| 本文介紹以太（Ethernet）局域網(wǎng)的新芯片,也就是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體（National Semiconductor）的1Gbps的以太網(wǎng)芯片,這是網(wǎng)卡（NICs,Network Interface Cards）用的芯片,而非網(wǎng)絡(luò)集線器（Hub）或網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)（Switch）用的芯片。雖然這套芯片在2000年5月已經(jīng)正式推出,但真正量產(chǎn)則是在去年下半年,至于真正的普及與起飛則得看今年了。 1Gbps的以太網(wǎng)若很單純地想,應(yīng)該就是比現(xiàn)有100Mbps快10倍而已。以下筆者為各位剖析美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體的1Gbps網(wǎng)絡(luò)芯片的規(guī)格與功能,讓各位了解1Gbps不僅僅是速度1Gbps而已。 從基礎(chǔ)談起 許多人談到以太網(wǎng),總會(huì)對(duì)“開(kāi)放系統(tǒng)互連（OSI,Open System Interconnection）”的七層參考模型朗朗上口,不過(guò)我們今天講的是網(wǎng)卡部分,與網(wǎng)卡相關(guān)的只有兩層,即是“物理層（PHY, Physical Layer）”以及“資料鏈路層（Data Link Layer）,網(wǎng)卡在個(gè)人電腦端可說(shuō)是包含了整個(gè)物理層,但對(duì)于資料鏈路層則只包含了一半,更具體的說(shuō)是資料鏈路層還可以細(xì)分成“媒體存取控制層（MAC,Medium Access Control）”以及“邏輯鏈路控制層（LLC,Logical Link Control）,網(wǎng)卡則僅負(fù)責(zé)前者,即是MAC的部分。 由于PHY所接觸的大多是模擬傳輸信號(hào),MAC則是與封包較為相關(guān)的數(shù)字信號(hào),因此大多數(shù)的芯片設(shè)計(jì)者多半會(huì)將這兩層分別以兩顆芯片來(lái)實(shí)現(xiàn),有些當(dāng)然還是會(huì)做成單顆,不過(guò)美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體的作法仍是一顆負(fù)擔(dān)一層,以兩顆芯片的方式來(lái)達(dá)到1Gbps。 我們進(jìn)一步對(duì)傳輸封包的進(jìn)出路徑做說(shuō)明,以電腦讀取資料來(lái)說(shuō),封包是自外部進(jìn)入電腦,進(jìn)入的路徑分別是“網(wǎng)絡(luò)線-->RJ-45接頭（進(jìn)入網(wǎng)卡）-->PHY層芯片-->MAC層芯片-->接口控制器（現(xiàn)在大多是PCI接口）-->PCI插槽（正式進(jìn)入主機(jī)板）”,進(jìn)入路徑是如此,出去的路徑反向推敲就可以了。 在這里我們提到了接口控制器（I/F Ctrl,Interface Control）,這是任何接口卡都需要的,目前網(wǎng)絡(luò)芯片內(nèi)大多已內(nèi)置接口控制器,美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體的網(wǎng)絡(luò)芯片也不例外,MAC層芯片內(nèi)就有PCI接口控制器。既然內(nèi)置的是PCI接口控制器,而不是ISA接口控制器,因此這顆網(wǎng)絡(luò)芯片就不可能做成ISA接口的網(wǎng)卡,絕對(duì)是PCI接口。 關(guān)于1Gbps的PHY層芯片以及MAC層芯片,美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體的實(shí)際芯片產(chǎn)品為DP83891（PHY層）或DP83861（DP83891的低電壓、省電版本）,以及DP83820（MAC層）。 DP83891與DP83861芯片的差別 筆者在此簡(jiǎn)單說(shuō)明DP83891與DP83861芯片之間的差別,DP83891與DP83861在功能上全然相同,然而DP83891所使用的運(yùn)作電壓僅3.3V即可,但是DP83861則是除了3.3V外,還要1.8V,也就是跟現(xiàn)在的CPU一樣,使用雙電壓組態(tài)。 DP83861的核心電壓（Vcore）使用1.8V,接口電壓（Vio）使用3.3V,但是3.3V的管腳即使在用5.0V的電壓仍可以正常工作而不會(huì)損壞,這種特性稱為“容忍（tolerant）”,這樣做的原因是許多插槽（包括PCI）都還是用5V運(yùn)作,在這種情況下,若芯片只能接受3.3V,則還需要經(jīng)過(guò)一個(gè)5.0V轉(zhuǎn)3.3V的降低電壓程序,這個(gè)程序要通過(guò)降壓電路來(lái)達(dá)成,如此就會(huì)增加電路成本與使用降壓元件的成本,而設(shè)計(jì)成可容忍5.0V的話就可以省去這些降壓電路與成本。DP83891的3.3V同樣具有容忍5.0V的能力。 設(shè)計(jì)成雙電壓組態(tài)的原因,主要的理由是為了省電,其次的理由是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體采用0.18微米工藝來(lái)制造DP83891、DP83861以及DP83820芯片,愈小的工藝所使用的運(yùn)作電壓愈低愈好。 使用雙電壓所帶來(lái)的省電效果,可以讓DP83861芯片在10/100Mbps下的速度運(yùn)作時(shí),整個(gè)芯片的耗電量不到1W,使用125MHz的頻率運(yùn)作,本文也是以DP83861的低電壓版本同時(shí)代表DP83891/861來(lái)做說(shuō)明。 最后無(wú)論DP83891、861、還是820,都是使用208支管腳的PQFP封裝而成。除此之外,DP83891特別有另一種215支管腳的BGA封裝,這點(diǎn)比較特別,美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體而將DP83820稱為“GigMAC”,將DP83861稱為“GigPHYTER”,至于低電壓的DP83891稱為“EN GigPHYTER”,“EN”即是增強(qiáng)（Enhanced）的意思。這些芯片都是來(lái)自美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司位于南波特蘭（South Portland）的Maine半導(dǎo)體廠所制造。 MAC層與PHY層間遵守的規(guī)則 雖然1Gbps的網(wǎng)絡(luò)芯片分成兩顆,兩顆芯片間遵守著MAC層與PHY層的共通規(guī)格接口而設(shè)計(jì),這個(gè)接口稱為MII （Media Independent Interface）。 不過(guò)MII是針對(duì)10Mbps跟100Mbps而設(shè)的（依據(jù)IEEE 802.3u）,對(duì)于1Gbps而言不適用,針對(duì)1Gbps的是GMII（Gigabit MII,依據(jù)IEEE 802.3z和802.3ab）,而DP83820與DP83861能同時(shí)支持MII與GMII。 優(yōu)點(diǎn)1：支持網(wǎng)絡(luò)喚醒（WOL,Wake On LA |
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