基于FPGA的以太网控制器设计

4 MAC的其它模块  

4.1 MAC状态模块  

在接收过程的状态信息中，接收错误表明PHY在接收过程中检测到了错误；接收到无效符号则表明接收到的帧中包括无效(PHY无法识别)的符号；滞后冲突表明接收帧时检测到滞后冲突信号；超短帧表明接收到的帧小于最短有效的长度；超长帧表明接收到的帧大于最大有效帧的长度；半字节对齐错误表明接收到的半字节不是偶数(即帧的长度不是字节的整数倍)；接收溢出则表明接收模块来不及处理接收到的数据而导致接收FIFO溢出。  

在发送过程的状态信息中，超过重试限制表示由于冲突导致的重试次数超过了额定值；滞后冲突表示发送帧的过程中检测到的冲突信号超过了规定的冲突时间窗；延迟，表明在发送帧之前检测到信道忙。  

4.2 MAC控制模块  

MAC控制模块提供有全双工操作中的流量控制功能，流量控制可通过发送和接收PAUSE的MAC控制帧来实现。当接收站点的接收缓冲区(Rx FIFO)快溢出而主机接口义来不及取走数据时，系统就会发出流量控制请求。MAC在接收到流量控制请求之后，即发送PAUSE控制帧，以使数据发送站点在指定的时间内暂停发送数据。  

数据发送站点接收到PAUSE控制帧后，便可根据帧中的参数设置PAUSE定时器。PAUSE定时器在减到0之前，发送模块将暂停发送数据(PAUSE控制帧除外)。PAUSE定时器减到0之后，发送模块将恢复发送数据。  

4.3 MII管理模块  

MII管理模块用于控制MAC与外部PHY之间的接口，以用于对PHY进行配置并读取其状态信息。该接口由时钟信号MDC和双向数据信号MDIO组成。MII管理模块则由时钟生成模块、移位寄存器模块和输出控制模块三部分组成。  

时钟生成模块可以根据系统时钟和系统设置中的分频系数来产生MII管理模块的时钟信号MDC(10 Mbps速率时为2.5 MHz，100 Mbps速率时为25 MHz)。  

移位寄存器模块既可用于对PHY的控制数据进行写入操作，也可用于对PHY的状态信息进行读出操作。写控制数据时，移位寄存器根据其他模块的控制信号将并行控制数据转换为串行数据；而在读状态信息时，移位寄存器则将PHY的串行数据转换为并行数据，MAC中的其他模块可将该并行数据写入适当的寄存器。  

由于MDIO是双向信号，因此，输出控制模块就用来决定MDIO是处于输入状态还是输出状态。当MDIO处于输出状态时，移位寄存器输出的串行控制数据在经过时钟同步后发送到PHY；当MDIO处于输入状态时，移位寄存器将数据线上的串行数据转换为并行数据。  

4.4 主机接口模块  

主机接口是运行以太网的上层协议(如TCP／IP协议)与MAC控制器的接口。通过该接口，上层协议可以设置MAC的工作模式并读取MAC的状态信息。该接口还可用于上层协议与MAC之间的数据交换。  

主机接口模块内有一组寄存器，可用于存储上层协议对MAC设置的参数以及MAC的状态信息。上层协议对MAC设置的参数包括接收超短帧的使能、添加填充码使能、持发送超长帧的使能、添加CRC校验值使能、全双工模式或半双工模式、持超长延迟(Defer)使能、混杂模式(Promiscuous)、接收广播帧使能、发送和接收使能、中断源和中断使能、帧间间隙的长度、最大帧和最小帧的长度、重试限制和冲突时间窗、MII地址和MII控制命令、接收和发送队列的长度以及本机MAC地址等。  

上层协议通过MAC发送和接收数据的操作主要由主机接口模块内的两个队列来进行管理，这两个队列用于对等待发送的多个帧和接收到的多个帧进行排队。  

发送队列主要记录等待发送的帧的相关信息、发送该帧时对MAC的设置以及该帧发送完之后产生的状态信息。帧的相关信息包括帧的长度、帧在外部存储器中的地址、该帧是否准备好发送以及队列中是否还有其它帧等待发送；对MAC的设置则包括中断使能、填充使能、CRC使能；产生的状态信息包括成功发送之前的重试次数、由于达到重试限制而放弃发送、发送时产生的滞后冲突以及成功发送之前发生过的延迟。  

接收队列主要对接收到的数据帧进行排队并记录每个接收到的帧信息。这些信息包括帧的长度、是控制帧还是普通数据帧、帧中包含无效符号、接收到的帧太长或太短、发生CRC错误、接收的过程中发生滞后冲突、帧是否接收完、队列中是否还有其它已接收到的帧以及帧存储在外部存储器中的地址等。该位同时队列中还有针对每个帧的设置位，用来设置是否在接收到帧时产生中断。  

发送队列和接收队列的长度都可以在控制寄存器中进行设置。