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TJA1101B芯片手册
TJA1101B automotive Ethernet PHY手册
IEEE802.3-2018.pdf

1 车载以太网PHY（物理层）介绍

常见的普通以太网分为10BASE-2、10/100BASE-TX和1000BASE-T，一般都使用RJ45接口，对于1000BASE-T来说，它使用4对双绞线一共8根线来传输数据。而车载以太网一般采用T1标准，例如TJA1101使用的100BASE-T1，它使用一对双绞线一共2根线来传输数据，最大支持长度为15米。2个车载以太网phy芯片连接方式如下：

车载以太网除了物理层和普通以太网有所区别外，应用层、传输层、数据链路层和普通以太网并无区别。在IEEE802.3-2018中的描述如下：

其中物理层通过PHY芯片实现，车载以太网PHY芯片组成框架（参见IEEE802.3-2018）如下：

所有车载以太网PHY芯片都应该按照上图设计，以TJA1101为例，它的设计框图如下：

1.1 车载以太网的编码格式

车载以太网和普通以太网使用0、1电平表示逻辑“0”和“1”不一样，车载以太网使用-1、0、1的电平表示3个逻辑。因此同样实现100Mbps通信，车载以太网的载波频率只需要为100*2/3=66.67MHz即可。下面这张图就演示了从MII发送过来的2进制数据是如何编码完成的：

通过上图可以看到，24bit的2进制数据被编码成了16bit的3进制数据，因此车载以太网只需要66.67MHz的载波频率便能实现100MHz的数据传输速率。

1.2 车载以太网如何实现的全双工

常见的CAN、RS485使用一对双绞线的差分信号传输数据，是无法做到全双工的。车载以太网通过回声消除（echo cancellation）技术实现全双工。它的基本实现原理如下：
（1）PHY芯片发送数据时将自己的PAM3电压加到双绞线上
（2）PHY芯片接收数据时将双绞线上的电压减去自己的施加的PAM3电压，得到对端PHY芯片发送的数据
以上2个步骤是同时进行的，因此可以实现全双工通信。

1.3 车载以太网主机和从机

普通以太网在物理层是没有主从之分的，一般都是人为在应用层定义通讯双方的主从关系，而车载以太网在物理层就定义了主、从关系。
之所以会在物理层定义主机和从机，就是为了实现1.2中介绍的回音消除功能。2个PHY芯片一个作为主机，另一个作为从机。当2个PHY芯片连接时，它们会经过训练过程，从而使被测设备（DUT）和链路伙伴以相同的频率和相位传输信息。主机和从机建立连接的状态机切换如下：

一次主从正常配对流程如下：
（1）主机进入TRAINING（训练）状态，训练从机的扰码器、均衡器、时钟
（2）训练完成后主机和从机均进入SEND IDLE OR DATA（发送空闲或数据）状态

1.4 RMII（简化媒体独立接口）/MII（媒体独立接口）

RMII/MII是MAC层和PHY进行通信的一部分，对于100Mbps的phy芯片而言，使用的工作时钟为25MHz。

1.5 PCS（物理编码子层）

PCS主要负责数据编码、解码。PCS将从MAC层（通过RMII/MII）传过来的数据按照物理层实现要求转换为特定的比特序列，然后传输给PMA。在接收到PMA传输过来的数据后，又将数据解码传输给MAC层（通过RMII/MII）。
PCS层实现的工作如下：

1.6 PMA（物理媒介附加）

PMA负责将PCS创建的比特组转换为比特流然后向下发送给PMD子层。收到数据后，PMA执行相反的操作。此外，PMA还履行冲突检测和时钟恢复功能。

PMA层实现的工作如下：


PMA子层做的PAM3转换都是数字信号，还需要MDI物理介质转换为模拟信号。

1.7 PMD（物理媒介相关）

该子层用来生成和传输模拟信号（电信号或光信号）来发送数据，同时还负责接收和解释模拟信号（电信号或光信号）来接收数据。在某些情况下不需要PMD子层，该子层直接由PMA子层提供。

PMD层实现的工作如下：

1.8 MDI（与媒介有关接口）

该接口为以太网物理层和数据传输媒介间的物理接口，通常是指以太网自主局或控制器连接至电缆的物理连接器（例如RJ45网口）。

1.9 物理媒介

物理媒介也就是传输数据的实际物理导线或电缆，对于100BASE-T1车载以太网来说就是一对非屏蔽双绞线。

2 总结

（1）车载以太网需要定义连接双方的主从关系，可以使能自协商功能（耗时较长）或者指定主从关系及速率
（2）PCS、PMA、PMD组成了车载以太网PHY的核心部分
（3）某些情况下PMD的实现可以包含在PMA内
（4）有关车载以太网PHY的简易框图可以表示如下：