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SOC内部集成网络MAC外设+ PHY网络芯片方案：MII/RMII 接口与 MDIO 接口

news 文章来源：https://blog.csdn.net/wojiaxiaohuang2014/article/details/137204859 2024/10/31 5:37:00

一. 简介

本文来了解一下常用的一种网络硬件方案：SOC内部集成网络MAC外设+ PHY网络芯片方案。

其中涉及的 MII接口，RMII接口（MII接口与RMII接口二选一），MDIO接口，RJ45。

二. MII/RMII 接口，MDIO 接口，RJ45

本文简单了解一下内部带网络MAC的 SOC+外接一个PHY芯片，这种网络硬件方案涉及到的接口连接。

内部 MAC+ 外部 PHY+RJ45 座 ( 内置网络变压器 ) 就组成了一个完整的嵌入式网络接口硬件，如下图所示：

前面我们说了，内部 MAC 通过 MII/RMII 接口来与外部的 PHY 芯片连接，完成网络数据传输，接下来我们就来学习一下什么是 MII 和 RMII 接口，以及 MDIO 接口。

注意：主控需要配置或读取 PHY 芯片，也就是读写 PHY 的内部寄存器，所以还需要一个控制接口，叫做 MIDO。MDIO 很类似 IIC，也是两根线，一根数据线叫做 MDIO，一根时钟线叫做MDC。

1. MII 接口

MII 全称是 Media Independent Interface ，直译过来就是介质独立接口，它是 IEEE-802.3 定义的以太网标准接口， MII 接口用于以太网 MAC 连接 PHY 芯片，连接示意图如下所示：

MII 接口一共有 16 根信号线，含义如下：

TX_CLK ：发送时钟，如果网速为 100M 的话时钟频率为 25MHz ， 10M 网速的话时钟频率为 2.5MHz ，此时钟由 PHY 产生并发送给 MAC 。

TX_EN ：发送使能信号。

TX_ER ：发送错误信号，高电平有效，表示 TX_ER 有效期内传输的数据无效。 10Mpbs 网速下 TX_ER 不起作用。

TXD[3:0] ：发送数据信号线，一共 4 根。

RXD[3:0] ：接收数据信号线，一共 4 根。

RX_CLK ：接收时钟信号，如果网速为 100M 的话时钟频率为 25MHz ， 10M 网速的话时钟频率为 2.5MHz ， RX_CLK 也是由 PHY 产生的。

RX_ER ：接收错误信号，高电平有效，表示 RX_ER 有效期内传输的数据无效。 10Mpbs 网速下 RX_ER 不起作用。

RX_DV ：接收数据有效，作用类似 TX_EN 。

CRS ：载波侦听信号。

COL ：冲突检测信号。

MII 接口的缺点就是所需信号线太多，这还没有算 MDIO 和 MDC 这两根管理接口的数据线，因此 MII 接口使用已经越来越少了。

2. RMII 接口

RMII 全称是 Reduced Media Independent Interface ，翻译过来就是精简的介质独立接口，也就是 MII 接口的精简版本。 RMII 接口只需要 7 根数据线，相比 MII 直接减少了 9 根，极大的方便了板子布线， RMII 接口连接 PHY 芯片的示意图如图 69.1.2.2 所示：

TX_EN ：发送使能信号。

TXD[1:0] ：发送数据信号线，一共 2 根。

RXD[1:0] ：接收数据信号线，一共 2 根。

CRS_DV ：相当于 MII 接口中的 RX_DV 和 CRS 这两个信号的混合。

REF_CLK ：参考时钟，由外部时钟源提供，频率为 50MHz 。这里与 MII 不同， MII 的接收和发送时钟是独立分开的，而且都是由 PHY 芯片提供的。

除了 MII 和 RMII 以外，还有其他接口，比如 GMII、RGMII、SMII、SMII 等，关于其他接口基本都是大同小异的，这里就不做讲解了。正点原子 ALPAH 开发板上的两个网口都是采用 RMII 接口来连接 MAC 与外部 PHY 芯片。

3. MDIO 接口

MDIO 全称是 Management Data Input/Output ，直译过来就是管理数据输入输出接口，是一个简单的两线串行接口，一根 MDIO 数据线，一根 MDC 时钟线。

驱动程序可以通过 MDIO 和 MDC 这两根线访问 PHY 芯片的任意一个寄存器。

MDIO 接口支持多达 32 个 PHY 。同一时刻内只能对一个 PHY 进行操作，那么如何区分这 32 个 PHY 芯片呢？

和 IIC 一样，使用器件地址即可。同一 MDIO 接口下的所有 PHY 芯片，其器件地址不能冲突，必须保证唯一，具体器件地址值要查阅相应的 PHY 数据手册。

因此， MAC 和外部 PHY 芯片进行连接的时候主要是 MII/RMII 和 MDIO 接口，另外可能还需要复位、中断等其他引脚。

4. RJ45 接口

网络设备是通过网线连接起来的，插入网线的叫做 RJ45 座，如下图所示：

RJ45 座要与 PHY 芯片连接在一起，但是中间需要一个网络变压器，网络变压器用于隔离以及滤波等，网络变压器也是一个芯片，外形一般下图所示：

但是现在很多 RJ45 座子内部已经集成了网络变压器，比如，正点原子 ALPHA 开发板所使用的 HR911105A 就是内置网络变压器的 RJ45 座。内置网络变压器的 RJ45 座和不内置的引脚一样，但是一般不内置的 RJ45 座会短一点。

注意：

因此，大家在画板时一定要考虑你所使用的 RJ45 座是否内置网络变压器，如果不内置的话就要自行添加网络变压器部分电路！！！同理，如果你所设计的硬件是需要内置网络变压器的 RJ45 座，肯定不能随便焊接一个不内置变压器的 RJ45 座，否则网络工作不正常！

RJ45 座子上一般有两个灯，一个黄色 ( 橙色 ) ，一个绿色，绿色亮的话表示网络连接正常，黄色闪烁的话说明当前正在进行网络通信。这两个灯由 PHY 芯片控制， PHY 芯片会有两个引脚来连接 RJ45 座上的这两个灯。