【科普】GMII/RGMII/S3MII/SMII/RMII/MII以太网接口基础知识
以太网口是我们日常工程中常用的通信接口，以太网接口有很多种，本文将对常用以太网接口进行科普介绍。
1、gmii接口
1.1、gmii接口概述
gmii接口属于源同步时钟类型（时钟与数据都是由同一芯片驱动），时钟速率125mhz，接口连接关系如图1所示，22根线，其中tx_en, tx_er, txd这些信号同步于tx_clk；rx_dv, rx_er,
图1 gmii接口原理框图
rxd这些信号同步于rx_clk。其它的两个信号crs, col只用于半双工模式，一般设计中不会用到，而且这两个信号与时钟是异步的，对这两个信号不做要求。各信号说明见表1。
表1 utopia level 2接口信号说明
信号名称 信号说明
tx_clk 发送方向时钟信号
tx_en 发送方向使能信号
tx_er 发送方向错误指示信号
txd 发送方向数据信号
rx_clk 接收方向时钟信号
rx_dv 接收方向使能信号
rx_er 接收方向错误指示信号
rxd 接收方向数据信号
col 碰撞指示信号
crs 载荷检测信号
1.2、设计原则
1、要求同方向的时钟数据严格等长，即tx_en, tx_er, txd这些控制/数据信号与tx_clk等长；rx_dv, rx_er, rxd这些控制/数据信号与rx_clk等长。一般设计中，要求控制/数据信号与时钟信号的长度差不大于1cm（约0.1ns）。
2、要求信号的发送端（包括时钟/数据/控制信号）串接33欧姆电阻以减小反射，提高信号完整性。
3、信号走线中要注意保持阻抗的连续性，尽量减少过孔数量（一般过孔数量在3个以内）
4、因信号线较多，在布局允许情况下，phy与mac尽量靠近，减小高速信号受的串扰。
2、rgmii接口概述
2.1、rgmii接口概述
rgmii属于源同步时钟类型，最初是由hp制定的一个gmii精简版专利标准，得到各大主流厂家的认可，成为一个普遍应用的关于xmii系列接口的标准。rgmii经历了1.01.11.21.2a1.32.0几个版本。从2.0版本开始支持hstl，之前的版本支持2.5v cmos。
txc/rxc时钟频率支持125mhz，25mhz,2.5mhz，可以适配1000m,100m,10m速率。在时钟的上升沿和下降沿均进行数据采样，相比gmii接口，数据信号线收发方向各减半变为4根，信号线总共有12根。如图2和表2说明。
图2 rgmii接口原理框图
表2 rgmii接口信号说明
信号 方向 说明
txc mac-->phy 发送时钟信号
tx[3:0] mac-->phy 发送数据信号
tx_ctl mac-->phy 发送控制信号
rxc mac<--phy 接收时钟信号
rx[3:0] mac<--phy 接收数据信号
rx_ctl mac<--phy 接收控制信号
2.2、设计原则
1、要求同方向的时钟数据严格等长，即tx_ctl，txd这些控制/数据信号与txc等长； rx_ctl，rxd这些控制/数据信号与rxc等长。一般设计中，要求控制/数据信号与时钟信号的长度差不大于0.5cm（约0.05ns）。
2、要求信号的发送端（包括时钟/数据/控制信号）串接33欧姆电阻以减小反射，提高信号完整性。
3、信号走线中要注意保持阻抗的连续性，尽量减少过孔数量（一般过孔数量在3个以内）。
4、因信号线较多，在布局允许情况下，phy与mac尽量靠近，减小高速信号受的串扰，线长最好小于4000mil。
3、ss_smii接口
3.1、ss_smii 接口概述
ss_smii（又叫s3mii）接口属于源同步时钟类型，接口原理框图如图3所示，时钟速率125m hz；信号与时钟间的关系等同于gmii。
图3 s3mii接口原理框图
3.2、ss_smii接口设计原则
1、要求tx_sync, txd信号与tx_clk等长；rx_sync, rxd信号与rx_clk等长。一般设计中，要求控制/数据信号与时钟信号的长度差不大于1cm（约0.1ns）。
2、要求信号的发送端（包括时钟/数据/控制信号）串接33欧姆电阻以减小反射，提高信号完整性。
3、信号走线中要注意保持阻抗的连续性，尽量减少过孔数量（一般过孔数量在3个以内）。
4、在时间允许的情况下，尽量对接口进行仿真。
4、smii接口
4.1、smii接口概述
smii接口公共时钟模型（两端芯片的时钟来自共同的时钟buffer），时钟速率125m hz，接口原理框图如图4所示；并不要求数据线与时钟等长。
4.2、smii接口设计原则
设计时可以先考虑使refclk1, refclk2等长。
图4 smii接口原理框图
2、要求sync，txd，rxd这几个信号走线尽量短；（从芯片资料理论上看出这些线
的最大长度为1.5ns，21cm；但由于芯片差异性较大，因此实际布线中尽量走短）。
要求信号的发送端（包括时钟/数据/控制信号）串接33欧姆电阻以减小反射，提高信号完整性；
信号走线中要注意保持阻抗的连续性，尽量减少过孔数量（一般过孔数量在3个以内）。
5、rmii接口
5.1、rmii接口概述
rmii接口属于公共时钟传输模型，时钟速率50m hz；并不要求数据线与时钟等长。图5所示为rmii接口的原理框图。
图5 rmii接口原理框图
5.2、rmii接口设计原则
设计时可以先考虑使refclk1, refclk2等长。
要求其它的数据/控制信号走线尽量短；（rmii规范规定信号的驱动能力在包含负载输入电容情况下不小于12inch，也就是30cm；但由于芯片差异，实际布线情况下尽量短）。
要求信号的发送端（包括时钟/数据/控制信号）串接33欧姆电阻以减小反射，提高信号完整性。
6、mii接口
mii接口属于公共时钟传输模型，时钟频率25m（100m以太网）或2.5m（10m以太网）。两个时钟都是由phy发送给mac的。接口框图如图6所示。另外，该接口的其它两个信号crs、col是异步信号，无特殊要求，故不在此图中画出。
对于mii信号，由于信号速率较低，因此在布线上无特殊要求，只要求phy与mac离的不要太远就可以了。
图6 mii接口原理框图
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1、gmii接口
1.1、gmii接口概述
gmii接口属于源同步时钟类型（时钟与数据都是由同一芯片驱动），时钟速率125mhz，接口连接关系如图1所示，22根线，其中tx_en, tx_er, txd这些信号同步于tx_clk；rx_dv, rx_er,
图1 gmii接口原理框图
rxd这些信号同步于rx_clk。其它的两个信号crs, col只用于半双工模式，一般设计中不会用到，而且这两个信号与时钟是异步的，对这两个信号不做要求。各信号说明见表1。
表1 utopia level 2接口信号说明
信号名称 信号说明
tx_clk 发送方向时钟信号
tx_en 发送方向使能信号
tx_er 发送方向错误指示信号
txd 发送方向数据信号
rx_clk 接收方向时钟信号
rx_dv 接收方向使能信号
rx_er 接收方向错误指示信号
rxd 接收方向数据信号
col 碰撞指示信号
crs 载荷检测信号
1.2、设计原则
1、要求同方向的时钟数据严格等长，即tx_en, tx_er, txd这些控制/数据信号与tx_clk等长；rx_dv, rx_er, rxd这些控制/数据信号与rx_clk等长。一般设计中，要求控制/数据信号与时钟信号的长度差不大于1cm（约0.1ns）。
2、要求信号的发送端（包括时钟/数据/控制信号）串接33欧姆电阻以减小反射，提高信号完整性。
3、信号走线中要注意保持阻抗的连续性，尽量减少过孔数量（一般过孔数量在3个以内）
4、因信号线较多，在布局允许情况下，phy与mac尽量靠近，减小高速信号受的串扰。
2、rgmii接口概述
2.1、rgmii接口概述
rgmii属于源同步时钟类型，最初是由hp制定的一个gmii精简版专利标准，得到各大主流厂家的认可，成为一个普遍应用的关于xmii系列接口的标准。rgmii经历了1.01.11.21.2a1.32.0几个版本。从2.0版本开始支持hstl，之前的版本支持2.5v cmos。
txc/rxc时钟频率支持125mhz，25mhz,2.5mhz，可以适配1000m,100m,10m速率。在时钟的上升沿和下降沿均进行数据采样，相比gmii接口，数据信号线收发方向各减半变为4根，信号线总共有12根。如图2和表2说明。
图2 rgmii接口原理框图
表2 rgmii接口信号说明
信号 方向 说明
txc mac-->phy 发送时钟信号
tx[3:0] mac-->phy 发送数据信号
tx_ctl mac-->phy 发送控制信号
rxc mac<--phy 接收时钟信号
rx[3:0] mac<--phy 接收数据信号
rx_ctl mac<--phy 接收控制信号
2.2、设计原则
1、要求同方向的时钟数据严格等长，即tx_ctl，txd这些控制/数据信号与txc等长； rx_ctl，rxd这些控制/数据信号与rxc等长。一般设计中，要求控制/数据信号与时钟信号的长度差不大于0.5cm（约0.05ns）。
2、要求信号的发送端（包括时钟/数据/控制信号）串接33欧姆电阻以减小反射，提高信号完整性。
3、信号走线中要注意保持阻抗的连续性，尽量减少过孔数量（一般过孔数量在3个以内）。
4、因信号线较多，在布局允许情况下，phy与mac尽量靠近，减小高速信号受的串扰，线长最好小于4000mil。
3、ss_smii接口
3.1、ss_smii 接口概述
ss_smii（又叫s3mii）接口属于源同步时钟类型，接口原理框图如图3所示，时钟速率125m hz；信号与时钟间的关系等同于gmii。
图3 s3mii接口原理框图
3.2、ss_smii接口设计原则
1、要求tx_sync, txd信号与tx_clk等长；rx_sync, rxd信号与rx_clk等长。一般设计中，要求控制/数据信号与时钟信号的长度差不大于1cm（约0.1ns）。
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3、信号走线中要注意保持阻抗的连续性，尽量减少过孔数量（一般过孔数量在3个以内）。
4、在时间允许的情况下，尽量对接口进行仿真。
4、smii接口
4.1、smii接口概述
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图4 smii接口原理框图
2、要求sync，txd，rxd这几个信号走线尽量短；（从芯片资料理论上看出这些线
的最大长度为1.5ns，21cm；但由于芯片差异性较大，因此实际布线中尽量走短）。
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5.1、rmii接口概述
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图5 rmii接口原理框图
5.2、rmii接口设计原则
设计时可以先考虑使refclk1, refclk2等长。
要求其它的数据/控制信号走线尽量短；（rmii规范规定信号的驱动能力在包含负载输入电容情况下不小于12inch，也就是30cm；但由于芯片差异，实际布线情况下尽量短）。
要求信号的发送端（包括时钟/数据/控制信号）串接33欧姆电阻以减小反射，提高信号完整性。
6、mii接口
mii接口属于公共时钟传输模型，时钟频率25m（100m以太网）或2.5m（10m以太网）。两个时钟都是由phy发送给mac的。接口框图如图6所示。另外，该接口的其它两个信号crs、col是异步信号，无特殊要求，故不在此图中画出。
对于mii信号，由于信号速率较低，因此在布线上无特殊要求，只要求phy与mac离的不要太远就可以了。
图6 mii接口原理框图
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