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  • 3G无线网卡芯片

    2013-11-13 17:32:25
    3G无线网卡芯片 3G无线网卡框架 3G无线网卡电路
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  • 如果设备想连接以太网,一般有两种方法: 可直接使用内部有TCP/IP协议栈的硬件... 使用内部含MAC+PHY的网卡芯片或者MCU含MAC网卡芯片含PHY的组合,然后移植tcp/ip协议栈。该方式一般成本低,功能扩展性强,利于学...

    如果设备想连接以太网,一般有两种方法:

    • 可直接使用内部有TCP/IP协议栈的硬件模块:比如W5500,MCU直接通过SPI接口控制模块连网等操作。缺点是该模块一般价格较贵,支持的连接数比较少,最主要的对于初学者来说对于学习TCP/IP协议没有多少作用。
    • 使用内部含MAC+PHY的网卡芯片或者MCU含MAC网卡芯片含PHY的组合,然后移植tcp/ip协议栈。该方式一般成本低,功能扩展性强,利于学习TCP/IP协议。

    第一种联网方式的电路和普通的单片机电路基本一样:四根SPI线连接MCU和模块,一般外加一根中断Int管脚即可,W5500的电路还需注意独立变压器和集成变压器的区别,程序也相对简单,在模块厂家的例程上稍作修改就可。

    主要记录一下第二种方式下的电路,如果选用内含MAC的单片机MAC层和PHY的连接可使用MII接口或者RMII接口。

    其中MII接口如下(17个管脚):

    MII_TX_CLK:发送数据使用的时钟信号,对于10M位/s的数据传输,此时钟为2.5MHz,对于100M位/s的数据传输,此时钟为25MHz。 
    MII_RX_CLK:接收数据使用的时钟信号,对于10M位/s的数据传输,此时钟为2.5MHz,对于100M位/s的数据传输,此时钟为25MHz。 
    MII_TX_EN:传输使能信号,此信号必需与数据前导符的起始位同步出现,并在传输完毕前一直保持。                                 
    MII_TXD[3:0]:发送数据线,每次传输4位数据,数据在MII_TX_EN信号有效时有效。MII_TXD[0]是数据的最低位,MII_TXD[3]是最高位。当MII_TX_EN信号无效时,PHY忽略传输的数据。 
    MII_CRS:载波侦听信号,仅工作在半双工模式下,由PHY控制,当发送或接收的介质非空闲时,使能此信号。 PHY必需保证MII_CRS信号在发生冲突的整个时间段内都保持有效,不需要此信号与发送/接收的时钟同步。 
    MII_COL:冲突检测信号,仅工作在半双工模式下,由PHY控制,当检测到介质发生冲突时,使能此信号,并且在整个冲突的持续时间内,保持此信号有效。此信号不需要和发送/接收的时钟同步。 
    MII_RXD[3:0]:接收数据线,每次接收4位数据,数据在MII_RX_DV信号有效时有效。MII_RXD[0]是数据的最低位,MII_RXD[3]是最高位。当MII_RX_EN无效,而MII_RX_ER有效时,MII_RXD[3:0]数据值代表特定的信息(请参考表194)。   
    MII_RX_DV:接收数据使能信号,由PHY控制,当PHY准备好数据供MAC接收时,使能该信号。此信号必需和帧数据的首位同步出现,并保持有效直到数据传输完成。在传送最后4位数据后的第一个时钟之前,此信号必需变为无效状态。为了正确的接收一个帧,有效电平不能滞后于数据线上的SFD位出现。 
    MII_RX_ER:接收出错信号,保持一个或多个时钟周期(MII_RX_CLK)的有效状态,表明MAC在接收过程中检测到错误。具体错误原因需配合MII_RX_DV的状态及MII_RXD[3:0]的数据值。

    RMII接口如下:

    精简的独立于介质接口(RMII)规范减少了以太网通信所需要的引脚数。根据IEEE802.3标准,MII接口需要16个数据和控制信号引脚,而RMII标准则将引脚数减少到了7个。RMII具有以下特性:

    时钟信号需要提高到50MHz。   
    MAC和外部的以太网PHY需要使用同样的时钟源 。  
    使用2位宽度的数据收发   
     

    5.时钟源

    1)MII时钟源 

    为了产生TX_CLK和RX_CLK时钟信号,外接的PHY模块必需有来自外部的25MHz时钟驱动。该时钟不需要与MAC时钟相同。可以使用外部的25MHz晶体或者GD32F107xx微控制器的MCO引脚提供这一时钟。当时钟来源MCO引脚时需配置合适的PLL,保证MCO引脚输出的时钟为25MHZ。 

    2)RMII时钟源

    通过将相同的时钟源接到MAC和以太网PHY的REF_CLK引脚保证两者时钟源的同步。可以通过外部的50MHZ信号或者GD32F107xx微控制器的MCO引脚提供这一时钟。当时钟来源MCO引脚时需配置合适的PLL,保证MCO引脚输出的时钟为50MHZ。   

    3)总结

    采用MII接口,PHY的时钟频率要求25M,不需要与MAC层时钟一致。不过该接口占用管脚太多,普通类似于LAN8720A的网卡不建议使用该接口。

    采用RMII接口,PHY的时钟频率要求50M,需与MAC层时钟一致,通常从MAC层获取该时钟源。

    MDC和MDIO是SMI接口,通信时候有1.9M时钟输出,不通信时候没有,其它类似于IIC总线。主要用来配置网卡的寄存器来初始化网卡的一些选项功能。

    需要了解更多以太网接口说明的可以点击:http://www.cnblogs.com/duguqiuying/articles/5759932.html

    如下为博主自己使用的一个STM32H7通过RMII驱动的电路,其中RMII_REF_CLK为50M时钟通向单片机,用于同步MAC和PHY。

    其中需要特别注意:焊接时候的匹配单路、网卡地址、变压器、一定要硬件管脚置网卡复位,调试时候可以先看25M时钟有没有正常输入,网卡50M有没有正常稳定输出给MCU然后复位测量下SMI有没有信号。以及TX_EN,RX_CRV,最后最好硬件差分画线。如果电路上外接了交换机芯片注意网卡和交换机芯片以及交换机芯片和RJ45之间都需要变压器...

    通过RMII接口时候一般驱动电路就是下面两种,读者可以自己分析一下两者的异同:

    参考文献:

    [1]https://blog.csdn.net/fun_tion/article/details/70270632.html       

    [2]http://www.cnblogs.com/duguqiuying/articles/5759932.html         

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  • 一、网卡 网卡(Network Interface Card,简称NIC),也称网络适配器,是电脑与局域网相互连接的设备。无论是普通电脑还是高端...物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路

    一、网卡

    网卡(Network Interface Card,简称NIC),也称网络适配器,是电脑与局域网相互连接的设备。无论是普通电脑还是高端服务器,只要连接到局域网,就都需要安装一块网卡。

    电脑之间在进行相互通讯时,数据不是以流而是以帧的方式进行传输的。我们可以把帧看做是一种数据包,在数据包中不仅包含有数据信息,而且还包含有数据的发送地、接收地信息和数据的校验信息。一块网卡包括OSI模型的两个层——物理层和数据链路层。物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等,并向数据链路层设备提供标准接口。数据链路层则提供寻址机构、数据帧的构建、数据差错检查、传送控制、向网络层提供标准的数据接口等功能。  

    网卡的功能主要有两个:一是将电脑的数据封装为帧,并通过网线(对无线网络来说就是电磁波)将数据发送到网络上去;二是接收网络上其它设备传过来的帧,并将帧重新组合成数据,发送到所在的电脑中。网卡能接收所有在网络上传输的信号,但正常情况下只接受发送到该电脑的帧和广播帧,将其余的帧丢弃。然后,传送到系统CPU做进一步处理。当电脑发送数据时,网卡等待合适的时间将分组插入到数据流中。接收系统通知电脑消息是否完整地到达,如果出现问题,将要求对方重新发送。

    二、网卡的软硬之分

    以太网接口分为协议层(MAC,媒体访问层)和物理层(PHY+传输器)组成。

    • 硬网卡是指常见的将MAC和PHY集成在一个芯片的网卡。
    • 而目前也有很多主板的南桥芯片已包含了以太网MAC控制功能,只是未提供物理层接口,因此需要外接PHY芯片以提供以太网的接入通道。这类PHY网络芯片就是俗称的“软网卡芯片”,常见的有RTL8201BL、VT6103等等。“软网卡”一般讲网络控制芯片的运算部分交由处理器或南桥芯片处理,以简化电路从而降低成本。

    三、网卡的总线接口        

    网卡要与电脑相连接才能正常使用,电脑上各种接口层出不穷,这也造成了网卡所采用的总线接口类型纷呈。此外,提到总线接口,需要说明的是人们一般将这类接口俗称为“金手指”,为什么叫金手指呢?是因为这类插卡的线脚采用的是镀钛金(或其它金属),保证了反复插拔时的可*接触,既增大了自身的抗干扰能力又减少了对其他设备的干扰。  
    为了方便您了解,下面我们就分别来图解一下常见的各种接口类型的网卡。  

    ①ISA接口网卡  

           ISA是早期网卡使用的一种总线接口,ISA网卡采用程序请求I/O方式与CPU进行通信,这种方式的网络传输速率低,CPU资源占用大,其多为10M网卡,目前在市面上基本上看不到有ISA总线类型的网卡,笔者从旧件堆中找到了几款ISA网卡,D-LINK的产品,居然用橡皮擦清洁金手指上机后还能用。  

    ②PCI接口网卡  

           PCI(peripheral component interconnect)总线插槽仍是目前主板上最基本的接口。其基于32位数据总线,可扩展为64位,它的工作频率为33MHz/66MHz。数据传输率为每秒132MB(32*33MHz/8)。目前PCI接口网卡仍是家用消费级市场上的绝对主流。 

    ③PCI-X接口网卡  

          PCI-X是PCI总线的一种扩展架构,它与PCI总线不同的是,PCI总线必须频繁的于目标设备和总线之间交换数据,而PCI-X则允许目标设备仅于单个PCI-X设备看已进行交换,同时,如果PCI-X设备没有任何数据传送,总线会自动将PCI-X设备移除,以减少PCI设备间的等待周期。所以,在相同的频率下,PCI-X将能提供比PCI高14-35%的性能。目前服务器网卡经常采用此类接口的网卡。  
    ④PCI-E接口网卡  
           PCI Express 1X接口已成为目前主流主板的必备接口。不同与并行传输,PCI Express接口采用点对点的串行连接方式,PCI Express接口根据总线接口对位宽的要求不同而有所差异,分为PCI Express 1X(标准250MB/s,双向500MB/s)、2X(标准500MB/s)、4X(1GB/s)、8X(2GB/s)、16X(4GB/s)、32X(8GB/s)。采用PCI-E接口的网卡多为千兆网卡。  

    ⑤USB接口网卡  

           在目前的电脑上很难找到没有USB接口(Universal Serial Bus,通用串行总线)的,USB总线分为USB2.0和USB1.1标准。USB1.1标准的传输速率的理论值是12Mbps,而USB2.0标准的传输速率可以高达480Mbps,目前的USB有线网卡多为USB2.0标准的。  

    ⑥PCMCIA接口网卡  

          PCMCIA接口是笔记本电脑专用接口,PCMCIA总线分为两类,一类为16位的PCMCIA,另一类为32位的CardBus,CardBus网卡的最大吞吐量接近90Mbps,其是目前市售笔记本网卡的主流。  

    ⑦Mini-PCI接口网卡  
            MiniPCI接口是在台式机PCI接口基础上扩展出的适用于笔记本电脑的接口标准,其速度和PCI标准相当,很多此类产品都是无线网卡。  

     

     

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  • 网卡中的MAC与PHY芯片定义

    千次阅读 2013-09-29 20:28:42
    网卡工作在osi的最后两层,物理层和数据链路层,物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等,并向数据链路层设备提供标准接口。物理层的芯片称之为PHY。数据链路层则提供...
    网卡工作在osi的最后两层,物理层和数据链路层,物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等,并向数据链路层设备提供标准接口。物理层的芯片称之为PHY。数据链路层则提供寻址机构、数据帧的构建、数据差错检查、传送控制、向网络层提供标准的数据接口等功能。以太网卡中数据链路层的芯片称之为MAC控制器。很多网卡的这两个部分是做到一起的。他们之间的关系是pci总线接mac总线,mac接phy,phy接网线(当然也不是直接接上的,还有一个变压装置)。

    下面继续让我们来关心一下PHY和MAC之间是如何传送数据和相互沟通的。通过IEEE定义的标准的MII/GigaMII(Media Independed Interfade,介质独立界面)界面连接MAC和PHY。这个界面是IEEE定义的。MII界面传递了网络的所有数据和数据的控制。
    而MAC对PHY的工作状态的确定和对PHY的控制则是使用SMI(Serial Management Interface)界面通过读写PHY的寄存器来完成的。PHY里面的部分寄存器也是IEEE定义的,这样PHY把自己的目前的状态反映到寄存器里面,MAC通过SMI总线不断的读取PHY的状态寄存器以得知目前PHY的状态,例如连接速度,双工的能力等。当然也可以通过SMI设置PHY的寄存器达到控制的目的,例如流控的打开关闭,自协商模式还是强制模式等。
    我们看到了,不论是物理连接的MII界面和SMI总线还是PHY的状态寄存器和控制寄存器都是有IEEE的规范的,因此不同公司的MAC和PHY一样可以协调工作。当然为了配合不同公司的PHY的自己特有的一些功能,驱动需要做相应的修改。
    一片网卡主要功能的实现就基本上是上面这些器件了。
    其他的,还有一颗EEPROM芯片,通常是一颗93C46。里面记录了网卡芯片的供应商ID、子系统供应商ID、网卡的MAC地址、网卡的一些配置,如SMI总线上PHY的地址,BOOTROM的容量,是否启用BOOTROM引导系统等东西。
    很多网卡上还有BOOTROM这个东西。它是用于无盘工作站引导操作系统的。既然无盘,一些引导用必需用到的程序和协议栈就放到里面了,例如RPL、PXE等。实际上它就是一个标准的PCI ROM。所以才会有一些硬盘写保护卡可以通过烧写网卡的BootRom来实现。其实PCI设备的ROM是可以放到主板BIOS里面的。启动电脑的时候一样可以检测到这个ROM并且正确识别它是什么设备的。AGP在配置上和PCI很多地方一样,所以很多显卡的BIOS也可以放到主板BIOS里面。这就是为什么板载的网卡我们从来没有看到过BOOTROM的原因。

    2。工作过程,
    PHY在发送数据的时候,收到MAC过来的数据(对PHY来说,没有帧的概念,对它来说,都是数据而不管什么地址,数据还是CRC),每4bit就增加1bit的检错码,然后把并行数据转化为串行流数据,再按照物理层的编码规则(10Based-T的NRZ编码或100based-T的曼彻斯特编码)把数据编码,再变为模拟信号把数据送出去。收数据时的流程反之。现在来了解PHY的输出后面部分。一颗CMOS制程的芯片工作的时候产生的信号电平总是大于0V的(这取决于芯片的制程和设计需求),但是这样的信号送到100米甚至更长的地方会有很大的直流分量的损失。而且如果外部网现直接和芯片相连的话,电磁感应(打雷)和静电,很容易造成芯片的损坏。

    再就是设备接地方法不同,电网环境不同会导致双方的0V电平不一致,这样信号从A传到B,由于A设备的0V电平和B点的0V电平不一样,这样会导致很大的电流从电势高的设备流向电势低的设备。我们如何解决这个问题呢?
    这时就出现了Transformer(隔离变压器)这个器件。它把PHY送出来的差分信号用差模耦合的线圈耦合滤波以增强信号,并且通过电磁场的转换耦合到连接网线的另外一端。这样不但使网线和PHY之间没有物理上的连接而换传递了信号,隔断了信号中的直流分量,还可以在不同0V电平的设备中传送数据。
    隔离变压器本身就是设计为耐2KV~3KV的电压的。也起到了防雷感应(我个人认为这里用防雷击不合适)保护的作用。有些朋友的网络设备在雷雨天气时容易被烧坏,大都是PCB设计不合理造成的,而且大都烧毁了设备的接口,很少有芯片被烧毁的,就是隔离变压器起到了保护作用。
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  • 网卡

    千次阅读 2015-09-20 15:39:52
    网卡工作在osi的最后两层,物理层和数据链路层,物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等,并向数据链路 层设备提供标准接口。物理层的芯片称之为PHY。数据链路层则...

    IO.Data.Structure.png

    网卡本身是有内存的,每个网卡一般都有4K以上的内存,用来发送,接收数据。

     

    数据在从主内存搬到网卡之后,不是立即就能被发送出去的,而是要先在网卡自身的内存中排队,再按照先后顺序发送;同样的,数据从以太网传递到网卡时,网卡也是先把数据存储到自身的内存中,等到收到一帧数据了,再经过中断的方式,告诉主CPU(不是网卡本身的微处理器)把网卡内存的数据读走,而读走后的内存,又被清空,再次被使用,用来接收新的数据,如此循环往复。

     

    而网卡本身的内存,又多是按照256字节为1页的方式,把所有内存分页,之后把这些页组成队列,大致的结构如图:

     

    一般会划分一小部分页面作为发送数据用的,大部分用于接收网络数据,大致如图:

    蓝色部分为发送数据用的页面总和,总共只有6个页面用于发送数据(40h~45h);剩余的46h~80h都是接收数据用的,而在接收数据内存中,只有红色部分是有数据的,当接收新的数据时,是向红色部分前面的绿色中的256字节写入数据,同时“把当前指针”移动到+256字节的后面(网卡自动完成),而现在要读的数据,是在“边界指针”那里开始的256字节(紫色部分),下一个要读的数据,是在“下一包指针”的位置开始的256字节,当256字节被读出来了,就变成了重新可以使用的内存,即绿色所表示,而接收数据,就是把可用的内存拿来用,即变成了红色,当数据写到了0x80h后,又从0x46h开始写数据,这样循环,如果数据满了,则网卡就不能再接收数据,必须等待数据被读出去了,才能再继续接收。

     

    下面是一些网卡常用的寄存器:

    CR(command register)---命令寄存器

    TSR(transmit state register)---发送状态寄存器

    ISR(interrupt state register)----中断状态寄存器

    RSR(receive state register)---接收状态寄存器

    RCR(receive configure register)---接收配置寄存器

    TCR(transmit configure register)---发送配置寄存器

    DCR(data configure register)---数据配置寄存器

    IMR(interrupt mask register)---中断屏蔽寄存器

    NCR(non-coding region)---包发送期间碰撞次数

    FIFO(first in first out)

    CNTR0(counter register)--- 帧同步错总计数器

    CNTR1---CRC错总计数器

    CNTR2---丢包总计数器

    PAR0~5(physical address register)---本地MAC地址

    MAR0~7(multiple address register)---多播地址匹配

    PSTOP(page stop register)---结束页面寄存器

    PSTART(page start register)---开始页面寄存器

    BNRY(boundary register)----边界页寄存器

    CURR(current page register)---当前页面寄存器

    CLDA0,1(Current Local DMA Address)---当前本地DMA寄存器

    TPSR(Transmit page start register)---传送页面开始寄存器

    TBCR0,1(transmit byte counter register)---传送字节计数寄存器

    CRDA0,1(current remote DMA address)---当前远程DMA寄存器

    RSAR0,1(remote start address register)---远程DMA起始地址寄存器

    RBCR0,1(remote byte counter register)---远程字节计数寄存器

    BPAGE(BROM page register)---BROM页面寄存器

    网卡工作在osi的最后两层,物理层和数据链路层,物理层定义了数据传送与接收所需要的电与光信号、线路状态、时钟基准、数据编码和电路等,并向数据链路 层设备提供标准接口。物理层的芯片称之为PHY。数据链路层则提供寻址机构、数据帧的构建、数据差错检查、传送控制、向网络层提供标准的数据接口等功能。 以太网卡中数据链路层的芯片称之为MAC控制器。很多网卡的这两个部分是做到一起的。他们之间的关系是pci总线接mac总线,mac接phy,phy接 网线(当然也不是直接接上的,还有一个变压装置)。 下面继续让我们来关心一下PHY和MAC之间是如何传送数据和相互沟通的。通过IEEE定义的标准的MII/GigaMII(Media Independed Interfade,介质独立界面)界面连接MAC和PHY。这个界面是IEEE定义的。MII界面传递了网络的所有数据和数据的控制。 而MAC对PHY的工作状态的确定和对PHY的控制则是使用SMI(Serial Management Interface)界面通过读写PHY的寄存器来完成的。PHY里面的部分寄存器也是IEEE定义的,这样PHY把自己的目前的状态反映到寄存器里 面,MAC通过SMI总线不断的读取PHY的状态寄存器以得知目前PHY的状态,例如连接速度,双工的能力等。当然也可以通过SMI设置PHY的寄存器达 到控制的目的,例如流控的打开关闭,自协商模式还是强制模式等。 我们看到了,不论是物理连接的MII界面和SMI总线还是PHY的状态寄存器和控制寄存器都是有IEEE的规范的,因此不同公司的MAC和PHY一样可以协调工作。当然为了配合不同公司的PHY的自己特有的一些功能,驱动需要做相应的修改。 一片网卡主要功能的实现就基本上是上面这些器件了。其他的,还有一颗EEPROM芯片,通常是一颗93C46。里面记录了网卡芯片的供应商ID、子系统供 应商ID、网卡的MAC地址、网卡的一些配置,如SMI总线上PHY的地址,BOOTROM的容量,是否启用BOOTROM引导系统等东西。 很多网卡上还有BOOTROM这个东西。它是用于无盘工作站引导操作系统的。既然无盘,一些引导用必需用到的程序和协议栈就放到里面了,例如RPL、 PXE等。实际上它就是一个标准的PCI ROM。所以才会有一些硬盘写保护卡可以通过烧写网卡的BootRom来实现。其实PCI设备的ROM是可以放到主板BIOS里面的。启动电脑的时候一样 可以检测到这个ROM并且正确识别它是什么设备的。AGP在配置上和PCI很多地方一样,所以很多显卡的BIOS也可以放到主板BIOS里面。这就是为什 么板载的网卡我们从来没有看到过BOOTROM的原因。 2.工作过程 PHY在发送数据的时候,收到MAC过来的数据(对PHY来说,没有帧的概念,对它来说,都是数据而不管什么地址,数据还是CRC),每4bit就增加 1bit的检错码,然后把并行数据转化为串行流数据,再按照物理层的编码规则(10Based-T的NRZ编码或100based-T的曼彻斯特编码)把 数据编码,再变为模拟信号把数据送出去。收数据时的流程反之。现在来了解PHY的输出后面部分。一颗CMOS制程的芯片工作的时候产生的信号电平总是大于 0V的(这取决于芯片的制程和设计需求),但是这样的信号送到100米甚至更长的地方会有很大的直流分量的损失。而且如果外部网现直接和芯片相连的话,电 磁感应(打雷)和静电,很容易造成芯片的损坏。 再就是设备接地方法不同,电网环境不同会导致双方的0V电平不一致,这样信号从A传到B,由于A设备的0V电平和B点的0V电平不一样,这样会导致很大的电流从电势高的设备流向电势低的设备。我们如何解决这个问题呢? 这时就出现了Transformer(隔离变压器)这个器件。它把PHY送出来的差分信号用差模耦合的线圈耦合滤波以增强信号,并且通过电磁场的转换耦合 到连接网线的另外一端。这样不但使网线和PHY之间没有物理上的连接而换传递了信号,隔断了信号中的直流分量,还可以在不同0V电平的设备中传送数据。 隔离变压器本身就是设计为耐2KV~3KV的电压的。也起到了防雷感应(我个人认为这里用防雷击不合适)保护的作用。有些朋友的网络设备在雷雨天气时容易 被烧坏,大都是PCB设计不合理造成的,而且大都烧毁了设备的接口,很少有芯片被烧毁的,就是隔离变压器起到了保护作用。 发送数据时,网卡首先侦听介质上是否有载波(载波由电压指示),如果有,则认为其他站点正在传送信息,继续侦听介质。一旦通信介质在一定时间段内(称为帧 间缝隙IFG=9.6微秒)是安静的,即没有被其他站点占用,则开始进行帧数据发送,同时继续侦听通信介质,以检测冲突。在发送数据期间,如果检测到冲 突,则立即停止该次发送,并向介质发送一个“阻塞”信号,告知其他站点已经发生冲突,从而丢弃那些可能一直在接收的受到损坏的帧数据,并等待一段随机时间 (CSMA/CD确定等待时间的算法是二进制指数退避算法)。在等待一段随机时间后,再进行新的发送。如果重传多次后(大于16次)仍发生冲突,就放弃发 送。 接收时,网卡浏览介质上传输的每个帧,如果其长度小于64字节,则认为是冲突碎片。如果接收到的帧不是冲突碎片且目的地址是本地地址,则对帧进行完整性校 验,如果帧长度大于1518字节(称为超长帧,可能由错误的LAN驱动程序或干扰造成)或未能通过CRC校验,则认为该帧发生了畸变。通过校验的帧被认为 是有效的,网卡将它接收下来进行本地处理 网卡的原理及测试技术 网卡充当计算机和网络缆线之间的物理接口或连线将计算机中的数字信号转换成电或光信号,称为nic( network interface card )。数据在计算机总线中传输是并行方式即数据是肩并肩传输的,而在网络的物理缆线中说数据以串行的比特流方式传输的,网卡承担串行数据和并行数据间的转 换。网卡在发送数据前要同接收网卡进行对话以确定最大可发送数据的大小、发送的数据量的大小、两次发送数据间的间隔、等待确认的时间、每个网卡在溢出前所 能承受的最大数据量、数据传输的速度。 一、网卡的基本构造 网卡包括硬件和固件程序(只读存储器中的软件例程),该固件程序实现逻辑链路控制和媒体访问控制的功能网卡包括硬件和固件程序(只读存储器中的软件例 程),该固件程序实现逻辑链路控制和媒体访问控制的功能,还记录唯一的硬件地址即mac地址,网卡上一般有缓存。网卡须分配中断irq及基本i/o端口地 址,同时还须设置基本内存地址(base memory address)和收发器(transceiver) 网卡的控制芯片 是网卡中最重要元件,是网卡的控制中心,有如电脑的cpu,控制着整个网卡的工作,负责数据的的传送和连接时的信号侦测。早期的10/100m的双速网卡会采用两个控制芯片(单元)分别用来控制两个不同速率环境下的运算,而目前较先进的产品通常只有一个芯片控制两种速度。 晶体震荡器 负责产生网卡所有芯片的运算时钟,其原理就象主板上的晶体震荡器一样,通常网卡是使用20或25hz的晶体震荡器。 boot rom插槽 如无特殊要求网卡中的这个插槽处在空置状态。一般是和boot rom芯片搭配使用,其主要作用是引导电脑通过服务器引导进入win9x。 boot rom 就是启动芯片,让电脑可以在不具备硬盘、软驱和光驱的情况下,直接通过服务器开机,成为一个无硬盘无软驱的工作站。没有软驱就无法将资料输出,这样也可以 达到资料保密的功能。同时,还可以节省下购买这些电脑部件的费用。在使用boot rom时要注意自己使用何种网络操作系统,通常有boot rom for nt,boot rom for unix,boot rom for netware等,boot rom启动芯片要自行购买。 eprom 从前的老式网卡都要靠设置跳线或是dip开关来设定irq、dma和i/o port等值,而现在的网卡则都使用软件设定,几乎看不见跳线的存在。各种网卡的状态和网卡的信息等数据都存在这颗小小的eeprom里,通过它来自动设置。 内接式转换器 只要有bnc接头的网卡都会有这个芯片,并紧邻在bnc接头旁,它的功能是在网卡和bnc接头之间进行数据转换,让网卡能通过它从bnc接头送出或接收资料。 rj-45和bnc接头 rj-45是采用双绞线作为传输媒介的一种网卡接口,在100mbps网中最常应用。bnc是采用细同轴电缆作为传输媒介 信号指示灯 在网卡后方会有二到三个不等的信号灯,其作用是显示目前网络的连线状态,通常具有tx和rx两个信息。tx代表正在送出资料,rx代表正在接收资料,若看 到两个灯同时亮则代表目前是处于全双工的运作状态,也可由此来辨别全双工的网卡是否处于全双工的网络环境中(见上图两个接口的中间部分)。也有部分低速网 卡只用一个灯来表示信号,通过不同的灯光变换来表示网络是否导通。 二、网卡的分类 以频宽区分网卡种类 目前的以太网卡分为10mbps、100mbps和1000 mbps三种频宽,目前常见的三种架构有10baset、100basetx与base2,前两者是以rj-45双绞线为传输媒介,频宽分别有 10mbps和100mbps。而双绞线又分为category 1至category 5五种规格,分别有不同的用途以及频宽,category通常简称cat,只要使用cat5规格的双绞线皆可用于10/100mbps频宽的网卡上。而 10base2架构则是使用细同轴电缆作为传输媒介,频宽只有10mbps。这里提到的频宽10或100mbps是指网卡上的最大传送频宽,而频宽并不等 于网络上实际的传送速度,实际速度要考虑到传送的距离,线路的品质,和网络上是否拥挤等因素,这里所谈的bps指的是每秒传送的bit(1个byte=8 个bit)。而100mbps则称为高速以太网卡(fast ethernet),多为pci接口。因为其速度快,目前新建的局域网络绝已大多数已采用100mbps的传输频宽,已有渐渐取代10mbps网卡的趋 势。当前市面上的pci网卡多具有10/100mbps自动切换的功能,会根据所在的网络连线环境来自动调节网络速度。1000 mbps以太网卡多用于交换机或交换机与服务器之间的高速链路或backbone。 以接口类型区分网卡种类 以接口类型来分,网卡目前使用较普遍的是isa接口、pci接口、usb接口和笔记本电脑专用的pcmcia接口。现在的isa接口的网卡均采用 16bit的总线宽度,其特性是采用programmed i/o的模式传送资料,传送数据时必须通过cpu在i/o上开出一个小窗口,作为网卡与pc之间的沟通管道,需要占用较高的cpu使用率,在传送大量数据 时效率较差。pci接口的网卡则采用32bit的总线频宽,采用bus master的数据传送方式,传送数据是由网卡上的控制芯片来控制,不必通过i/o端口和cpu,可大幅降低cpu的占用率,目前产品多为10 /100mbps双速自动侦测切换网卡。 以全双工/半双工来区分网卡种类 网络有半双工(half duplex)与全双工(full duplex)之分,半双工网卡无法同一时间内完成接收与传送数据的动作,如10base2使用细同轴电缆的网络架构就是半双工网络,同一时间内只能进行 传送或接收数据的工作,效率较低。要使用全双工的网络就必须要使用双绞线作为传输线才能达到,并且也要搭配使用全双工的集线器,要使用10base或 100basetx的网络架构,网卡当然也要是全双工的产品 以网络物理缆线接头区分网卡 目前网卡常用的网线接头有rj-45与bnc两种,有的网卡同时具有两种接头,可适用于两种网络线,但无法两个接头同时使用。另外还有光纤接口的网卡,通常带宽在1000 mbps。 其他功能wol 有些网卡会有wol的功能,wol网络开机的功能(wake on lan)。它可由另外一台电脑,使用软件制作特殊格式的信息包发送至一台装有具wol功能网卡的电脑,而该网卡接收到这些特殊格式的信息包后,就会命令电 脑打开电源,目前已有越来越多的网卡支持网络开机的功能。 其它网卡 从网络传输的物理媒介上还有无线网卡,利用2.4ghz的无线电波来传输数据。目前ieee有两种规范802.11和802.11b,最高传输速率分别为2m和11m,接口有pci、usb和pcmcia几种。 三、网卡测试技术 基于操作系统的测试 网卡一个重要的性能是看其是否支持多种网络操作系统,比较流行的网络操作系统有windowsnt、unix(linux、freebsd、sco、 solaris、hp厎)、novell、dec等。同时网卡应能够支持多种的网络协议,如tcp/ip、ipx/spx、apple、netbeui 等。 基于主机的兼容性测试 硬件上的兼容性也是非常重要的一个方面,尤其在笔记本电脑上兼容性问题比较突出,根据本人的实际经验,甚至某些名牌的网卡在一些笔记本电脑上也存在较为严重的兼容性问题。在服务器或台式电脑方面这些问题不常出现。 网卡传输速率测试(数据吞吐量) 测试网卡的传输速率一般有硬件和软件两种方法,硬件是利用一些专用的仪器如网络分析仪、smartbits smartcards等其他一些设备,利用icmp echo请求和udp数据包来检测数据流量。通常测试的项目有以下几方面: autonegotiation test 测试网卡速率、全双工/半双工和流控协商。协商决定着是否通过“暂停桢pause frame”来允许流量控制。 arp test 测试网卡是否能对arp请求做出正确回应及是否在规定时间内应答。这个时间由测试者进行设置。 error test 测试网卡处理错误frame的能力,通常在较低的传输速率下进行此项测试(0.5%传输速率),有以下几个方面的测试: 网卡接收正确的frame,作出处理。 网卡接收到存在crc校验错的frame,网卡将其丢弃。 网卡接收到传输顺序错误的frame,网卡将其丢弃。 网卡接收到含有少量错误bits的frame,网卡应全部接收并处理。 网卡接收到超小frame,网卡应将其丢弃。 网卡接收到超长frame,网卡应将其丢弃。 packets loss test rfc规定测试网卡在各种传输带宽利用率下的处理frame的能力,从初始化数据传输到传输速率的不断变化一直到传输结束,检查frame的丢失情况。 throughput test 数据吞吐量的测试也是rfc规定的一项测试内容,测试的结果反映出传输的最大带宽的利用率,每秒处理的frame和每秒处理的bits数量。 back-to-back test 同样此项测试也为rfc-2544的规定,测试在一个设定的最大传输速率下网卡可处理的并发frame的数量。最终反映出在不丢失数据包的情况下可并发传输的最大frame数量。 利用软件测试通常是利用zd的netbench来测试,一般只利用其测试网卡的最大传输速率。测试时要组成一个网络结构,一台windowsnt server服务器,若干个windows9x或windowsnt station客户端,传输大容量的文件如100mbps,测试的结果将反映出网卡的最大传输速率。另一个测试项目是测试网卡对较小的数据包请求的回应能 力,这里有必要讨论一下tcp/ip的ping命令的机制。ping是利用发送和接收icmp echo报文,来检测链路状态和协议设置。数据链路层封装的是frame,大小在64k~1518k之间,当发送frame时,网卡接受到frame时首 先要读取桢头和桢尾的mac地址,当mac地址相匹配时再接封装读取ip地址。当网卡连续接收到frame时,要对每一个frame做出处理,当网卡或是 系统无法处理这些数据包时,这些数据包将被丢弃。这种情况多发生在连续发送非常小的frame时。ping的机制是发送一个icmp报文,接收到一个 icmp echo后再发送下一个icmp报文。所以较小的连续的frame会对网卡和系统造成较大的压力。在netbench中,有一项测试就是测试网卡或系统对 连续的小数据包的处理能力。 稳定性测试 一块好的网卡应该具有良好的稳定性,具体讲就是在不同的工作环境下和不同的工况下应具有稳定的表现。通常测试主要是高温和传输大文件测试。 高温测试一般是在30~35摄氏度下连续运行网卡的测试程序达一定的时间比如2小时以上,检测网卡高温下的稳定性。pcmcia接口的网卡一般有两种32 位的和16位的,前者又称为cardbus网卡,数据带宽由16位增加到32位,使得pcmcia的网卡发热量成为一个显著的问题。 另一个测试是传输大的文件,某些品质较差的网卡在传输大容量的文件比如2gbps以上的文件时容易出错。 综上所述,在测试一块网卡时要进行全面的软、硬件及兼容性测试,可根据具体的应用和不同的要求,有机的选择测试项目,正确反映网卡的性能指标。
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