AUTOSAR MCAL层ETH模块（1）——通信原理

基础了解

        ETH，以太网，简单来讲就是将几台设备连接起来形成网络。这种连接是点到点之间的。以太网的传输速率为10M~10G，速度非常快。

        为了实现网络通信的标准化，普及网络应用，国际标准化组织(ISO)将整个以太网通信结构制定了OSI(Open System Interconnection)模型，整个模型包括硬件和软件定义。

        本文及后续文章所介绍的内容为以太网模块的物理层和数据链路层，上层协议等内容暂时不在讲述范围。

以太网的数据链路层分为LLC和MAC两种。

MAC：（Media Access Control）媒体访问控制层，负责以太网的总线访问机制、物理寻址方式、以太网帧格式等等。

LLC：（Logical Link Control）逻辑链路控制层，主要负责以太网帧的收发，还可以对以太网帧进行错误控制、流控等。

LLC负责报文的收发和检测控制等操作，MAC则作为软件和硬件间的桥梁。

物理层

        以太网设备间的连接都是由 MCU 通过 MII 和 SMI 来外接 PHY 芯片，经由 PHY 芯片将信号转换为支持网线传出的形式之后，然后才能和其他设备进行通信。

其中，MII负责数据的传输，SMI负责对PHY芯片进行控制。

        SMI包括MDIO和时钟线两种线，通过MDIO可以使MCU获取PHY芯片的状态，也可以对其进行控制。AUTOSAR 规范中定义了 WriteMII 和 ReadMII 两种接口来控制和监控 MII 的状态。MCU正是通过 SMI 来实现对 PHY 芯片的控制。

        常用的 MII 总线分为MII、RMII、SMII、GMII、RGMII、SGMII等。下图为 MII 和 RMII 两种协议的对比。

        简单来讲，在原本的 MII 前加上 “ R ” 则代表引脚简化，但是这种简化可能会导致传输不够稳定，因此适用于要求较低的场景；而 “ S ” 则表示串行，前面两种比如 MII 是采用多条数据线并行传输的方式，而 SMII 则是串行传输。

以太网帧格式

        以太网帧格式由前导字段、帧起始定界符、目标地址、源地址、数据包类型、数据域、填充域、校验和域组成。

前导码：7字节，用于同步接收端的时钟信号，便于识别帧的开始。

帧起始分隔符（SFD）：1字节，用于标识帧的开始，用来指示接下来是帧的实际内容。

目的地址（Dst）：6字节，接收方的MAC地址。

源地址（Src）：6字节，即发送方的MAC地址。

类型/长度（Type/Length）：2字节，用于指示有效载荷的类型（比如IPv4或IPv6）或者数据长度。

有效数据（Payload）：46到1500字节，包含实际传输的数据内容，例如IP数据包。如果数据内容不足46字节，可能会通过填充（PAD）进行扩充。

填充（PAD）：在有效数据少于46字节的情况下，增加的填充字节，保证数据部分的最小长度，填充字节通常是 0x00。

帧校验序列（FCS）：4字节，用于校验数据帧的完整性，通常通过CRC（循环冗余校验）算法生成。

        目前以太网帧的格式分为 IEEE 802.3 和 Ethernet II 两种，通过判别“类型/长度”字段来进一步判断当前帧的类型。

IEEE 802.3：若该字段值小于等于0x5DC (1500)，那么该帧为IEEE 802.3格式，此时该字段可以视为“长度”字段：

Ethernet II：若该字段值大于等于0x600 (1536)，则该帧为Ethernet II帧格式。