飛思卡爾MC9S12NE64以太網(wǎng)模塊介紹

MC9S12NE64是Freescale公司生產(chǎn)的基于HCS12 CPU內(nèi)核的16位單片機(jī)，內(nèi)嵌EMAC和EPHY模塊。

NE64的以太網(wǎng)模塊實(shí)現(xiàn)了以太幀的收發(fā)功能。其中包括以太網(wǎng)介質(zhì)訪問(wèn)控制模塊(Ethernet Media Access Controller，EMAC)和以太網(wǎng)物理層驅(qū)動(dòng)模塊(Ethernet PhysicalTransceiver，EPHY)，這兩個(gè)模塊都遵循IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)。NE64的EMAC模塊和EPHY模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。

圖中NE64的EMAC模塊和EPHY模塊可以獨(dú)立使用，也可以集成使用。如果分開(kāi)使用則通過(guò)MII接口的18個(gè)引腳與外界EMAC模塊或者EPHY模塊通信;如果使用內(nèi)部模塊，那么MII接口引腳對(duì)這兩個(gè)模塊均不可見(jiàn)，這樣以太網(wǎng)模塊對(duì)外通信的引腳只有4個(gè)：2差分個(gè)輸入(RXN、RXP)和2個(gè)差分輸出(TXN、TXP)。

1.EPHY模塊

EPHY模塊是物理接口收發(fā)器。支持IEEE-802.3定義的MII(Medium-independentinterface)介質(zhì)無(wú)關(guān)端口。MII層定義了MAC和各種物理層之間的標(biāo)準(zhǔn)電氣和機(jī)械接口，它們使得EPHY與EMAC之間的數(shù)據(jù)通信、EPHY的配置及通信狀態(tài)的判斷得以實(shí)現(xiàn)。EPHY模塊一端與EMAC通信，另一端與傳輸介質(zhì)進(jìn)行通信。EPHY模塊提供4個(gè)存儲(chǔ)映射寄存器和18個(gè)MII寄存器，通過(guò)設(shè)置這些寄存器，使EPHY模塊正常工作。

EPHY模塊是遵循IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)并兼容10/100Mbps的以太網(wǎng)收發(fā)器?？梢耘渲贸?0BASE-T或者100BASE-TX模式。需要注意的是在外部總線模式下只能選擇10BASE-T模式。

① 10BASE-T模式

10BASE-T模式中10表示傳輸速率為10Mb/S，BASE表示采用基帶傳輸，T(twisted)為雙絞線，每個(gè)網(wǎng)段最大傳輸距離為100M，實(shí)際傳輸距離受物理連線影響。使用曼徹斯特編碼方式?？梢圆捎?類UTP(Unshielded Twisted-Pair cable 非屏蔽雙絞線)、集線器、RJ-45連接器連接。雙絞線是兩根絕緣導(dǎo)線互相絞結(jié)在一起的一種通用的傳輸介質(zhì)，它可減少線間電磁干擾，適用于模擬、數(shù)據(jù)通信。

以太網(wǎng)通信是一種不可靠通信，實(shí)際它并不知道通信的對(duì)方有沒(méi)有真正收到自己發(fā)出的數(shù)據(jù)。以太網(wǎng)中半雙工模式下采用CSMA/CD ( Carrier Sense MultipleAccess/Collision Detect)，即載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)方法。CSMA/CD是一種分布式介質(zhì)訪問(wèn)控制協(xié)議，網(wǎng)中的各個(gè)站(節(jié)點(diǎn))都能獨(dú)立地決定數(shù)據(jù)幀的發(fā)送與接收。每個(gè)站在發(fā)送數(shù)據(jù)幀之前，首先要進(jìn)行載波監(jiān)聽(tīng)，只有介質(zhì)空閑時(shí)，才允許發(fā)送幀。

這時(shí)，如果兩個(gè)以上的站同時(shí)監(jiān)聽(tīng)到介質(zhì)空閑并發(fā)送幀，則會(huì)產(chǎn)生沖突現(xiàn)象，這使發(fā)送的幀都成為無(wú)效幀，發(fā)送隨即宣告失敗。每個(gè)站必須有能力隨時(shí)檢測(cè)沖突是否發(fā)生，一旦發(fā)生沖突，則應(yīng)停止發(fā)送，以免介質(zhì)帶寬因傳送無(wú)效幀而被白白浪費(fèi)，然后隨機(jī)延時(shí)一段時(shí)間后，再重新?tīng)?zhēng)用介質(zhì)，重發(fā)送幀。

假設(shè)A檢測(cè)到網(wǎng)絡(luò)是空閑的，開(kāi)始發(fā)數(shù)據(jù)包，盡力傳輸，當(dāng)數(shù)據(jù)包還沒(méi)有到達(dá)B時(shí)，B也監(jiān)測(cè)到網(wǎng)絡(luò)是空閑的，開(kāi)始發(fā)數(shù)據(jù)包，這時(shí)就會(huì)發(fā)生碰撞，B首先發(fā)現(xiàn)發(fā)生碰撞，開(kāi)始發(fā)送碰撞信號(hào)，所謂碰撞信號(hào)，就是連續(xù)的01010101或者10101010，十六進(jìn)制就是55或AA。這個(gè)碰撞信號(hào)會(huì)返回到A，如果碰撞信號(hào)到達(dá)A時(shí)，A還沒(méi)有發(fā)完這個(gè)數(shù)據(jù)包，A就知道這個(gè)數(shù)據(jù)包發(fā)生了錯(cuò)誤，就會(huì)重傳這個(gè)數(shù)據(jù)包。但如果碰撞信號(hào)到達(dá)A時(shí)，數(shù)據(jù)包已經(jīng)發(fā)完，則A不會(huì)重傳這個(gè)數(shù)據(jù)包。

② 100BASE-TX模式

快速以太網(wǎng)技術(shù)100Base-TX是由10Base-T標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)發(fā)展而來(lái)的，主要解決網(wǎng)絡(luò)帶寬在局域網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中的瓶頸問(wèn)題?？芍С?00Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，在交換式以太網(wǎng)環(huán)境中可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信。在編碼上，采用了效率更高的編碼方式4B/5B編碼。對(duì)NE64 EPHY模塊的實(shí)際通信速度可以采用一些方法進(jìn)行測(cè)試。比如將NE64通過(guò)網(wǎng)線(5類UTP)接到交換機(jī)的端口上，指示燈閃爍表示連接有效，并以顏色表示數(shù)據(jù)

速率：綠色-100Mbps，黃色-10Mbps。

2.EMAC模塊

MC9S12NE64的EMAC實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)鏈路層的功能，提供將一臺(tái)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)傳輸至另一臺(tái)設(shè)備的機(jī)制。EMAC主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸，具有10Mbps/100Mbps的傳輸能力。在數(shù)據(jù)傳輸之前，EMAC自動(dòng)對(duì)以太幀進(jìn)行封裝：添加幀的前導(dǎo)位、幀起始位以及CRC校驗(yàn)碼。此外，EMAC具有MAC地址識(shí)別和濾波功能，并能進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)。在半雙工模式下，EMAC采用載波多路訪問(wèn)和沖突檢測(cè)(CSMA/CD)機(jī)制;在全雙工模式下，可采用流量控制機(jī)制。因此，EMAC模塊的初始化應(yīng)該是包括這些功能在內(nèi)的初始化，它可以通過(guò)讀寫EMAC模塊提供的21個(gè)寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)。