2．MAC控制器結構和工作流程

　　1）MAC發(fā)送模塊

　　MAC發(fā)送模塊可將上層協(xié)議提供的數據封裝之后通過MII接口發(fā)送給PHY。發(fā)送模塊可接收主機接口模塊的數據幀開始和數據幀結束標志，并通過主機接口從外部存儲器中讀取要發(fā)送的數據，然后對數據進行封裝，再通過PHY提供的載波偵聽和沖突檢測信號，在信道空閑時由MII接口將數據以4位的寬度發(fā)送給PHY芯片，最后由PHY將數據發(fā)送到網絡上。

　　發(fā)送模塊由CRC生成模塊（crc_gen）、隨機數生成模塊（random_gen）、發(fā)送計數模塊（tx_cnt）和發(fā)送狀態(tài)機（tx_statem_machine）模塊等四個主要子模塊組成，其內部結構如圖10-31所示。

圖10-31 以太網MAC發(fā)送模塊的結構示意圖

　　發(fā)送狀態(tài)機由Idle_State、Preamble_State、Data0_State、Data1_State、PAD_State、FCS_State、IPG_State、Jam_State、BackOff_State、Defer_State 等十個狀態(tài)組成。其狀態(tài)轉移圖如圖10-32所示。

圖10-32 發(fā)送狀態(tài)機的狀態(tài)轉移圖

　　系統(tǒng)復位后，發(fā)送模塊即進入Defer_State狀態(tài)，并一直檢測載波偵聽（CarrierSense）信號。當載波偵聽信號變成無效（表示信道空閑）時，狀態(tài)機進入IPG_State狀態(tài)。此后，在等待一個幀間間隙之后，狀態(tài)機進入Idle_State狀態(tài)。如果在幀間間隙的前2/3個周期檢測到信道忙信號，狀態(tài)機將重新回到Defer_State狀態(tài)。

　　狀態(tài)機進入Idle_State狀態(tài)之后，發(fā)送模塊將檢測載波偵聽信號和主機接口的發(fā)送請求。若主機模塊請求發(fā)送，狀態(tài)機將進入Preamble_State狀態(tài)，發(fā)送模塊即通知PHY發(fā)送開始，同時開始發(fā)送前序碼（7個0x5）, 然后發(fā)送幀起始定界符（SFD, 0xd）。狀態(tài)機進入Data0_State后，發(fā)送模塊將發(fā)送一個數據字節(jié)的低4位（LSB nibble），當其進入Data1_State狀態(tài)后，發(fā)送模塊則發(fā)送數據字節(jié)的高4位（MSB nibble）。隨后，狀態(tài)機一直在data0和data1之間循環(huán)，直到數據發(fā)送完畢。當還剩一個字節(jié)時，主機模塊將通過發(fā)送幀結束信號來通知發(fā)送模塊。如果數據幀的長度大于最小幀并且小于最大幀，狀態(tài)機就進入FCS_State狀態(tài)，此時發(fā)送模塊則將CRC生成模塊生成的CRC值添加到幀的FCS字段中并發(fā)送給PHY。

　　幀發(fā)送完之后，狀態(tài)機進入Defer_State 狀態(tài)，之后是IPG_State和Idle_State狀態(tài)。此后狀態(tài)機又回到初始狀態(tài)，以重新等待新的發(fā)送請求。如果數據幀的長度小于最短幀，狀態(tài)機就進入PAD_State狀態(tài)，發(fā)送模塊根據系統(tǒng)設置確定是否在數據之后添加填充碼。然后，狀態(tài)機進入FCS_State狀態(tài)。如果數據幀的長度大于最大幀，而系統(tǒng)設置又支持發(fā)送超長幀，那么，狀態(tài)機就進入FCS_State狀態(tài)；如果不支持發(fā)送超長幀，發(fā)送模塊將放棄發(fā)送，狀態(tài)機直接進入Defer狀態(tài)，然后是IPG狀態(tài)，最后回到Idle狀態(tài)。

　　在發(fā)送數據的過程中，發(fā)送模塊會一直檢查沖突檢測信號（collision detected）。如果發(fā)現沖突且狀態(tài)機正處于Preamble_State，狀態(tài)機將在發(fā)送完前序碼和SFD之后進入Jam_State，并發(fā)送擁塞碼，然后進入BackOff狀態(tài)，以等待重試。之后，狀態(tài)機經過Defer和IPG回到Idle狀態(tài)。如果此時重試次數計數器的值沒有達到額定值，發(fā)送模塊將重新開始發(fā)送剛才的幀，并將重試次數計數器的值加1；如果發(fā)現沖突且狀態(tài)機處于data0、data1或FCS狀態(tài)，而且沒有超過沖突時間窗，那么狀態(tài)機將馬上進入Jam狀態(tài)發(fā)送擁塞碼，之后經過BackOff、Defer、IPG、回到Idle，并根據重試計數器的值決定是否重新發(fā)送剛才的數據幀；如果檢測到發(fā)生沖突的時間超過了沖突時間窗，狀態(tài)機將進入Defer狀態(tài)，然后經過IPG到IDLE狀態(tài)，并放棄重試。

　　在全雙工模式中發(fā)送幀時，不會進行延遲（defer）, 發(fā)送的過程中也不會產生沖突。此時，發(fā)送模塊將忽略PHY的載波偵聽和沖突檢測信號。當然，幀與幀之間仍然需遵守幀間間隙的規(guī)則。因此，全雙工模式下的發(fā)送狀態(tài)機沒有Jam_State、BackOff_State、Defer_State三個狀態(tài)。