SerDes和以太网接口

1 SerDes 

SerDes是英文SERializer（串行器）/DESerializer（解串器）的简称。它是一种时分多路复用(TDM)、点对点的通信技术，即在发送端多路低速并行信号被转换成高速串行信号，经过传输媒体(光缆或铜线)，最后在接收端高速串行信号重新转换成低速并行信号。这种点对点的串行通信技术充分利用传输媒体的信道容量，减少所需的传输信道和器件引脚数目，从而大大降低通信成本。

SerDes主要由物理介质相关（ PMD）子层、物理媒介附加（PMA）子层和物理编码子层（ PCS ）所组成。PMD是负责串行信号传输的电气块，PMA负责串化/解串化，PCS负责数据流的编码/解码。在PCS的上面是上层功能。针对FPGA 的SERDES ，PCS提供了ASIC块和FPGA之间的接口边界。

以太网是使用最广泛的通信协议。以太网的数据传输速率已经从10 Mbps发展至100 Mbps，又发展至1000 Mbps ，继而又发展多吉比特范围： 10 Gbps 、 40 Gbps和100 Gbps。随着数据传输率的发展，链路已经从并行接口（MII、 GMII ）发展到串行链路（GE、SGMII 、 XAUI等）。

2 以太网接口

GMII

GMII是8bit并行同步收发接口，采用8位接口数据，工作时钟125MHz，因此传输速率可达1000Mbps。同时兼容MII所规定的10/100 Mbps工作方式。GMII接口数据结构符合IEEE以太网标准。该接口定义见IEEE 802.3-2000。

发送器：

• GTXCLK——吉比特TX..信号的时钟信号（125MHz）
• TXCLK——10/100M信号时钟
• TXD[7..0]——被发送数据
• TXEN——发送器使能信号
• TXER——发送器错误（用于破坏一个数据包）

注：在千兆速率下，向PHY提供GTXCLK信号，TXD、TXEN、TXER信号与此时钟信号同步。否则，在10/100M速率下，PHY提供 TXCLK时钟信号，其它信号与此信号同步。其工作频率为25MHz（100M网络）或2.5MHz（10M网络）。

接收器：

• RXCLK——接收时钟信号（从收到的数据中提取，因此与GTXCLK无关联）
• RXD[7..0]——接收数据
• RXDV——接收数据有效指示
• RXER——接收数据出错指示
• COL——冲突检测（仅用于半双工状态）管理配置
• MDC——配置接口时钟
• MDIO——配置接口I/O

管理配置接口控制PHY的特性。该接口有32个寄存器地址，每个地址16位。其中前16个已经在"IEEE 802.3,2000-22.2.4 Management Functions"中规定了用途，其余的则由各器件自己指定。

RMII

RMII（Reduced Media Independant Interface），简化媒体独立接口。是标准的以太网接口之一，比MII有更少的I/O传输。关于RMII口和MII口的问题，RMII口是用两根线来传输数据的，MII口是用4根线来传输数据的， GMII是用8根线来传输数据的。GMII和RMII都是并行传输并需要随路时钟。对于10M线速，MII的时钟速率是2.5M，RMII则是5M；对于100M线速，MII的时钟速率是25M，RMII则是50M。

MII/RMII用于传输以太网包，在MII/RMII接口是4/2bit的，在以太网的PHY里需要做串并转换、编解码等才能在双绞线和光纤上进行传输，其帧格式遵循IEEE 802.3(10M)/IEEE 802.3u(100M)/IEEE 802.1q(VLAN)。

以太网帧的格式为：前导符+开始位+目的MAC地址+源MAC地址+类型/长度+数据+padding(optional)+32bitCRC。

如果有VLAN，则要在类型/长度后面加上2个字节的VLAN Tag，其中12bit来表示VLAN ID，另外4bit表示数据的优先级!

SGMII

SGMII（Serial Gigabit Media Independent Interface）是PHY与MAC之间的接口，类似与GMII和RGMII，只不过GMII和RGMII都是并行的，而且需要随路时钟，PCB布线相对麻烦，而且不适应背板应用。而SGMII是串行的，不需要提供另外的时钟，MAC和PHY都需要CDR去恢复时钟。另外SGMII是有8B/10b编码的，速率是1.25Gbps。

XGMII

XGMII（10 Gigabit Media Independent Interface）是"10Gb独立于媒体的接口"，X对应罗马数字10。SGMII为串行吉比特媒体独立接口，SGMII 提供了速率为 10/100/1000 Mbps 的全双工 BASE-T 功能，在光传输里，应用在以太网板上。

如果把SGMII PHY单独做成一个模块，它和以太网板上的MAC控制直接的关系是怎样的呢？
SGMII是PHY与MAC之间的接口，类似与GMII和RGMII，只不过GMII和RGMII都是并行的，而且需要随路时钟， PCB布线相对麻烦，而且不适应背板应用。而SGMII是串行的，不需要提供另外的时钟，MAC和PHY都需要CDR去恢复时钟。另外SGMII是有8B/10b编码的，速率是1.25G。SFP SGMII 与普通SFP相差很大，前者百兆速率可用在千兆位的SFP端口，而普通的SFP就不能，这样的差别可以方便客户以后的网络升级。