GMII 仕様

これの超下位互換です。 https://ieeexplore.ieee.org/document/8457469

Interface

GMIIの各種信号の働きを説明する。後半に連れて仕様書を読む気が無くなっていて雑になっている。

特にエラー用の信号とデータの有効性用の信号の組み合わせで便利な事が出来るらしいが、今は面倒なので書かない。LPIとか知らない。

GTX_CLK (1000 Mb/s transmit clock)

TX_EN, TX_ER, TXD用のクロック。基本的に125MHz。TX_EN, TX_ER, TXDはPHYにGTX_CLKの立ち上がりエッジで取り込まれる。

RX_CLK (receive clock)

RX_DV, RX_ER, RXD用のクロック。基本的に125MHz±0.01%。RX_DV, RX_ER, RXDはMAC層にRX_CLKの立ち上がりエッジで取り込まれる。

TX_EN (transmit enable)

TXDのデータが有効である事を示す。プリアンブルの最初と同期してアサートし、フレームの最後のGTX_CLKの立ち上がりエッジでネゲートする。この信号はGTX_CLKと同期して動く。

TXD (transmit data)

8bitの送信データ用信号。TX_ENがアサートされ、TX_ERがデアサートされている時、TXDは有効なデータとする。この信号はGTX_CLKと同期して動く。

TX_ER (transmit coding error)

エラーが発生している事を示す。TX_ENがアサートされている時にTX_ERが1クロック以上アサートされている場合、その部分は有効なデータではない。

あとなんか色々あるけど見なかったことにしよう。

RX_DV (receive data valid)

RXDのデータが有効である事を示す。プリアンブルの最初と同期してアサートされ、フレームの最後のRX_CLKの立ち上がりエッジでデアサートされる。正しくフレームを得るために、RX_DVはSFDよりは早くアサートされ、End-of-Frameデリミタまでにデアサートされなければならない。

RXD (receive data)

8bitの受信データ用信号。

なんか色々ある。

RX_ER (receive error)

エラー用の信号。TX_ERをほぼ同じ。

CRS (carrier sense)

全二重モードの時は使わない。半二重なんて2022年に使ってる奴いる？？？？？

COL (collision detected)

全二重モードの時は使わない。

MDC (management data clock)

MDIO用のクロック、160ns~400nsの範囲ならよい。立ち上がりエッジでMDIOを取り込む。

MDIO (management data input/output)

データ線。シリアル通信を行う。 通信プロトコルは後述。

GMIIデータストリーム

GMIIのデータストリームは以下の形式になっている。

<inter-frame><preamble><sfd><data><efd><extend>

フレームのビット順を間違えると厄介な事になるのでここに記しておく。 以降で、SFDの値は0b10101011である、と書いてあるが、これはTXD<0>が1、TXD<1>が0、TXD<6>が1、TXD<7>が1ということである。verilog風に言うと数値リテラルは[0:7]になってるんですね。

<inter-frame>

<inter-frame>はデータパスに何もデータが無い状態である。RXDではRX_DVとRX_ERの両方がデアサートされているか、RX_DVがデアサートされておりRXDが0x00の場合に<inter-frame>となる。TXDではTX_ENとTX_ERの療法がデアサートされている場合に<inter-frame>となる。

バースト転送の仕様は気が向いたら。

<preamble>と<sfd>

プリアンブル<preamble>はフレーム転送の開始を示す。サイズは7byteであり、以下の値である。

10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010

<sfd>はStart Frame Delimiter(フレーム開始デリミタ)の略であり、フレームの開始を示す。これはプリアンブルの直後にあり、以下の値である。

10101011

プリアンブルとSFDの転送はTX_ENのアサートと同時に始めるべき。RX_DVも多分同じ。

<data>

データだよ。

<efd>

<efd>はEnd-of-Frame Delimiter(フレーム終了デリミタ)の略であり、フレームの終了を示す。TX_ENのデアサート時のTXDかRX_DVのデアサート時のRXDが<efd>となる。

<extend>

TX_ENが0でTX_ERが1で使える何かだけど無くても使えるので割愛。

管理フレームストリーム

MDCとMDIOはPHYのコンフィグに用いる信号線である。MDIOは1bitでI2Cっぽい双方向なシリアル通信を行う。 MDIOがPHYを通信する際に受送信されるデータフレームはManagement frameと呼ばれている。

データのREAD、WRITEに用いるManagement Frameのフォーマットは以下の通り。

IDLE

IDLE時にはMDIOをハイ・インピーダンスにする。

PRE (Preamble)

通信を開始する際に、MDCの32クロック分MDIOを1にする。つまり0xffff_ffffを送る。PHYによっては省略できる。

ST (start of frame)

フレームの開始を01を送ることで知らせる。

OP (operation code)

PHYのレジスタを読み出す場合は10を送り、レジスタに書き込む場合は01を送る。

PHYAD (Register Address)

5bitのPHYのアドレスを指定する。アドレスはMSBから送る。PHY単体が22.6にあるようなインターフェース(謎)に接続されている場合、アドレスは00000でよい。複数のPHYが接続されている場合は、各PHYについてアドレスを調べる必要がある。

REGAD (Register Address)

5bitのレジスタのアドレスを指定する。PHYは32個のレジスタを持つことが出来る。アドレスはMSBから送る。00000はコントロールレジスタ、00001はステータスレジスタとIEEE 802.3-2018に定められている。

TA (turnaround)

2bitで次から誰がデータを送るか決める。OPでREADを指定した場合、MACはTAの最初のビットをハイ・インピーダンスにし、次のクロックでPHYが0を送ってくる。WRITEを指定した場合、MACはTAの最初のビットを1にし、次のビットでMACが0を送る。

DATA (data)

16bitのデータ。ビット15(MSBか？)から受送信する。