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XAUI接口

硬件設(shè)計(jì)解析 ? 來源:愛搞研究的阿燦 ? 作者:愛搞研究的阿燦 ? 2023-03-29 15:19 ? 次閱讀

一、TBI 接口

??TBI即Ten Bit Interface的意思,接口數(shù)據(jù)位寬由GMII接口的8位增加到10位,其實(shí),TBI接口跟GMII接口的差別不是很大,多出來的2位數(shù)據(jù)主要是因?yàn)樵赥BI接口下,MAC芯片在將數(shù)據(jù)發(fā)給PHY芯片之前進(jìn)行了8B/10B變換(8B/10B變換本是在PHY芯片中完成的,前面已經(jīng)說過了)。
??大多數(shù)芯片的TBI接口和GMII接口兼容。在用作TBI接口時(shí),CRS和COL一般不用。
??主要包括四個(gè)部分。一是從MAC層到物理層的發(fā)送數(shù)據(jù)接口,二是從MAC層到物理層的接收數(shù)據(jù)接口,三是物理層與MAC層之間狀態(tài)指示接口,四是MAC層和物理層之間數(shù)據(jù)管理的MDIO/MDC接口。

1.1接口圖片解析

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1.2引腳定義解析

??TXER(Transmit Error): 發(fā)送數(shù)據(jù)錯(cuò)誤提示信號(hào),同步于TXC/GTXC,高電平有效,表示TXER有效期內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)無效。對于10Mbps速率下,TXER不起作用。
??TXEN(Transmit Enable): 發(fā)送使能信號(hào),只有在TXEN有效期內(nèi)傳的數(shù)據(jù)才有效。
??GTXC:GMII模式發(fā)送參考時(shí)鐘,GMII接口發(fā)送時(shí)鐘,125MHz,同步發(fā)送數(shù)據(jù)與控制信號(hào),MII不使用。注意,GTXC時(shí)鐘的方向是從MAC側(cè)指向PHY側(cè)的,此時(shí)鐘是由MAC提供的。
??TXD(Transmit Data)[9:0]:數(shù)據(jù)發(fā)送信號(hào),共10根信號(hào)線。
??RXER(Receive Error): 接收數(shù)據(jù)錯(cuò)誤提示信號(hào),同步于RXC,高電平有效,表示RXER有效期內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)無效。對于10Mbps速率下,RXER不起作用。
??RXDV(Reveive Data Valid): 接收數(shù)據(jù)有效信號(hào),作用類型于發(fā)送通道的TXEN。
??RXD(Receive Data)[9:0]:數(shù)據(jù)接收信號(hào),共10根信號(hào)線。
??RXC+/-:是從接收數(shù)據(jù)中恢復(fù)出來的半頻時(shí)鐘,頻率為62.5MHz,RXC+/-不是差分信號(hào),而是兩個(gè)獨(dú)立的信號(hào),兩者之間有180度的相位差,在這兩個(gè)時(shí)鐘的上升沿都采樣數(shù)據(jù)。RXC+/-也叫偽差分信號(hào)。除掉上面說到的之外,剩下的信號(hào)都跟GMII接口中的相同。
??CRS:Carrier Sense,載波偵測信號(hào),不需要同步于參考時(shí)鐘,只要有數(shù)據(jù)傳輸,CRS就有效,另外,CRS只有PHY在半雙工模式下有效。
??COL:Collision Detectd,沖突檢測,不需要同步于參考時(shí)鐘,只有PHY在半雙工模式下有效。
??MDC:該時(shí)鐘由MAC層芯片輸出,并用于通過MDIO引腳從PHY中同步輸入和輸出數(shù)據(jù)。
??MDIO:這是一個(gè)可以向PHY設(shè)備輸入輸出串行數(shù)據(jù)的雙向信號(hào),需要在MII之上給出了一個(gè)管理實(shí)體,一般在MAC芯片中實(shí)現(xiàn),由管理實(shí)體給出的控制和配置數(shù)據(jù)和MDC同步地在MDIO線上給出,并且被PHY同步采樣。由PHY給出狀態(tài)信息,作為對管理實(shí)體讀取管理寄存器請求的響應(yīng),和MDC同步地在MDIO線上給出,并且被管理實(shí)體同步采樣。

1.3連接方式

??MAC-to-PHY的TBI連接
??MAC-to-PHY的TBI連接比較簡單,直接將相應(yīng)信號(hào)連接起來即可,如下圖所示。
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二、RTBI 接口

??RTBI即Reduced TBI,簡化版TBI,接口數(shù)據(jù)位寬為5bit,時(shí)鐘頻率為125MHz,在時(shí)鐘的上升沿和下降沿都采樣數(shù)據(jù),同RGMII接口一樣。主要包括三個(gè)部分。一是從MAC層到物理層的發(fā)送數(shù)據(jù)接口,二是從MAC層到物理層的接收數(shù)據(jù)接口,三是MAC層和物理層之間數(shù)據(jù)管理的MDIO/MDC接口。

2.1接口圖片解析

6d57cf1c-cd3d-11ed-a826-dac502259ad0.png

2.2引腳定義解析

??TXEN(Transmit Enable): 發(fā)送使能信號(hào),只有在TXEN有效期內(nèi)傳的數(shù)據(jù)才有效,TXEN線上會(huì)傳送TXEN和TXER兩種信息,在時(shí)鐘的上升沿傳TXEN,下降沿傳TXER。
??GTXC:發(fā)送參考時(shí)鐘,125MHz,同步發(fā)送數(shù)據(jù)與控制信號(hào)。注意,GTXC時(shí)鐘的方向是從MAC側(cè)指向PHY側(cè)的,此時(shí)鐘是由MAC提供的。
??TXD(Transmit Data)[4:0]:數(shù)據(jù)發(fā)送信號(hào),共5根信號(hào)線。
??RXDV(Reveive Data Valid): 接收數(shù)據(jù)有效信號(hào),作用類型于發(fā)送通道的TXEN,RXDV線上傳送RX_DV和RX_ER兩種信息,在RX_CLK上升沿傳RXDV,下降沿傳RXER。
??RXD(Receive Data)[4:0]:數(shù)據(jù)接收信號(hào),共5根信號(hào)線。
??RXC:接收數(shù)據(jù)參考時(shí)鐘,時(shí)鐘頻率為125MHz、25MHz、2.5MHz。RXC也是由PHY側(cè)提供的。
??MDC:該時(shí)鐘由MAC層芯片輸出,并用于通過MDIO引腳從PHY中同步輸入和輸出數(shù)據(jù)。
??MDIO:這是一個(gè)可以向PHY設(shè)備輸入輸出串行數(shù)據(jù)的雙向信號(hào),需要在MII之上給出了一個(gè)管理實(shí)體,一般在MAC芯片中實(shí)現(xiàn),由管理實(shí)體給出的控制和配置數(shù)據(jù)和MDC同步地在MDIO線上給出,并且被PHY同步采樣。由PHY給出狀態(tài)信息,作為對管理實(shí)體讀取管理寄存器請求的響應(yīng),和MDC同步地在MDIO線上給出,并且被管理實(shí)體同步采樣。

2.3連接方式

??MAC-to-PHY的RTBI連接
??MAC-to-PHY的RTBI連接比較簡單,直接將相應(yīng)信號(hào)連接起來即可,如下圖所示。
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三、XGMII 接口

??XGMII接口共74根連線,單端信號(hào),采用HSTL/SSTL_2邏輯,端口電壓1.5V/2.5V,由于SSTL_2的端口電壓高,功耗大,現(xiàn)在已很少使用。HSTL即High Speed Transceiver Logic,高速發(fā)送邏輯的意思。SSTL,即Stub Series Terminated Logic,短路終止邏輯,主要用于高速內(nèi)存接口,SSTL目前存在兩種標(biāo)準(zhǔn),SSTL_3是3.3V標(biāo)準(zhǔn);SSTL_2是2.5V標(biāo)準(zhǔn)。
??主要包括三個(gè)部分。一是從MAC層到物理層的發(fā)送數(shù)據(jù)接口,二是從MAC層到物理層的接收數(shù)據(jù)接口,三是MAC層和物理層之間數(shù)據(jù)管理的MDIO/MDC接口。

3.1接口圖片解析

在這里插入圖片描述
6d8a73a4-cd3d-11ed-a826-dac502259ad0.png

3.2引腳定義解析

??TXD[31:0]:數(shù)據(jù)發(fā)送通道,32位并行數(shù)據(jù)。
??RXD[31:0]:數(shù)據(jù)接收通道,32位并行數(shù)據(jù)。
??TXC[3:0]:發(fā)送通道控制信號(hào),TXC=0時(shí),表示TXD上傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù);TXC=1時(shí),表示TXD上傳輸?shù)氖强刂谱址XC[3:0]分別對應(yīng)??TXD[31:24], TXD[23:16], TXD[15:8], TXD[7:0]。
??RXC[3:0]:接收通道控制信號(hào),RXC=0時(shí),表示RXD上傳輸?shù)氖菙?shù)據(jù);RXC=1時(shí),表示RXD上傳輸?shù)氖强刂谱址XC[3:0]分別對應(yīng)RXD[31:24], RXD[23:16], RXD[15:8], RXD[7:0]。
??TXC:TXD和TXC的參考時(shí)鐘,時(shí)鐘頻率156.25MHz,在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿和下降沿都采樣數(shù)據(jù)。156.25MHz * 2 * 32 = 10Gbps 。
??RX_CLK:RXD和RXC的參考時(shí)鐘,時(shí)鐘頻率156.25MHz,在時(shí)鐘信號(hào)的上升沿和下降沿都采樣數(shù)據(jù)。
??MDC:該時(shí)鐘由MAC層芯片輸出,并用于通過MDIO引腳從PHY中同步輸入和輸出數(shù)據(jù)。
??MDIO:這是一個(gè)可以向PHY設(shè)備輸入輸出串行數(shù)據(jù)的雙向信號(hào),需要在MII之上給出了一個(gè)管理實(shí)體,一般在MAC芯片中實(shí)現(xiàn),由管理實(shí)體給出的控制和配置數(shù)據(jù)和MDC同步地在MDIO線上給出,并且被PHY同步采樣。由PHY給出狀態(tài)信息,作為對管理實(shí)體讀取管理寄存器請求的響應(yīng),和MDC同步地在MDIO線上給出,并且被管理實(shí)體同步采樣。

3.3連接方式

??MAC-to-PHY的XGMII連接
??MAC-to-PHY的XGMII連接比較簡單,直接將相應(yīng)信號(hào)連接起來即可,如下圖所示。
6dc254ae-cd3d-11ed-a826-dac502259ad0.png

四、XAUI 接口

??由于受電氣特性的影響,XGMII接口的PCB走線最大傳輸距離僅有7cm,并且XGMII接口的連線數(shù)量太多,給實(shí)際應(yīng)用帶來不便,因此,在實(shí)際應(yīng)用中,XGMII接口通常被XAUI接口代替,XAUI即10 Gigabit attachment unit interface,10G附屬單元接口,XAUI在XGMII的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了XGMII接口的物理距離擴(kuò)展,將PCB走線的傳輸距離增加到50cm,使背板走線成為可能。
??源端XGMII把收發(fā)32位寬度數(shù)據(jù)流分為4個(gè)獨(dú)立的lane通道,每個(gè)lane通道對應(yīng)一個(gè)字節(jié),經(jīng)XGXS(XGMII Extender Sublayer)完成8B/10B編碼后,將4個(gè)lane分別對應(yīng)XAUI的4個(gè)獨(dú)立通道,XAUI端口速率為:2.5Gbps * 1.25 * 4=12.5Gbps。
??在發(fā)送端的XGXS模塊中,將TXD[31:0]/ RXD[31:0],TXC[3:0]/ RXC[3:0], TXC/ RXC轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)從TX Lane[3:0]/ RX Lane[3:0]中發(fā)出去,在接收端的XGXS模塊中,串行數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換成并行,并且進(jìn)行時(shí)鐘恢復(fù)和補(bǔ)償,完成時(shí)鐘去抖,經(jīng)過5B/4B解碼后,重新聚合成XGMII。
??XAUI接口采用差分線,收發(fā)各四對,CML邏輯,AC耦合方式,耦合電容在10nF~100nF之間。
??XAUI接口可以直接接光模塊,如XENPAK/X2等。也可以轉(zhuǎn)換成一路10G信號(hào)XFI,接XFP/SFP+等。


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