1. 以太網的前世今生
1995年的深秋，在PC時代的圣地--北京中關村，出現了一幅碩大的廣告牌，上面寫著日后成為經典的廣告語：中國人離信息高速公路有多遠--向北1500米！如今，被互聯網泡著長大的一代，估計很多人都沒聽說過這家中國最早的互聯網公司了。對，它就是瀛海威，其掌門人張樹新，是當時無可爭議的互聯網大姐大，今天一些如日中天的大佬們，當年可是只有登門求教的份兒。
互聯網的大潮勢不可擋，波瀾壯闊，造就了多少睥睨天下的梟雄，又消磨了多少壯懷激烈的豪杰。
說起互聯網不能不說一下Xerox施樂公司。據說互聯網起源于施樂的一個實驗室，當時只是為了把幾臺PC連接起來傳一些數據。看到這個網絡出色的表現，Xerox，Intel，和DEC三家公司在1980年發布了第一版互聯網協議標準建議書，速度達到了驚人的10M。
雖然這些先驅們最終在互聯網領域沒有取得很高的成就，但我們今天享受網絡帶來的便利時，還是要感謝他們一下吧。好了，就扯這么多，下面聊點兒正事兒。
2. 各種標準，眼花繚亂
1983年，IEEE802委員會推出了IEEE802.3標準。之后的一系列以太網標準都是在它的基礎上發展起來的，如802.3i，802.3u，802.3bw等等，然后又會看到10BASE-T、100BASE-TX、1000BASE-FX、1000BASE-T1，等等。感覺有點亂，有點兒懵圈。
其實這些看似亂七八糟的命名，還是有一定規律的。首先前面的數字代表頻率，10/100/1000分別代表10M，100M和1000M。BASE代表傳輸的是沒有經過調制的基帶信號。最后的數字或字母代表傳輸距離或介質，如5代表500米，T代表使用雙絞線(Twisted Pair Cable)，F代表光纖(Fiber)等等。
10BASE-5：最大傳輸距離500米，使用50歐姆粗同軸電纜。IEEE802.3
10BASE-2：傳輸距離為200米，使用BNC連接器，細同軸電纜。IEEE802.3
10BASE-T：傳輸距離100米，使用RJ45連接器，雙絞線。IEEE802.3i
100BASE-TX：廣泛采用的100M以太網標準，使用2對雙絞線，傳輸距離100米。IEEE802.3u
100BASE-F： 單模或多模光纖，傳輸距離2000米左右。
100BASE-T1：單對雙絞線，汽車以太網。IEEE802.3bw
1000BASE-T：5類非屏蔽雙絞線，傳輸距離100米。IEEE802.3ab
1000BASE-LX：光纖，長波激光器，傳輸距離可達3000米。IEEE802.3z
1000BASE-T1：單對雙絞線，汽車以太網。IEEE802.3bp
10GBASE-T： 非屏蔽雙絞線，10 G以太網。IEEE802.3an
3. 控制器，mac，PHY，網絡變壓器
如同通過串口收發數據需要UART控制器，電平轉換芯片(PHY)和連接器，通過以太網收發數據，需要芯片上集成以太網控制器，以太網PHY和以太網連接器。下面是一個典型的1000BASE-T以太網硬件框圖。
RGMII
以太網控制器通過MAC(Media Access Control)連接至PHY，在此使用的是RGMII(Reduced Gigabit Media Independent Interface)接口。
RGMII信號定義：
TXC: 發送時鐘
TX_CTL: 發送數據控制，包含TXEN和TXERR信息。
TD[3:0]: 發送數據4bits
RXC: 接收時鐘
RX_CTL: 發送數據控制，包含RXDV和RXERR信息。
RD[3:0]: 接收數據4bits
MDC: 管理數據時鐘
MDIO: 管理數據，完成對PHY的配置管理，狀態讀取。
對于1000M以太網來說，除了RGMII接口外，還可以使用GMII，SGMII。對于100M以太網，則使用MII，RMII，SMII。我們看一下RGMII的信號定義，其它的接口大同小異，主要就是數據位數，和時鐘速率有所不同。
PHY,Magnetic
PHY完成數字信號到模擬信號之間的轉換，以太網數據通過4對差分信號連接至變壓器，經過變壓器(Magnetic)隔離，再連接至RJ45連接器。這里有兩個地方需要注意：一個是PHY有電壓驅動型和電流驅動型，接至變壓器的接法不同。再一個是變壓器把電路從電氣上隔離開，兩邊的地如何處理。
典型網絡變壓器如下圖。內部組成：1:1變壓器，共模電感，中心抽頭。
圖片自Pulse公司HX5008NL手冊
電壓驅動型PHY
如果網絡變壓器的中心抽頭，是直接加一個電容到地，就是電壓驅動型。
圖片自1000M PHY芯片 VSC8562手冊
電流驅動型PHY
如果網絡變壓器的中心抽頭，需要提供一個VCC（3.3V或2.5V）電源，就是電流驅動型。
圖片自100M PHY芯片DP83848手冊
信號地GND到保護地PE的連接
這是一個要注意的地方，變壓器連接RJ45線纜側，地是以PE為參考的，連接PHY一側是以信號地為參考的。這兩邊在電氣上完全隔離，但是我們看到很多參考設計，用一個0歐電阻又把兩邊連接在一起，有的則是加一個電容，又標注DNP。有很多大廠的參考設計也是如此，看來大廠也有不靠譜的時候啊。
我們認為比較合適的做法是，用1個1M歐姆的電阻，并聯一個高壓電容，跨接信號地和PE。這樣既保持了變壓器兩邊的隔離，又給靜電泄放提供了通道。參考我們之前關于ESD的文章：
關于靜電ESD防護，為什么記住100條規則也沒啥鳥用
關于靜電ESD防護，我們怎樣才能免遭毒手
RJ45連接器線序
最后比較讓人郁悶的，是變壓器到RJ45連接器的連接，它不是按照順序連，而是按照下面這種比較奇葩的順序：A+ 1，A- 2 B+ 3，B- 6，C+ 4，C- 5，D+ 7，D- 8。這種歪七扭八的順序給布線造成了很大的困擾。據說1000M是為了兼容以前的100M網，100M是為了兼容10M，10M是為了兼容以前的電話線。歷史太悠久也有不爽的時候。
網線要不要交叉
現在的網口一般都有自動識別和適應的能力，所以用直通線還是交叉線連接，不應該成為一個問題。不過我們還是把兩種線序列一下。
參考資料：
TIDA-00204 EMI/EMC Compliant Industrial Temp Dual Port Gigabit Ethernet PHY Reference Design, TI
AN2054 Gigabit Ethernet Design Guide, Microchip
MCIMX8M-EVKB,NXP
