交换机相关硬件知识
专业术语
| 短语 | 全程 | 说明 |
|---|---|---|
| MISO | Master Input Slave Output | 指的是这个端口用于主设备输入，从设备输出 |
| MOSI | Master Input Slave Output | 指的是这个端口用于主设备输出，从设备输入 |
| SPI | Serial Peripheral Interface | MOTOROLA公司提出的同步串行总线方式 |
| NIC | network interface controller | 网络接口控制器，又称网络接口控制器，网络适配器（network adapter），网卡（network interface card），或局域网接收器（LAN adapter） |
| Base-T | Baseband Signal-Twisted pair | “BASE”表示基带传输方式，“T”表示的是双绞线。 |
| XAUI | 10Gbps Ethernet Attachment Unit Interface | “X”代表罗马数字10.表示10Gbps以太网连接单元接口 |
| GMAC | gigabit Medium Access Control | 千兆介质访问控制器 (网络控制器) |
| QSGMII | Quad Serial Gigabit Media Independent Interface | 将 4 个1000M 端口聚合成一个 5 千兆位收发器接口 |
| SDRAM | synchronous dynamic random-access memory | 同步动态随机存取内存 |
| DMA | Direct Memory Access | 直接存储器访问 |
总线
- 任何一个微处理器都要与一定数量的部件和外围设备连接，但如果将各部件和每一种外围设备都分别用一组线路与CPU直接连接，那么连线将会错综复杂，甚至难以实现。为了简化硬件电路设计、简化系统结构，常用一组线路，配置以适当的接口电路，与各部件和外围设备连接，这组共用的连接线路被称为总线。采用总线结构便于部件和设备的扩充，尤其制定了统一的总线标准则容易使不同设备间实现互连。
- 微机中总线一般有内部总线、系统总线和外部总线。 这种分类方式是根据离芯片远近等级分类的。
| 类型 | 定义 | 对应接口 |
|---|---|---|
| 内部总线 | 微机内部各外围芯片与处理器之间的总线，用于芯片一级的互连 | SPI、SCI、IIC、UART、GPIO、CAN、SDIO、IIS等 |
| 系统总线 | 微机中各插件板与系统板之间的总线，用于插件板一级的互连 如显卡、声卡、存储卡等和主板进行连接的一种通信规则 | PCI |
| 外部总线 | 微机和外部其他设备之间的总线，微机作为一种设备，通过该总线和其他设备进行信息与数据交换，用于设备一级的互连。 | 串口、并口、USB接口、音频接口 |
通信方式
- 计算机通信方式可以分为并行通信和串行通信，相应的通信总线被称为并行总线和串行总线。
- 早些年的老式设备都采用并行传输，而现在的大多数设备都采用串行传输。
- 串行总线可以做多链路传输，和并行链路不一样，它的每根链路是独立数据，相互之间没有关系，不会受到其他数据的干扰。
| 方式 | 定义 | 对应总线 |
|---|---|---|
| 并行通信 | 对n位二进制信息用n条传输线同时传送 | DDR(数据线D0—D7，加DQS，DQM)这组线是一起传输的，只要有其中一位出错，数据就不能够正确传输过去，需要重新传输。 |
| 串行通信 | 对多位二进制信息共用一条传输线 多位二进制信息按时间先后顺序通过总线 | USB、硬盘的SATA、显卡PCIE x16 |
并行接口的缺点：
- 并行总线由于是多个数据同时传输，需要考虑数据的协同性，这就导致了并行传输的频率不能做的很高。相对的，串行总线只有一条链路，就可以把频率做的很高，提高传输速度，速度提高了就能够弥补一次只能传输一个数据的缺陷。
- 并行总线两根相邻的链路其数据是同时传输的，这就会导致它们彼此之间会产生严重干扰，并行的链路越多，干扰越强。因此并行总线需要加强抗干扰的能力，否则传输过程中数据就可能被损坏。如果传输过程中数据故障了，就需要重新对齐数据再传输。而串行总线如果一个数据出错了，只需要重新传输一次就好了，由于串行总线频率高，很快就可以把错误数据重新传输过去。
- 由于并行总线是多链路一块传输数据，就需要很多线，接口需要很多针脚，老式计算机里的并行接口做得很大，接线比较宽，针脚非常多。这样一来装机也很麻烦，因为走线不方便、接口体积很大。
SPI
SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的缩写。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，如今越来越多的芯片集成了这种通信协议。
- 应用范围:
EEPROM、Flash存储器（如NOR Flash&Nand Flash）、实时时钟、网络控制器、LCD显示驱动器、AD转换器，数字信号处理器、数字信号解码器等设备 - 速率:
通信波特率可以高达5Mbps
NIC
网卡（NIC）即网络接口控制器，也被称为网络适配器或局域网接收器，主要是用于计算机和服务器上，将网络设备连接到局域网进行通信，若是没有网卡，网络设备就很难实现联网。目前网卡种类繁多，如无线网卡和有线网卡，以及10G到100G各种不同速率的网卡。其中，100G网卡是近年来才推出的产品，未占据市场较大份额。
Base-T
10/100/1000Base-T 前面的数字表示工作速率。“BASE”表示基带传输方式，“T”表示的是双绞线。
| 类型 | 速率 | 出现时间 | 制定 | 参考 |
|---|---|---|---|---|
| 10Base-T | 10Mbps | 90年代开始流行 | IEEE802.3i | 10Base-T百度百科 |
| 100Base-T | 100Mbps | 1994年 | 通常被称为快速以太网标准，由IEEE802.3制定 | 100base-T百度百科 |
| 1000Base-T | 1000Mbps | 1999年 | IEEE的标准化委员会 | 1000base-T百度百科 |
RXAUI
由于受电气特性的影响，XGMII接口的PCB走线最大传输距离仅有7cm，并且XGMII接口的连线数量太多，给实际应用带来不便，因此，在实际应用中，XGMII接口通常被XAUI接口代替，XAUI即10 Gigabit attachment unit interface，10G附属单元接口，XAUI在XGMII的基础上实现了XGMII接口的物理距离扩展，将PCB走线的传输距离增加到50cm，使背板走线成为可能。
XAUI有4个lane，每个lane走2.5G有效数据（实际是3.125G，因为每8bit下插2bits的csma/cd的控制信号），RXAUI是XAUI的reduce版，由4个lane变成2个，6.25G per lane。
参考 以太网MII接口类型大全-MII、RMII、SMII、GMII、RGMII、SGMII、XGMII、XAUI、RXAUI
GMAC
GMAC是为了满足千兆网传输而发展起来的，它是构成千兆网必备的条件之一。GMAC在七层ISO标准中属于数据链路层，它对逻辑链路和物理链路之间的通道进行控制和协调，可以连接各种不同物理媒介，不同物理媒介有不同的GMAC标准，GMAC的标准由IEEE802工作组制定。
GMAC可以分为四个部分：帧发送（Frame Transmission）、帧接收（Frame Reception）、GMAC控制（GMAC Control）、媒体独立接口管理（GMII）。
| 功能 | 说明 |
|---|---|
| 帧发送 | 接收GMAC客户（上层协议）传下来的数据，在数据段头尾加上一些控制信息，组成一个以太网数据帧，并将该数据帧以位数据流的形式传送到物理层，以待发送。 |
| 帧接收 | 接收从物理层来的位数据流，在接收完一帧的数据后，检查该帧是否有效（如目的地址、计算校验码、字节对齐等），若有效就去除数据帧的头尾将数据字段提交给上层协议，否则就丢弃该数据帧。 |
| GMAC控制 | 用于全双工模式下控制帧的生成、检测，它处在主机和发送、接收模块之间，对普通的数据帧来说是透明的。 |
| 媒体独立接口管理 | 控制物理层的输入输出操作，检查物理层的状态信息。 |
参考千兆网媒体访问控制（GMAC）
QSGMII
QSGMII: 5Gbps波特率/差分对, 4Gbps数据速度, 4个1G以太的内部总线, 收和发各一对差分总线,
XGMII: 312.5Mbps 波特率/单端线,10Gbps数据,10G以太的内部总线, it composed from two 32-bit datapaths (Rx & Tx) and two four-bit control flows (Rxc and Txc), operating at 156.25 MHz DDR (312.5 MT/s).
参考 高速硬件接口
DMA
参考
内部总线、系统总线、外部总线区别
什么是串行总线和并行总线？
FPGA零基础学习：SPI 协议驱动设计
【科普贴】SPI接口详解
100G网卡NIC详细介绍及其发展趋势分析
NIC百度百科
DMA
10GBASE-T是什么