下，暫存器是基本的還是擴充套件的。例如：MII介面下只有0和1暫存器是基本的，其它的是擴充套件的。所為擴充套件是指留給IEEE以後的擴充套件特性用，不是給PHY廠商的擴充套件，PHY廠商自定義的只能是16~31號暫存器 。
2. 在IEEE標準文件及某些PHY手冊中，某暫存器的位元(bit)用X.y表示，如0.15表示第0暫存器的第15位。

MII

MII（Media Independent interface）即介質無關介面，它是IEEE-802.3定義的行業標準，是MAC與PHY之間的介面。MII資料介面包含16個訊號和2個管理介面訊號，如下圖所示：

訊號定義如下：

MAC 通過MIIM 介面讀取PHY 狀態暫存器以得知目前PHY 的狀態。例如連線速度、雙工的能力等。也可以通過 MIIM設定PHY的暫存器達到控制的目的。例如流控的開啟關閉、自協商模式還是強制模式等。MII以4位半位元組方式傳送資料雙向傳輸，時鐘速率25MHz。其工作速率可達100Mb/s。當時鍾頻率為2.5MHz時，對應速率為10Mb/s。MII介面雖然很靈活但由於訊號線太多限制多介面網口的發展，後續又衍生出RMII，SMII等。

RMII

RMII(Reduced Media Independant Interface),精簡MII介面，節省了一半的資料線。RMII收發使用2位資料進行傳輸，收發時鐘均採用50MHz時鐘源。訊號定義如下：

其中CRS_DV是MII中RX_DV和CRS兩個訊號的合併，當物理層接收到載波訊號後CRS_DV變得有效，將資料傳送給RXD。當載波訊號消失後，CRS_DV會變為無效。在100M乙太網速率中，MAC層每個時鐘取樣一次RXD[1:0]上的資料，在10M乙太網速率中，MAC層每10個時鐘取樣一次RXD[1:0]上的資料，此時物理層接收的每個資料會在RXD[1:0]保留10個時鐘。

SMII

SMII（Serial Media Independant Interface）,序列MII介面。它包括TXD,RXD,SYNC三個訊號線，共用一個時鐘訊號，此時鐘訊號是125MHz,訊號線與此時鐘同步。訊號定義如下：

SYNC是資料收發的同步訊號，每10個時鐘同步置高一次電平，表示同步。TXD和RXD上的資料和控制資訊，以10bit為一組。傳送部分波形如下：

從波形可以看出，SYNC變高後的10個時鐘週期內，TXD依次輸出一組10bit的資料即TX_ER,TX_EN,TXD[0:7]，這些控制資訊和MII介面含義相同。在100M速率中，每一組的內容都是變換的，在10M速率中，每一組資料需要重複10次，取樣任一一組都可以。

GMII

GMII（Gigabit Media Independant Interface），千兆MII介面。GMII採用8位介面資料，工作時鐘125MHz，因此傳輸速率可達1000Mbps。同時相容MII所規定的10/100 Mbps工作方式。GMII介面資料結構符合IEEE乙太網標準，該介面定義見IEEE 802.3-2000。訊號定義如下：

RGMII

RGMII(Reduced Gigabit Media Independant Interface),精簡GMII介面。相對於GMII相比，RGMII具有如下特徵：

• 傳送/接收資料線由8條改為4條
• TX_ER和TX_EN複用，通過TX_CTL傳送
• RX_ER與RX_DV複用，通過RX_CTL傳送
• 1 Gbit/s速率下，時鐘頻率為125MHz
• 100 Mbit/s速率下，時鐘頻率為25MHz
• 10 Mbit/s速率下，時鐘頻率為2.5MHz

訊號定義如下：

雖然RGMII訊號線減半，但TXC/RXC時鐘仍為125Mhz，為了達到1000Mbit的傳輸速率，TXD/RXD訊號線在時鐘上升沿傳送接收GMII介面中的TXD[3:0]/RXD[3:0]，在時鐘下降沿傳送接收TXD[7:4]/RXD[7:4],並且訊號TX_CTL反應了TX_EN和TX_ER狀態，即在TXC上升沿傳送TX_EN,下降沿傳送TX_ER，同樣的道理試用於RX_CTL，下圖為傳送接收的時序：

參考

1. Media-independent interface From Wikipedia
2. Ethernet（乙太網）之 詳解 MAC、MII、PHY