一、網(wǎng)卡

網(wǎng)卡基本單元有4個：MAC、PHY、變壓器、RJ45。

框圖里舍去晶振、電源、存儲設(shè)備、LED等外設(shè)，根據(jù)方案差異，某些數(shù)字電路部分不同程度的整合到一個芯片內(nèi)。

網(wǎng)卡上至少有兩個LED燈，分別表示Link（鏈路正常）和數(shù)據(jù)傳輸或數(shù)據(jù)速率選擇（10M/100M）。

晶振是處理器自同步的時鐘源。

存儲設(shè)備指的是EEPROM存儲設(shè)備，我沒用過，絕大多芯片手冊里介紹MAC鏈接一個幾K的EEPROM，內(nèi)部存儲MAC地址，其實沒有這個EEPROM網(wǎng)卡也能工作，MAC地址可以待CPU啟動后由CPU寫入。

網(wǎng)卡BOOTROM，是無盤啟動的ROM接口，通過遠程啟動服務(wù)構(gòu)造無盤工作站。

1、MAC

媒體訪問控制（MAC，Media Access Control），平時所說的MAC地址（局域網(wǎng)地址）指的是MAC芯片的地址。按設(shè)計要求它應(yīng)該是全球唯一，實際上只做到局域網(wǎng)廣播域內(nèi)唯一即可，Windows和Linux都有修改MAC地址的方法。

MAC的作用：在局域網(wǎng)廣播鏈路里控制和協(xié)調(diào)所有站點對共享介質(zhì)的訪問，以避免或減少沖突。這種沖突檢測的方法叫載波偵聽多路訪問/沖突檢測（CSMA/CD，Carrier Sense MultipleAccess With Collision Detection）。

下圖的多塊網(wǎng)卡MAC鏈接到同一個HUB上，相當于所有MAC的收、發(fā)信號連接在一起，組成星形拓撲。

CSMA/CD協(xié)議邏輯是：

? 發(fā)送前檢查信道是否空閑，空閑則發(fā)送，信道繁忙則繼續(xù)監(jiān)聽，直到信道空閑； ? 邊發(fā)送邊檢測沖突。如果發(fā)送完畢都沒有檢測到?jīng)_突，則發(fā)送成功； ? 如果發(fā)送時檢測到?jīng)_突，立即停止數(shù)據(jù)發(fā)送，并發(fā)送jamming信號增強鏈路沖突，隨機等待一段時間等待信道空閑。

2、PHY

物理層（PHY，Physical Layer）是數(shù)、模轉(zhuǎn)換模塊，它實現(xiàn)物理層.IEEE-802.3標準定義了以太網(wǎng)PHY。包括MII/GMII（介質(zhì)獨立接口）子層，PCS（物理編碼子層），PMA（物理介質(zhì)附加）子層，PMD（物理介質(zhì)相關(guān)）子層，MDI子層。

PHY是MAC的工具人，PHY是CSMA/CD的執(zhí)行部件，當發(fā)生沖突時它告知MAC，由MAC做決策。

PHY眼里只有數(shù)據(jù)沒有幀概念，數(shù)據(jù)、地址、CRC都同等看待。它負責網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)編碼、解碼、鏈路錯誤檢測。在100Base-T里PHY采用4B/5B編碼，用5bit編碼傳遞4bit信息的編碼方式，帶寬利用率80%，5bit可有32種編碼方式，4bit有16種編碼方式，從5bit里取出16組編碼作為信道信息編碼。

對這16組編碼只有兩個要求：一是5bit組里至少有2個1，二是5bit里不能有連續(xù)3個0；其余的16組表示無用信號或者控制碼。

3、變壓器

變壓器作用：

? 提高傳輸距離、波形修復

? 電氣隔離、抗干擾、防雷 其實，沒有變壓器兩網(wǎng)卡之間也可以通信，只是這個距離會很短，距離越遠衰減越大，加上變壓器提高信號幅度通信距離得以提高，同樣遠端傳遞的信號幅度太低，經(jīng)過變壓器后得以放大，實現(xiàn)波形修復功能。

變壓器使芯片端與外部隔離，抗干擾能力大大增強，而且對芯片增加了很大的保護作用。

4、RJ45

RJ45是布線系統(tǒng)中信息插座（即通信引出端）連接器的一種，連接器由插頭（接頭、水晶頭）和插座（模塊）組成，插頭有8個凹槽和8個觸點。RJ是Registered Jack的縮寫，意思是“注冊的插座”。

在FCC（美國聯(lián)邦通信委員會標準和規(guī)章）中RJ是描述公用電信網(wǎng)絡(luò)的接口，計算機網(wǎng)絡(luò)的RJ45是標準8位模塊化接口的俗稱。

網(wǎng)線有8根4對雙絞線，百兆以太網(wǎng)中只用到其中4根：1、2發(fā)送、3、6接收。

二、典型案例

現(xiàn)在嵌入式SOC中，MAC常集成到SOC芯片內(nèi)，如STM32F4、龍芯1B、i.MX287。下圖是龍芯片1B芯片結(jié)構(gòu)圖，GMAC指的是千兆網(wǎng)媒體訪問控制。

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早些年的處理器內(nèi)部集成MAC，代表有S3C2440，以太網(wǎng)解決方案是外接明顯網(wǎng)卡芯片DM9000，下圖是DM9000芯片結(jié)構(gòu)圖。內(nèi)部集成MAC和PHY，S3C2440的外部地址總線（內(nèi)存總線）留出一塊區(qū)域為DM9000用，訪問數(shù)據(jù)就如同讀寫內(nèi)存一樣。

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某寶PCIE網(wǎng)卡實物圖，可以看出MAC和PHY集成到一起，右上角8腳芯片沒有焊接，應(yīng)該是電源轉(zhuǎn)換芯片，網(wǎng)卡的電源直接從PCIE獲取。

審核編輯：劉清