以太网接口详解：从Linux驱动到嵌入式应用

"本文主要介绍了以太网接口的基础知识，特别是与Linux网络驱动程序相关的概念。主要内容包括以太网帧的结构、传输编码以及嵌入式以太网方案。" 以太网接口与Linux网络驱动程序是计算机网络中的重要组成部分。以太网是目前最广泛使用的局域网技术，它的接口在物理层上执行数据传输，而Linux网络驱动程序则负责处理这些物理层数据的上下文转换，使其能够在操作系统中被理解和处理。 传输编码是确保数据正确传输的关键环节。以太网采用两种主要的传输编码方式：曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。曼彻斯特编码将每个数据位的中间用一个电平翻转来区分高电平和低电平，同时提供时钟信息，适合于同步传输。差分曼彻斯特编码则是在每个位的中心处进行电平翻转，如果前半个位与后半个位电平相同，则表示0，不同则表示1，同样包含了时钟信息。 以太网协议规定了帧的结构，一个标准的以太网帧包含同步位（PR）、分隔位（SD）、目的地址（DA）、源地址（SA）、类型（TYPE）、数据（DATA）、填充位（PAD）和帧校验序列（FCS）。PR用于同步收发两端的时钟，SD指示数据的开始，DA和SA分别标识数据的目的地和来源，TYPE指示数据类型，DATA部分可以携带最多1500字节的有效载荷。填充位用来确保帧的最小长度为60字节，FCS则通过CRC校验确保数据的完整性。 在应用层，以太网卡会自动处理PR、SD、PAD和FCS，程序员通常只需要关注DA、SA、TYPE和DATA这四部分。以太网卡可以接收广播、多播和单播地址的数据，其中广播地址全为1，多播地址用于特定组通信，而单播地址是每个网卡独有的。 在嵌入式系统中，以太网解决方案通常有两种形式：一是使用嵌入式处理器搭配独立的MAC（介质访问控制）和PHY（物理层）芯片，这种方式通用性好但速度较慢；二是使用具有集成MAC控制器的嵌入式处理器，这种方法速度快，更适合高速网络环境。连接MAC和PHY芯片通常通过MII（媒体独立接口）或RMII（减小媒体独立接口）等接口实现，而10BaseT是以太网的一种物理连接方式，使用双绞线进行通信。 最后，TCP/IP协议栈是网络通信的基础，它包括应用层、传输层、网络层和数据链路层。应用层通过BSD套接字接口提供服务，传输层有TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议），网络层包括IP（网际协议）、ARP（地址解析协议）、ICMP（因特网控制消息协议）和IGMP（因特网组管理协议），这些协议协同工作，确保数据在互联网上的正确传输和路由。