硬件设计之MAC接口-MII/RMII
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前面的文章“硬件电路设计-百兆网篇”的设计详解里，我一上来就直接说MII/RMII信号线的接法，但是没有细节去解释什么是MII，什么是RMII。相信很多读者看完MII/RMII接口设计小节后，可能知道怎么搞定电路设计了，但什么是MII和RMII估计还是一脸懵，所以今天我先把这俩东西给大家解释清楚先。
在解释什么是MII和RMII前，我想先给大家说下什么是MAC接口，可能有的人对MAC接口也是一脸懵。MAC是media access control的缩写，是以太网标准里定义的一个Control，通常集成在芯片里，挂载在CPU的数据总线上，它主要的功能是打包CPU发送的数据给PHY，或者解包从PHY收到的数据给CPU，MAC对外通信的接口叫做MAC接口。对于MAC的内部工作原理，我贴个从IEEE Standard for Ethernet摘图给大家看看，如下，大家大概知道怎么回事就行，不是搞芯片IP设计的，不必要去深究，不过如果感兴趣的话可以从本公众号后台回复“以太网标准”获取标准文档去研究，从标准的第114页往后看。
图1. MAC内部工作原理
OK，现在知道什么是MAC了，我们来看MII和RMII。先看MII的概念，MII是Media Independent Interface 的缩写。通常翻译为媒体独立接口或介质无关接口。怎么理解呢？我们看下从标准里摘的一张图如下，看图中红圈圈出的两个地方，可以看到它就是一个交互接口。在10Mb/s时叫MII，速率≥100Mb/s时叫xMII，这个x表示自定义加的前缀。比如速率是Gb/s时叫GMII，速率是10Gb/s时叫XGMII，速率100Mb/s时还叫MII。我这样描述，感觉应该就好理解了，它真的就是一个介质无关的接口，目的就是用来交互传输数据，不管你接口速率是多少，如果速率不同，自己感觉不好区分的话就自己加前缀区分。
图2. MII是一个介质无关的交互接口图示
理清MII的概念后，我们上面讲了以太网的速率在100Mb/s时，MAC和PHY的交互接口就直接叫MII。对于MAC发送数据的MII，主要由TX_CLK、TXD[3:0]、TX_EN这几个信号线组成，它发送数据时的波形如下。数据信号TXD[3:0]、TX_EN在时钟下降沿变化，在时钟的上升沿时被PHY芯片有效读取。
图3. MII发送数据时，数据和控制信号在时钟下降沿变化，上升沿被PHY有效读取
MAC接收数据的MII也跟发送的一样，只不过方向反了过来。MAC接收数据的MII主要由RX_CLK、RXD[3:0]、RX_DV、RX_ER这几个信号构成。数据是由PHY发送出来，RX_CLK下降沿时信号RX_CLK、RXD[3:0]、RX_DV、RX_ER变化，RX_CLK上升沿时MAC有效接收到数据。
图4. MII接收数据时，数据和控制信号在时钟下降沿变化，上升沿被MAC有效读取
现在我们知道MII是在以太网速率为100Mb/s时的一种叫法，也知道它发送和接收数据时的波形，那RMII又是什么东西？我们先来看看RMII发送数据的波形如下。可以看到MAC发送的数据和控制信号在时钟的高低电平中心变化，在时钟上升、下降沿被PHY有效读取。而且数据线跟MII相比，还少了一半，变成了TXD[1:0]。
图5. RMII发送数据时，数据和控制信号在时钟高低电平的中心变化，在时钟上升、下降沿被PHY有效读取
再来看RMII接收数据时的波形图如下，可以看到，跟RMII发送数据一样，RMII接收数据时，PHY发送过来的数据和控制信号也是在时钟的高低电平中心变化，在时钟的上升、下降沿被MAC有效读取。同样数据线跟MII相比，也少了一半，变成了RXD[1:0]。
图6. RMII接收数据时，数据和控制信号在时钟高低电平的中心变化，在时钟上升、下降沿被MAC有效读取
所以了解完了RMII的数据收发波形，我们得到的总结就是，跟MII相比，RMII的数据线少了一半，数据和控制信号在时钟的高低电平中心变化，在时钟的上升、下降沿被有效读取。然后现在我们来看RMII的全称，RMII的全称是Reduced Media Independent Interface。Reduced......，是不是很有意思，通过把数据和控制信号压缩在一个时钟内传2次，数据线减一半，然后把Reduced的R加在MII前面，最后叫RMII。真佩服这群人，真会玩，真的把xMII用得淋漓尽致，不过确实也说明了MII真的是介质无关，只代表数据交互。
现在我们把MII和RMII都理清楚了，我们最后来总结下MII和RMII的一些优缺点，如下。
a. MII数据一个时钟内传输一次数据，对于Layout来说时间裕量更好，RMII因为一个时钟传2次数据，相当于时钟翻倍，对于Layout来说时间裕量变少，Layout时等长要求度更高。
b. RMII相对MII数据线少了一半，对于PCB走线空间要求低，MII则相反。
对于百兆网设计中该用MII还是RMII接口，还是跟前面文章描述一样，MAC支持RMII就优先选RMII，不支持就只能选MII。
