FPGA纯verilog实现UDP协议栈,sgmii接口SFP光口收发,提供工程源码和技术支持

目录

  • 1、前言
  • 2、我这里已有的UDP方案
  • 3、该UDP协议栈性能
  • 4、详细设计方案
    • SFP
    • GMII AXIS接口模块
    • AXIS FIFO
    • UDP协议栈
    • 1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII
  • 5、vivado工程详解
  • 6、上板调试验证并演示
    • 准备工作
    • 查看ARP
    • UDP数据回环测试
  • 7、福利:工程代码的获取

1、前言

目前网上的fpga实现udp基本生态如下:
1:verilog编写的udp收发器,但中间的FIFO或者RAM等调用了IP,或者不带ping功能,这样的代码功能正常也能用,但不带ping功能基本就是废物,在实际项目中不会用这样的代码,试想,多机互联,出现了问题,你的网卡都不带ping功能,连基本的问题排查机制都不具备,这样的代码谁敢用?
2:带ping功能的udp收发器,代码优秀也好用,但基本不开源,不会提供源码给你,这样的代码也有不足,那就是出了问题不知道怎么排查,毕竟你没有源码,无可奈何;
3:使用了Xilinx的Tri Mode Ethernet MAC三速网IP实现,这样的代码也很优秀,但还是那个问题,没有源码,且三速网IP需要licence,三速网IP实现了rgmii到gmii再到axis的转换;
4:使用FPGA的GTX资源利用SFP光口实现UDP,通信,这种方案不需要外接网络变压器即可完成;
5:真正意义上的verilog实现的UDP协议栈,真正意义上的verilog实现意思是UDP协议栈全部代码均使用verilog代码,不适用任何IP核,包括FIFO、RAM等,这样的UDP协议栈移植性很强,这样的协议栈在市面上也很少,几乎很难得到,而很设计就是这样的协议栈,呵呵。。。

本设计使用纯verilog实现的UDP协议栈实现UDP回环通信测试,UDP协议栈输出没有使用外挂的网络PHY,而是调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核实现了网络PHY的功能,速率,速率固定为为1G,该IP配置为SGMII输出接口,通过SFP光口实现UDP数据收发功能;UDP协议栈的用户接口为AXIS,使得用户无需关心复杂的UDP协议而只需关心简单的用户接口时序即可操作UDP收发,将AXIS数据接口做简单的回环处理,即可完成自发自收的功能,并在电脑端使用网络调试助手进行UDP收发验证;

本设计经过反复大量测试稳定可靠,可在项目中直接移植使用,工程代码可综合编译上板调试,可直接项目移植,适用于在校学生、研究生项目开发,也适用于在职工程师做项目开发,可应用于医疗、军工等行业的数字通信领域;
提供完整的、跑通的工程源码和技术支持;
工程源码和技术支持的获取方式放在了文章末尾,请耐心看到最后;

2、我这里已有的UDP方案

目前我这里有大量UDP协议的工程源码,包括UDP数据回环,视频传输,AD采集传输等,也有TCP协议的工程,对网络通信有需求的兄弟可以去看看:直接点击前往

3、该UDP协议栈性能

1:纯verilog实现,没有用到任何一个IP核;
2:移植性天花板,该协议栈可在Xilinx、Altera等各大FPGA型号之间任意移植,因为是没有任何IP,源语也有参数可选择;
3:适应性强,目前已在RTL8211、B50610、88E1518三款phy上成功测试,也可以用GT资源的SFP接口实现UDP协议的以太网通信;
4:时序收敛很到位;
5:动态ARP功能;
6:不带ping功能;
7:RGMII转GMII后由AXIS接口输出,完全可以替代Xilinx的Tri Mode Ethernet MAC IP核;
8:最高支持1G速率;

4、详细设计方案

详细设计方案如下:
FPGA纯verilog实现UDP协议栈,sgmii接口SFP光口收发,提供工程源码和技术支持_第1张图片

SFP

本设计无需外挂网络PHY,而是调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核实现了网络PHY的功能,所以外部接口为SFP光口,并将SFP的RX核TX对接实现数据回环;

GMII AXIS接口模块

GMII AXIS接口模块的代码架构如下:
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该模块用于对接1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核的GMII接口,是UDP协议栈的对外接口,采用纯verilog代码实现,包括AXIS FIFO;

AXIS FIFO

由于使用到了AXIS 数据流,必然需要AXIS FIFO作为哥哥模块的桥接,一般的设计直接调用AXIS FIFO IP核,但本设计为了通用性和移植性,采用纯verilog代码实现,代码中的位置如下:
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UDP协议栈

UDP协议栈采用纯verilog代码实现,代码架构如下:
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协议栈由ARP、IP层、UDP层、AXIS FIFO几个模块组成,全部使用纯verilog代码实现,ARP层实现动态ARP功能,IP层、UDP层实现MAC数据帧的IP层和UDP层的数据解包和组包,这是UDP协议的核心操作,其本身并不复杂,就是根据UDP协议进行对应的数据解析和数据组包即可,使用几个状态机的事儿,很假单,这里就不细说了,AXIS FIFO的作用是将复杂的UDP协议封装为AXIS数据流格式作为用户接口供开发者使用,开发者甚至都不需要去理解里面的协议,就当它是一个AXIS的FIFO用就行了;

1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII

本设计无需外挂网络PHY,而是调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核实现了网络PHY的功能,IP配置如下,此外IP还需配内部寄存器,分别如下,寄存器配置代码位于fpga.v文件:
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5、vivado工程详解

开发板:Xilinx–>xc7k325tffg900-2;
开发环境:Vivado2019.1;
MAC:1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII;
输入\输出:UDP 网络通信;
测试项:数据收发;
工程代码架构如下:
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FPGA资源消耗和功耗预估如下;
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6、上板调试验证并演示

准备工作

开发板连接如下,然后上电下载bit:
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首先设置电脑端IP如下:
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开发板的IP地址在代码中的设置如下,在fpga_core.v里,可以自由修改:
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查看ARP

打开cmd,输入 arp -a查看电脑的arp缓存表,如下:
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UDP数据回环测试

打开网络调试助手并配置,如下:
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单次发送数据测试结果如下:
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循环发送数据测试结果如下,1秒时间间隔循环:
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7、福利:工程代码的获取

福利:工程代码的获取
代码太大,无法邮箱发送,以某度网盘链接方式发送,
资料获取方式:私,或者文章末尾的V名片。
网盘资料如下:
在这里插入图片描述
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