FPGA千兆网系列2-----UDP发送与接收

开发环境

• 小梅哥AC6102开发板（内含RTL8211E千兆以太网phy芯片）
• quartus prime17.1
• win10
• 千兆网卡 这个需要电脑支持，不支持就玩不了了
• udp协议介绍请参考我之前写的udp和arp
• 本实例支持udp的发送与接收
• 支持arp的发送和接收

系统框图

发送

本实例支持发送3种包

• 发送udp包，s3_in是外部按键，按下时为低，松开为高。当s3_in被按下时，经过udp_debounce滤波，会输出一个udp_wr信号给generate_data模块，当udp_wr为低时，generate_data就会每隔1s产生1024个数据，并写入到wfifo中，当wfifo中的数据到达1024个时，也就是wfifo_wrusedw >= 1024时，auto_read_write模块就会产生一个udp_tx信号。然后通知eth_mac_send去发送一个udp包。
  auto_read_write产生udp_tx代码如下：

//tx_en
always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin
    if(rst_n==1'b0)begin
        tx_en   <=  1'b0;
    end
    else if(wfifo_wrusedw >= 'd1024)begin
        tx_en   <=  1'b1;
    end
    else begin
        tx_en   <=  1'b0;
    end
end

//tx_en_r
always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin
    if(rst_n == 1'b0)begin
        tx_en_r <=  1'b0;
    end
    else begin
        tx_en_r <=  tx_en;
    end
end

assign  udp_tx      =   tx_en && (~tx_en_r);

• 发送arp请求包
  当s2_in被按下时，会经过arp_debounce模块，并且在你松手时，产生一个高脉冲arp_req_tx信号，（注意arp_debounce和udp_debounce模块功能是不一样的，具体的自己看看代码就知道了），然后再通知eth_mac_send去发送一个arp请求包。
  arp_debounce产生arp_req_tx代码如下：

//对低电平期间的高脉冲进行滤波
//cnt
always @(posedge clk or negedge rst_n)begin
    if(!rst_n)begin
        cnt <= 0;
    end
    else if(add_cnt)begin
        if(end_cnt)
            cnt <= cnt;  
        else
            cnt <= cnt + 1;
    end
    else begin
        cnt <=  0;
    end
end

assign  add_cnt     =       key_r[2] == 1'b0;       
assign  end_cnt     =       add_cnt && cnt == TIME_10US-1;   

//end_cnt_r
always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin
    if(rst_n == 1'b0)begin
        end_cnt_r   <=  1'b0;
    end
    else begin
        end_cnt_r   <=  end_cnt;
    end
end

//捕获下降沿  这个信号会接到eth_mac_send的arp_req_tx上
assign  key_out     =   (~end_cnt) && end_cnt_r;

• 发送arp应答包，当pc向fpga发送arp请求包时，eth_receive模块会解析接收到的数据，这个模块目前只支持udp和arp的解析，当其将数据解析为arp请求包时，就会产生一个arp_ack_tx信号给eth_mac_send，并通知他发送一个arp应答包。
  eth_receive产生arp_ack_tx代码如下：

//arp_ack_tx
always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin
    if(rst_n == 1'b0)begin
        arp_ack_tx  <=  1'b0;
    end
    else if((state_c == CRC) && end_cnt && opcode_req && arp_src_ip_ok)begin
        arp_ack_tx  <=  1'b1;
    end
    else begin
        arp_ack_tx  <=  1'b0;
    end
end

接收

接收模块为eth_receive，目前只支持udp和arp两种协议

• UDP，当解析数据为udp时，会产生cmd_flag和cmd_data两个信号，cmd_flag与udp包中的数据对齐，cmd_data就是udp的数据总线。
  使用网络调试助手向fpga发送1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9，一共18个数据（如果不足18个数据，会自动补0到18位为止）。

signaltap捕获的波形:

• ARP请求，当解析为arp请求时，会产生arp_ack_tx信号。
  为了使pc能发送arp请求包给fpga,我们可以先把arp表清空。arp -d：清空arp表指令。
  
  可以看出192.168.0.3接口下已经没有192.168.0.2的信息了，这个时候我们再拿网络调试助手向fpga发送udp包时，因为arp表被清空，所以他会先发一个arp的请求包，然后才再发udp包（因为网络调试助手发不了arp包，我就想到了这个办法，哈哈，有知道怎么直接发arp包的可以在下面评论留言一下），顺便拿wireshark看一下到底发了什么包。
  
  
  可以看出网络助手先发了一个arp的请求包，然后fpga响应了，产生了arp_ack_tx信号，通知eth_mac_send发arp应答包给pc,这时pc的arp表就会把fpga的ip地址和mac地址对应上
  
  知道了fpga的ip地址和mac后，他接着又发了udp包。
• ARP应答，当fpga向pc发送了arp请求时，pc也会响应，并且发送arp应答包给fpga,我设计这个功能，是因为每个pc的mac地址都不一样，我们就自己向pc发送arp请求包，然后再解析pc发的arp应答包，并把pc的mac地址给获取，用于以后发送udp包。所以这个主要目的是获取pc的mac地址。
• 

总结

本实例可以用于数据的传输，只需要把数据一直往generate_data模块中写即可，它自动将数据通过udp发送给pc。所以再稍微封装一下就可以当成一个udp的ip核了。过几天还会有个实际的例子，网络摄像头项目，后续有时间的话，还会在摄像头的接触上增加一点图像处理，比如sobel算子。

福利

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