硬件设计系列41：解读RMII与RGMII是什么？

简介：
本篇文章将深入解析RMII和RGMII两种重要的以太网物理层接口标准，探讨它们的工作原理及应用场景。 为了生成TX_CLK和RX_CLK时钟信号，外部的PHY模块需要一个25MHz的外接时钟驱动。这个时钟不需要与MAC层使用的时钟相同步。可以使用外部的25MHz晶体或GD32F107xx微控制器上的MCO引脚来提供这一需求的时钟源；当选择后者作为来源，就需要配置合适的PLL以确保从该引脚输出的是精确为25MHz的信号。 在计算机网络硬件设计中，MAC层与PHY层之间的通信接口至关重要。以下是两种常见的接口类型：RMII（简化独立介质接口）和RGMII（简化千兆位独立介质接口）。 1. RMII RMII是MII的一种精简版本，专为以太网通讯而设，旨在通过减少所需的物理连接来节省PCB空间及成本。在传统的MII中需要使用16条数据与控制信号线，但RMII仅需7根连线即可完成同样功能。 - RMII将时钟频率提高至50MHz，确保了能够支持最高达100Mbps的数据传输速率。 - MAC和PHY共享同一的50MHz时钟源，简化系统设计的同时也要求两者间保持严格的时钟同步。 - 数据通信采用2位宽度格式，相比MII减少了信号线的数量。 - RMII包括TXD[1:0]（发送数据）、RXD[1:0]（接收数据）以及控制信号如TX_EN、RX_ER等。此外还有一个CLK_REF参考时钟由外部提供。由于不再像在MII中那样，PHY为每个方向独立地生成时钟，所以PHY内部需要一个FIFO来处理不同步的输入。 2. RGMII RGMII专为千兆以太网应用设计，在RMII基础上进一步优化，支持高达1Gbps的数据传输速率。其特点如下： - 与RMII一样使用7条信号线，但时钟频率提升至125MHz来适应更高的数据流量。 - MAC和PHY共享相同的时钟源，并且为了实现全双工操作，在每个周期内发送与时接收的两个独立时钟之间存在90度相位偏移。这使得在不增加额外线路的情况下也能完成高效的数据交换。 - RGMII包括TXD[3:0]、RXD[3:0]以及控制信号，同时还有专用的TX_CLK和RX_CLK分别用于发送与接收操作。 设计基于RMII或RGMII的硬件时需特别关注时钟源的选择及同步问题，并确保PHY与MAC之间的正确信号匹配。对于RMII来说，在使用外部50MHz晶体或者通过MCO引脚提供所需频率的情况下，需要设置适当的PLL来生成准确的时钟输出；而针对RGMII，则需求更高频的时钟输入并需处理相位偏移。 总之，RMII和RGMII是根据不同的速度要求设计出来的以太网接口方案。它们通过减少所需的信号线数量以及简化时序管理降低了硬件复杂度与成本，但同时也对工程师提出了更高的同步与时延控制挑战。在选择合适接口类型时应综合考虑系统性能、预算限制及工程难度等因素。