铜缆以太网14-25GBASE-CR(S)(六)

追宇星空

发布于 2025-03-27 16:16:46

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25GBASE-CR(S) (C110)

PMA（C109）

概述

范围

本条款规定了25Gb/s物理层实现系列（称为25GBASE-R）通用的物理介质连接子层（PMA）。PMA允许PCS以独立于介质的方式与一系列物理介质连接。25GBASE-R可以扩展到支持任何只需要PMD符合PMA接口的全双工介质。

PMA服务接口是以抽象的方式定义的，并不意味着任何特定的实现。连接PMA子层的电气接口，称为25GAUI。

功能汇总

以下是PMA在发送和接收方向上实现的主要功能的总结：

a）提供时钟和数据恢复。

b）提供信号驱动器。

c）可选地提供往返于PMA服务接口的本地环回。

d）可选地提供往返PMD服务接口的远程环回。

e）可选地提供测试图案生成和检测。

功能框图显示了输入、输出、测试图案检查和生成、回路和信号指示逻辑。PMA功能图（上侧为PMA Client接口，下侧为PMA Service接口）。

子层位置图

一种实现可以使用一个或多个PMA子层来在设备之间提供具有物理电接口25GAUI的接口。所需的PMA子层的数量取决于特定实现的功能划分。下图展示了一个示例。本示例说明了在与PCS分离的设备中实现FEC子层可能产生的分区。

管理数据输入/输出（MDIO）可管理设备（MMD）地址1、8、9、10和11可用于寻址PMA子层的多个实例。如果最靠近PMD的PMA子层与PMD封装在一起，则它与PMD共享MMD 1。可以实现和寻址PMA子层的更多可寻址实例，每个实例都通过芯片到芯片接口与较低的可寻址实例分开，为PMA分配MMD地址从PMD到PCS的数字顺序逐渐增加。上图所示的示例可以用4个可寻址实例来实现：MMD 8寻址最低的PMA子层（请注意，这不能与PMD共享MMD 1，因为在这个例子中它们没有打包在一起），MMD 9寻址FEC下方25GAUI上方的PMA子层，MMD 10寻址FEC上方25GAUI下方的PMA子层别，MMD 11寻址最靠近PCS的PMA子层级。

以下指南适用于PMA的划分：

a）子层间服务接口用于PMA、FEC和PMD服务接口，支持具有可选FEC和多个PMA子层的灵活架构。

b） 25GAUI是两个相邻PMA子层之间连接的25.78125GBd串行物理实例化。作为一个物理实例，它定义了电气和定时规范，并要求接收重新定时功能。

c）可选测试图案生成、可选测试图案检测、可选本地环回和可选远程环回的机会取决于PMA子层在实现中的位置。

d） PHY中至少需要一个PMA子层。

e） 最多4个PMA子层可作为MDIO MMD寻址。

25GAUI用于连接邻近的PMA子层。25GAUI接口为25.78125Gbaud/lane (64B /64.25B /66B) × 1 lane × 1bit/baud (NRZ)。

PMA服务接口

本款规定了25GBASE-R PMA提供的服务。此PMA的服务接口以抽象方式描述，并不意味着任何特定的实现。PMA服务接口支持编码数据的交换。PMA将编码数据与适用于该介质的信号进行转换。

PMA服务接口原语总结如下：

PMA:IS_UNITDATA.request

PMA:IS_UNITDATA.indication

PMA:IS_SIGNAL.indication

PMA以25.78125GBd的标称信令速率连续向PMA客户端发送比特流。同样地PMA客户端PCS/FEC持续向PMA发送比特流。

在Tx方向上，如果通过25GAUI接收到来自PMA: IS_UNITDATA .request原语的数据，则在通道上恢复时钟和数据，以1次恢复1个比特的数据。使用inst: IS_UNITDATA .request原语将每个恢复的比特发送到下面的子层。

在Rx方向上，当使用inst: IS_UNITDATA .request原语从PMA下方的子层接收数据时，使用PMA: IS_UNITDATA .indication原语将每个接收到的比特发送到PMA客户端PCS/FEC。

PMA: IS_SIGNAL .indication（SIGNAL_OK）是根据从下面的子层接收到的inst: IS_SIGNAL .indication （SIGNAL_OK）和信号检测功能确定的输入信号状态生成。当inst: IS_SIGNAL.indication （SIGNAL_OK）的值为FAIL或信号检测功能检测到无效信号时，PMA: IS_SSIGNAL .indication（SIGNAL_OK）应为FAIL，否则PMA: IS_SIGNAL显示（SIGNAL_OK）应具有OK值。

如果支持具有深度睡眠模式选项的可选节能以太网（EEE）功能，则子层间服务接口包括4个额外的原语，定义如下：

PMA:IS_TX_MODE.request

PMA:IS_RX_MODE.request

PMA:IS_ENERGY_DETECT.indication

PMA:IS_RX_TX_MODE.indication

具有可选节能以太网（EEE）功能和深度睡眠模式选项的物理实例化服务接口可能会进入低功耗状态，以在低链路利用率期间节约能耗。寄存器1.1.9（PMA入口AUI停止能力，PIASA）指示了支持向入口方向低功率状态转换的能力。寄存器1.1.8（PMA出口AUI停止能力，PEASA）指示了支持向出口方向低功率状态转换的能力。寄存器1.7.9（PMA入口AUI停止启用，PIASE）启用了向入口方向低功率状态的转换。寄存器1.7.8（PMA出口AUI停止启用，PEASE）启用了向出口方向低功率状态的转换。除非接口另一侧的相应能力位也被宣称，否则系统不应宣称接口的启用位。如果PIASE位为TRUE，则当AUI_tx_mode为QUIET时，PMA可以在入口AUI的物理实例化上禁用发射器。如果PEASE位为TRUE，则当tx_mode为QUIET时，PMA可以在出口AUI的物理实例化上禁用发射器。

PMA下层服务接口

由于该架构支持多个PMA子层，因此PMA下方可能会出现几个不同的子层，包括FEC、PMD或另一个PMA。变量inst表示PMA下方出现的任何子层。PMA下面的子层提供给PMA的服务接口原语总结如下：

inst: IS_UNITDATA.request（tx_bit）

inst: IS_UNITDATA.indication（rx_bit）

inst: IS_SIGNAL.indication（SIGNAL_OK）

请注意，如果接口是物理实例化的（例如25GAUI），则定义了服务接口的电气和时序规范，否则抽象地指定了服务接口。PMA下方的服务接口具有用于数据发送的输入和输出，以及指示PMA下方子层发送的信号良好的状态输入。

在Tx方向上，通过PMA: IS_UNITDATA .request原语从PMA服务接口处的PMA客户端接收的数据通过inst: IS_UNITDATA .indication发送到PMA下方的子层的原语。

在Rx方向上，如果通过物理实例化的接口（例如25GAUI）接收到该比特，则在接收该比特的通道上恢复时钟和数据。该比特通过PMA路由到朝向PMA客户端的输出通道，使用PMA服务接口上的PMA: IS_UNITDATA .indication原语将该比特发送到PMA客户端。

如果支持具有深度睡眠模式选项的可选节能以太网（EEE），则PMA下方子层的子层间服务接口包括4个额外的原语，定义如下：

inst: IS_TX_MODE.request

inst: IS_RX_MODE.request

inst: IS_ENERGY_DETECT.indication

inst: IS_RX_TX_MODE.indication

PMA功能

信号驱动

对于PMA上层客户端和PMA之间或PMA和PMA下方的子层之间的接口表示物理实例化接口的情况，PMA为该接口提供电信号驱动器。25GAUI芯片对芯片（C2C）的电气和抖动/定时接口要求在附件109A中规定。附件109B中规定了25GAUI芯片到模块（C2M）的电气和抖动/定时接口要求。

PMA本地回环功能

PMA本地环回应由PMD邻近的PMA为25GBASE-CR、25GBASE-CR-S、25GBASE-KR和25GBASE-KR-S提供。其他情况下(PMD或与PMD不相邻的PMA)，PMA本地环环回模式是可选的。

PMA本地环回功能涉及将输入环回到输出。从PMA: IS_UNITDATA .request（tx_bit）原语接收到的每个比特都弹回给在PCS的方向的PMA: IS_UNITDATA .indicaton（rx_bit）原语。

执行本地环回功能的能力由local_loopback_Ability状态变量表示。当local_loopback_enable控制变量设置为1时，设备将处于本地环回模式，当此变量设置为0时，设备将从本地环回模型中删除。

PMA远端回环功能

PMA远程环回模式是可选的。如果实施应按照本款所述。当启用远程环回时，通过inst: IS_UNITDATA .indication从PMA下方的服务接口发送的每个比特都会通过inst: IS _UNITDATA .request环回给PMD。请注意PMA下方的服务接口可以由FEC或PMD提供。

执行此功能的能力由Remote _loopback _ability状态变量表示。设备当remote _loopback _enable控制变量设置为1时，将其置于远程环回模式，当此变量设置为0时，将其从远程环回方式中删除。

PMA测试图案

当PMA的输出出现在物理实例化的接口25GAUI或PMD服务接口上时，PMA可以选择性地生成和检测测试图案。这些测试图案用于测试单个PMA子层的相邻层接口，或在PMA子层物理实例化的接口和外部测试设备之间进行测试。

下行发送PRBS31生成

在发送方向上生成PRBS31测试图案的能力由PRBS31_Tx_generator_ability状态变量表示。如果支持，则通过PRBS31_enable和PRBS_Tx_gen_enable控制变量启用发送PRBS31测试图案生成。当启用发送PRBS31测试图案生成时，PMA应通过inst: IS_UNITDATA .request原语向PMA下方的服务接口生成PRBS31图案。

如果实施了可选的C45 MDIO，则PMA发送功能将PRBS31_Tx_checker_ability、PRBS31_Rx_checker _ability、RPBS31_enable和PRBS_Tx_gen_enable变量映射到“MDIO功能映射”中定义的寄存器和位。

为了避免此链路和其他本地实现的链路之间的相关串扰，强烈建议在每个链路上生成的PRBS31模式使用独立的随机种子，或确保任何两个链路上的PRBS31序列之间的最小偏移量为20000 UI。

上行接收PRBS31生成

在接收方向上生成PRBS31测试图案的能力由PRBS31_Rx_generator_ability状态变量表示。如果支持，接收PRBS31测试图案生成由PRBS31_enable和PRBS_Rx_gen_enable控制变量启用。当启用接收PRBS31测试图案生成时，PMA应通过PMA: IS_UNITDATA .indication原语向PMA上层客户端生成PRBS31图案。当启用此测试图案时，PMA还生成PMA: IS_SIGNAL .indication （SIGNAL_OK），指示向PMA上层客户端发送有效信号（SIGNAL_OK = OK），与PMA下方服务接口的状态无关。当接收PRBS31测试图案生成被禁用时，PMA恢复正常运行。

如果实施了可选的C45 MDIO，则PMA接收功能将PRBS31_Rx_generator_ability、PRBS31_enable和PRBS_Rx_gen_enable变量映射到 “MDIO功能映射”中定义的寄存器和位。

下行发送PRBS31检查

在发送方向上检查PRBS31测试图案的能力由PRBS31_Tx_checker_ability状态变量表示。如果支持，则发送PRBS31测试图案检查为由PRBS31_enable和PRBS_Tx_check_enable控制变量启用。当启用发送PRBS31测试图案检查时，PMA应检查通过PMA: IS_UNITDATA .request原语从PMA上层客户端接收到的PRBS31图案。对于孤立的单比特错误，检查器应为PRBS31图案中的每个输入比特错误将测试图案错误计数器增加1个。当滑动1000位中出现1个或多个错误时，实现应该能够计算至少1个错误窗口。发送测试图案错误计数由Ln0_PRBS_Tx_test_err_counter状态变量指示。当发送PRBS31测试检查被禁用时，PMA恢复正常运行。

如果实现了可选的C45 MDIO，则PMA发送功能将PRBS31_Tx_checker_ability、PRBS31_enable、PRBS_Tx_check_enable和Ln0_PRBS_Tx_test_err_counter变量映射到“MDIO功能映射”中定义的寄存器和位。

上行接收PRBS31检查

在接收方向上检查PRBS31测试图案的能力由PRBS31_Rx_checker_ability状态变量表示。如果支持，则启用接收PRBS31测试图案检查，通过PRBS31_enable和PRBS_Rx_check_enable控制变量。当启用接收PRBS31测试图案检查时，PMA应通过inst: IS_UNITDATA.indication原语检查从PMA下方的服务接口接收到的PRBS31图案。接收测试图案错误计数由Ln0_PRBS_Rx_test_err_counter状态变量指示。当接收PRBS31测试图案启用后，PMA: IS_SIGNAL .indication（SIGNAL_OK）原语不指示有效信号（SIGNAL_OK = FAIL）。当接收PRBS31测试图案检查被禁用时，PMA恢复正常运行。

如果实现了可选的C45 MDIO，则PMA接收功能将PRBS31_Rx_checker_ability、PRBS31_enable、PRBS_Rx_ccheck_enable和Ln0_PRBS_Rx_test_err_counter变量映射到“MDIO功能映射”中定义的寄存器和位。

下行发送PRBS9生成

在发送方向上生成PRBS9测试图案的能力由PRBS9_Tx_generator_ability状态变量表示。如果支持，则通过PRBS9_enable和PRBS_Tx_gen_enable控制变量启用发送PRBS9测试图案生成。当启用发送PRBS9测试图案生成时，PMA应通过inst: IS_UNITDATA .request原语向PMA下方的服务接口生成PRBS9图案。

如果实施了可选的C45 MDIO，则PMA发送功能将PRBS9_Tx_generator_ability、PRBS9_enable和PRBS_Tx_gen_enable变量映射到“MDIO功能映射”中定义的寄存器和位。

请注意，发送PRBS9测试图案旨在通过外部测试装置test gear进行检查，PMA中没有提供PRBS9检查功能。

上行接收PRBS9生成

在接收方向上生成PRBS9测试图案的能力由PRBS9_Rx_generator_ability状态变量表示。如果支持，接收PRBS9测试图案生成由PRBS9_enable和PRBS_Rx_gen_enable控制变量启用。当启用接收PRBS9测试图案生成时，PMA应通过PMA: IS_UNITDATA .indication原语向PMA上层客户端生成PRBS9图案。当启用此测试图案时，PMA还生成PMA: IS_SIGNAL .indication （SIGNAL_OK），指示向PMA上层客户端发送有效信号（SIGNAL_OK = OK），与PMA下方服务接口的状态无关。当接收PRBS9测试图案生成被禁用时，PMA恢复正常运行。

如果实施了可选的C45 MDIO，则PMA接收功能将PRBS9_Rx_generator_ability、PRBS9_enable和PRBS_Rx_gen_enable变量映射到“MDIO功能映射”中定义的寄存器和位。

请注意，发送PRBS9测试图案旨在通过外部测试装置test gear进行检查，PMA中没有提供PRBS9检查功能。

下行发送方波生成

可选的发射方波测试图案生成适用于朝向物理实例化的25GAUI或朝向PMD服务接口的PMA发射方向。

在发送方向上生成方波测试图案的能力由square_wave_ability状态变量表示。如果支持，则启用发射方波测试图案生成。通过Square_wave_enable_0控制变量。当启用发射方波测试图案生成时，PMA应通过inst: IS_UNITDATA .request原语向PMA下方的服务接口生成一个由8个1和8个0组成的方波测试图案。当发射方波测试图案生成被禁用时，PMA恢复正常运行。

如果实现了可选的C45 MDIO，则PMA发送功能将Square_wave_ability和Square_wave_enable_0变量映射到“MDIO功能映射”中定义的寄存器和位。

MDIO功能映射

与PMA相关的寄存器集中在C45寄存器MMD = 1 (PMA/PMD)、 MMD = 8 (Separated PMA (1))、MMD = 9 (Separated PMA (2))、 MMD = 10 (Separated PMA (3))和 MMD =11 (Separated PMA (4))里。MMD8, MMD9, MMD10, MMD11与MMD1功能定义相同。下面对MMD1做一个简单的介绍。

控制变量映射

状态变量映射

25GAUI C2C（C109A）

本附录定义了可选芯片间25Gigabit连接单元接口（25GAUI C2C）的功能和电气特性。下图显示了25GAUI的示例关系。C2C接口到ISO/IEC开放系统互连（OSI）参考模型。25GAUI C2C接口提供电气特性和相关合规点，在设计长度约为25厘米的电气互连系统时可以选择使用。

25GAUI C2C双向链路根据25GAUI C2C发射机、25GAUI C2C信道和25GAUI C2C接收机进行描述。下图描绘了1个典型的25GAUI C2C应用，总结了与芯片间应用相关的推荐差分插入损耗预算。25GAUI C2C接口在每个方向上包括独立的差分数据路径，这些路径是交流耦合的。标称信号速率为25.78125 GBd。链路两端的25GAUI C2C发射机根据信道确认机制调整到适当的设置。