DP83815：10/100 Mb/s集成PCI以太网媒体访问控制器和物理层芯片解析

在当今的网络通信领域，以太网控制器扮演着至关重要的角色。DP83815作为一款单芯片10/100 Mb/s以太网控制器，专为PCI总线设计，广泛应用于低成本、高产量的PC主板、适配卡和嵌入式系统中。下面，我们就来深入了解一下这款芯片。

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一、芯片概述

DP83815集成了增强版的National Semiconductor PCI MAC/BIU和3.3V CMOS物理层接口，支持全双工10/100 Mb/s传输和接收，具有最小帧间间隙。它实现了V2.2 33 MHz PCI总线接口，支持主机通信和电源管理，通过总线主控传输数据包描述符和数据，减轻了主机CPU的负担。

二、芯片特性

（一）协议兼容性

• IEEE 802.3和PCI V2.2兼容：支持传统的10 Mb/s以太网和100 Mb/s快速以太网数据速率，通过内部物理层实现高速稳定的网络连接。
• 多标准支持：符合PC 97、PC 98、PC 99硬件设计指南，ACPI v1.0、PCI电源管理规范v1.1等多种标准，确保在不同系统环境下的兼容性和稳定性。

（二）功能特性

• 唤醒功能：支持Wake on LAN（WOL），符合PC98、PC99、SecureOn和OnNow标准，可通过定向数据包、Magic Packet等多种方式唤醒设备。
• 虚拟局域网和长帧支持：支持虚拟局域网（VLAN）和长帧传输，满足复杂网络环境下的应用需求。
• 灵活的数据包过滤：提供极其灵活的接收数据包过滤功能，包括单地址完美过滤、广播过滤、512条目多播/单播哈希表和深度数据包模式匹配等。
• 统计功能：收集符合RFC 1213（MIB II）、RFC 1398（Ether-like MIB）和IEEE 802.3 LME的统计信息，减少CPU管理开销。

（三）物理层特性

• 集成物理层：集成了IEEE 802.3/802.3u 3.3V CMOS物理层，支持10BASE-T和100BASE-TX以太网协议。
• 自动协商：支持IEEE 802.3u自动协商功能，可通过EEPROM配置广告特性，自动选择最佳的工作模式。
• 自适应均衡：采用集成的TP-PMD物理子层，具有自适应均衡和基线漂移补偿功能，提高信号传输的稳定性和可靠性。

三、功能模块详细解析

（一）MAC/BIU模块

• PCI总线接口：实现PCI v2.2总线协议和配置空间，支持总线主控读写CPU内存和CPU访问片上寄存器空间。具有配置控制、串行EEPROM访问、中断控制和电源管理控制等功能。
• Tx MAC和Rx MAC：分别实现802.3媒体访问控制的发送和接收部分，提供MIB控制信息和数据包地址数据。

（二）缓冲管理模块

• Tx Buffer Manager：将数据包数据从PCI内存空间DMA到2 KB发送FIFO，并从FIFO中提取数据发送到Tx MAC。通过FIFO阈值控制FIFO的填充和清空，确保数据包的高效传输。
• Rx Buffer Manager：从Rx MAC中检索数据包数据并放入2 KB接收数据FIFO，然后将数据从FIFO DMA到PCI内存空间。同样通过FIFO阈值控制接收FIFO的操作。
• Packet Recognition：接收数据包过滤和识别逻辑允许软件根据目的地址和数据包类型控制接收哪些数据包，支持广播、多播哈希和单播地址识别。

（三）物理层模块

• 自动协商：通过快速链路脉冲（FLP）突发信号交换配置信息，自动选择双方支持的最高性能工作模式。
• 基本模式控制和状态寄存器：基本模式控制寄存器（BMCR）控制自动协商的启用、禁用和重启，基本模式状态寄存器（BMSR）指示可用能力和状态信息。

（四）LED接口模块

DP83815具有并行输出，用于指示活动（发送或接收）、100 Mb/s链路和10 Mb/s链路的状态，方便用户实时了解设备的工作状态。

四、寄存器设置

（一）配置寄存器

实现PCI版本2.2配置寄存器空间，允许PCI BIOS对DP83815进行“软”配置。包括配置标识寄存器、配置命令和状态寄存器等多个寄存器，用于识别设备、配置和控制设备的各项功能。

（二）操作寄存器

提供一系列操作寄存器，映射到PCI内存空间或I/O空间。包括命令寄存器、配置寄存器、EEPROM访问寄存器等，用于控制设备的各种操作，如发送和接收复位、启用和禁用等。

（三）内部PHY寄存器

控制物理层的各种功能，如基本模式控制、自动协商广告、链路伙伴能力等。这些寄存器的设置直接影响设备的物理层性能和工作模式。

五、缓冲管理

DP83815采用的缓冲管理方案允许快速、简单和高效地使用帧缓冲内存。通过使用单独的缓冲区和描述符来存储数据包信息，实现了从接收缓冲区到发送缓冲区的有效数据传输。描述符的格式灵活，支持单描述符数据包和多描述符数据包，用户可以根据系统架构和网络流量的特点进行配置，以最大化效率。

六、电源管理和Wake-On-LAN

（一）电源管理模式

支持PCI电源管理规范v1.1，包括D0、D1、D2、D3hot和D3cold等多种电源状态，可根据实际需求进入不同的节能模式。

（二）Wake-On-LAN模式

允许设备在低功耗状态下监测传入的数据包流，当检测到唤醒事件时，向系统发送唤醒信号。支持多种唤醒事件，如Wake on ARP、Wake on Broadcast、Wake on Magic Packet等。

七、DC和AC规格

（一）DC规格

规定了设备在直流条件下的各项参数，如电源电压、输入输出电压、功耗等。确保设备在正常工作时的电气性能稳定。

（二）AC规格

包括PCI时钟时序、X1时钟时序、电源复位等各项交流参数。这些参数对于设备的高速数据传输和稳定运行至关重要。

总的来说，DP83815是一款功能强大、性能稳定的以太网控制器，具有丰富的特性和灵活的配置选项，能够满足不同应用场景的需求。在实际设计中，工程师需要根据具体的系统要求，合理配置芯片的各个功能模块和寄存器，以实现最佳的性能和可靠性。大家在使用这款芯片的过程中，有没有遇到什么特别的问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。