圖10-31 以太網MAC發送模塊的結構示意圖

發送狀態機由Idle_State、Preamble_State、Data0_State、Data1_State、PAD_State、FCS_State、IPG_State、Jam_State、BackOff_State、Defer_State 等十個狀態組成。其狀態轉移圖如圖10-32所示。

圖10-32 發送狀態機的狀態轉移圖

系統復位后，發送模塊即進入Defer_State狀態，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，狀態機進入IPG_State狀態。此后，在等待一個幀間間隙之后，狀態機進入Idle_State狀態。如果在幀間間隙的前2/3個周期檢測到信道忙信號，狀態機將重新回到Defer_State狀態。

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

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

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

在全雙工模式中發送幀時，不會進行延遲（defer）, 發送的過程中也不會產生沖突。此時，發送模塊將忽略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則。因此，全雙工模式下的發送狀態機沒有Jam_State、BackOff_State、Defer_State三個狀態。

2）MAC接收模塊

MAC接收模塊結構如圖10-33所示，負責數據幀的接收。當外部PHY將通信信道的串行數據轉換為半字節長的并行數據并發送給接收模塊后，接收模塊會將這些半字節數據轉換為字節數據，然后經過地址識別、CRC校驗、長度判斷等操作后，再通過主機接口寫入外部存儲器，并在主機接口模塊的接收隊列中記錄幀的相關信息。此外，接收模塊還負責前序碼和CRC的移除。

圖10-33 以太網MAC接收模塊的結構示意圖