DIY_DE2之DM9000A网卡调试系列例程（二）——DM9000A测试、自收发、实现UDP

一、摘要

　　通过在SOPC中定制软核，在Quartus II中建立硬件工程，然后在NIOS II中建立3个工程，分别实现DM9000A测试、DM9000A自收发和基于DM9000A的UDP协议的例子。3个例子所使用的DM9000A的驱动是一样的。

 

二、实验平台

软件平台：Quartus II 9.0 + Nios II 9.0

硬件平台：DIY_DE2

 

三、实验内容1——>DM9000A测试

　　通过对DM9000A的初始化，测试DM9000A是否能够正常的初始化，能否正常的运行。该内容不需要使用网线。以下为实现步骤。

1、采用SOPC定制软核

 

 

定制软核的详细步骤不再赘述，以上为定制的软核。

cpu_0需要设置的地方：

Reset Vector：cfi_flash_0、

Exception Vector：sram_16bit_512k_0

第二个标签页：Data Master处，Data Cache设置为None

之后分配地址，分配中断号，生成即可。

2、硬件电路

采用原理图的形式，创建顶层文件。

（1）添加生成的软核；

（2）调用锁相环IP核；

（3）连线、分配管脚；

（4）编译、综合，生成配置文件。

最后原理图如下图所示。

 

 

 

需要注意的问题：

（1）软核程序在SDRAM里面运行，为了使软核的速度提升，因此SDRAM的频率和cpu的频率都设置为100M。cpu时钟clk_100和sdram操作时钟clk_50都接PLL的c0，100M，无相位偏移；SDRAM的时钟管脚SDRAM_CLK连接PLL的c1，100M，偏移-3ns。

（2）DM9000A的时钟管脚接50M，直接连接晶振的输入端即可。

（3）复位管脚接高电平VCC即可。

（4）CFI_FLASH的复位管脚FLASH_RESET接高电平VCC即可。

3、软件方面

（1）打开NIOS II，新建工程，调用一个空的工程模板。

（2）添加DM9000A驱动：dm9000a.h和dm9000a.c，将上述两个文件包括basic_io复制到上步建立的工程文件夹下。见附录。

（3）添加一个新的.c文件，命名为main.c。将下列代码复制到main.c内。

 

　　main.c文件

1. #include "basic_io.h"
2. #include "DM9000A.C"
3. int main()
4. { 
5.     unsigned int a;
6.     a=DM9000_init();
7.     DM9000_init();  // initialize DM9000 LAN chip //
8.     if(!a)
9.     {
10.         printf("Success");
11. //   TransmitPacket(unsigned char *data_ptr,unsigned int tx_len);
12. //   ReceivePacket (unsigned char *data_ptr,unsigned int *rx_len);
13.     }
14.     else
15.         printf("Failed");
16.     
17. }

（4）编译、下载、运行，之前要先将.sof的配置文件下载到FPGA内。就可以看到RJ-45的黄色的灯和绿色的灯亮了起来。另外，在NIOS II的控制台Console中也能看到输出了 Success 。这时，说明DM9000A能正常运行，且初始化正常。

 

四、实验内容2——>实现DM9000A自收发

　　通过DM9000A将数据包发送出去，之后通过中断接收。需要使用到网线A。

　　不需要改动硬件系统，在上一步的基础上，直接在NOIS II中新建工程，添加main.c文件。

　　

　　main.c文件内容如下：

1. #include "basic_io.h"
2. #include "DM9000A.C"
3. #include "altera_avalon_pio_regs.h"
4.  
5. unsigned int aaa,rx_len,i,packet_num;                     
6. unsigned char RXT[68] = { 0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,
7.                           0x01,0x60,0x6E,0x11,0x02,0x0F,
8.                           0x08,0x00,0x11,0x22,0x33,0x44,
9.                           0x55,0x66,0x77,0x88,0x99,0xAA,
10.                           0x55,0x66,0x77,0x88,0x99,0xAA,
11.                           0x55,0x66,0x77,0x88,0x99,0xAA,
12.                           0x55,0x66,0x77,0x88,0x99,0xAA,
13.                           0x55,0x66,0x77,0x88,0x99,0xAA,
14.                           0x55,0x66,0x77,0x88,0x99,0xAA,
15.                           0x55,0x66,0x77,0x88,0x99,0xAA,
16.                           0x00,0x00,0x00,0x20 };
17.                          
18.  
19. void ethernet_interrupts()
20. {
21.     packet_num++;
22.     aaa=ReceivePacket (RXT,&rx_len);
23.     if(!aaa)
24.     {
25.       printf("\n\nReceive Packet Length = %d",rx_len);
26.       for(i=0;i<rx_len;i++)
27.       {
28.         if(i%8==0)
29.         printf("\n");
30.         printf("0x%2X,",RXT[i]);
31.         if(RXT[i] == 0x3f)
32.         IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(LED_PIO_BASE, 0xff);
33.       }
34.     }
35. }
36.  
37. int main(void)
38. {
39.   unsigned char TXT[] = { 0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,
40.                           0x01,0x60,0x6E,0x11,0x02,0x0F,
41.                           0x08,0x00,0x11,0x22,0x33,0x44,
42.                           0x55,0x66,0x77,0x88,0x99,0xAA,
43.                           0x55,0x66,0x77,0x88,0x99,0xAA,
44.                           0x55,0x66,0x77,0x88,0x99,0xAA,
45.                           0x55,0x66,0x77,0x88,0x99,0xAA,
46.                           0x55,0x66,0x77,0x88,0x99,0xAA,
47.                           0x55,0x66,0x77,0x88,0x99,0xAA,
48.                           0x55,0x66,0x77,0x88,0x99,0xAA,
49.                           0x00,0x00,0x00,0x20 };
50.   DM9000_init();
51.   alt_irq_register( DM9000A_IRQ, NULL, (void*)ethernet_interrupts );
52.   packet_num=0;
53.   while (1)
54.   {
55.     TransmitPacket(TXT,0x40);
56.     msleep(500);
57.   }
58.  
59.   return 0;
60. }
61. //
62. //-------------------------------------------------------------------------

　　编译、下载、运行。这时候将网线A插入DIY_DE2开发板的RJ-45，能够看到黄色的灯闪烁，绿色的灯一直亮，另外，在NIOS II控制台也能看到收到的数据。

 

五、简单UDP协议的实现

　　DM9000A与PC的简单通信，采用UDP协议，用B网线连接DIY_DE2与PC。FPGA内部产生递增数据，够一个数据包后，通过网络将数据传输给PC，PC也可以通过网络给FPGA发送数据，FPGA则通过中断接收数据。

　　同样，直接在NOIS II中新建工程，添加main.c文件。

　　可以使用Wireshark软件来捕捉数据包，并测试其传输速度。经过测试：

cpu采用100MHz时，

（1）cpu/e：SRAM运行，速度3Mbps；

　　  SDRAM运行，50MHz时，速度600Kbps；

　　  SDRAM运行，100MHz时，速度1.0Mbps；

（2）cpu/f：SRAM运行，速度11Mbps。

 

main.c文件内容如下：

1. main.c文件
2. #include <io.h>
3. #include <stdio.h>
4. #include <unistd.h>
5. #include <stdlib.h>
6. #include <string.h>
7. #include "system.h"
8. #include "DM9000A.C"
9. unsigned int aaa,rx_len,i,counter;
10. unsigned char RXT[70];
11.  
12. unsigned int IPsource_1,IPsource_2,IPsource_3,IPsource_4;
13. unsigned int IPdestination_1,IPdestination_2,IPdestination_3,IPdestination_4;
14. unsigned int IPchecksum1,IPchecksum2,IPchecksum3,IPchecksum4,IPchecksum5;
15. unsigned int Mac_source1, Mac_source2, Mac_source3, Mac_source4, Mac_source5, Mac_source6;
16. unsigned int Mac_dest1, Mac_dest2, Mac_dest3, Mac_dest4, Mac_dest5, Mac_dest6;
17. unsigned int times, lenght_h, lenght_l;
18. unsigned int flenght, IPlenght_h, IPlenght_l, data_lenght, IPlenght;
19.  
20. /*
21. // Next step try to recieve packets. (not available now). 
22. void ethernet_interrupts()
23. {
24.     aaa=ReceivePacket (RXT,&rx_len);
25.     if(!aaa)
26.     {
27.       printf("\n\nReceive Packet Length = %d",rx_len);
28.       for(i=0;i<rx_len;i++)
29.       {
30.         if(i%8==0)
31.         printf("\n");
32.         printf("0x%2X,",RXT[i]);
33.       }
34.     }
35. }
36. */
37. int main(void)
38. {
39.  IPsource_1 = 0xC0;        // Assign ie: 192.168.0.44 IP for the DE2
40.  IPsource_2 = 0xA8;
41.  IPsource_3 = 0x00;
42.  IPsource_4 = 0x2C;
43.  IPdestination_1 = 0xCA;   // Insert your IP data here
44.  IPdestination_2 = 0x76;
45.  IPdestination_3 = 0xBB;
46.  IPdestination_4 = 0x57;
47.  Mac_dest1 = 0x00;         // Insert your MAC address data here
48.  Mac_dest2 = 0x0F;
49.  Mac_dest3 = 0xEA;
50.  Mac_dest4 = 0xFD;
51.  Mac_dest5 = 0x9F;
52.  Mac_dest6 = 0x96;
53.  Mac_source1 =  0x01;      // Assign an MAC address for DE2
54.  Mac_source2 =  0x60;
55.  Mac_source3 =  0x6E;
56.  Mac_source4 =  0x11;
57.  Mac_source5 =  0x02;
58.  Mac_source6 =  0x0F;
59.  
60.  data_lenght = 1468;              // Maximun Data lenght 1468 bytes
61.  
62.  flenght = data_lenght + 0x2E;    //Total packet lenght
63.  lenght_h = ((data_lenght+8) & 0xFF00)>>8; // Convert in H byte and L byte
64.  lenght_l = ((data_lenght+8) & 0x00FF);
65.  
66.  IPlenght = data_lenght + 8 + 20;     // IP Lenght for IP header
67.  IPlenght_h = (IPlenght & 0xFF00)>>8; // Convert in H byte and L byte
68.  IPlenght_l = (IPlenght & 0x00FF);
69.  
70.  // Calculating the IP checksum
71.  IPchecksum1 = 0x0000C511 + (IPsource_1<<8)+IPsource_2+(IPsource_3<<8)+IPsource_4+
72.          (IPdestination_1<<8)+IPdestination_2+(IPdestination_3<<8)+(IPdestination_4)+
73.          (IPlenght_h<<8) + IPlenght_l;
74.  IPchecksum2 =  ((IPchecksum1&0x0000FFFF)+(IPchecksum1>>16));
75.  IPchecksum3 = 0x0000FFFF - IPchecksum2;
76.  IPchecksum4 = (IPchecksum3 & 0xFF00)>>8;
77.  IPchecksum5 = (IPchecksum3 & 0x00FF);
78.  
79.  unsigned char SND[flenght]; // Payload buffer
80.  
81.    unsigned char TXT[] =  { Mac_dest1, Mac_dest2, Mac_dest3, Mac_dest4 ,Mac_dest5, Mac_dest6,
82.                             Mac_source1, Mac_source2, Mac_source3, Mac_source4, Mac_source5, Mac_source6,
83.                             0x08, 0x00, 0x45, 0x00, IPlenght_h, IPlenght_l,
84.                             0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x80, 0x11,
85.                             IPchecksum4, IPchecksum5, IPsource_1, IPsource_2, IPsource_3, IPsource_4,
86.                             IPdestination_1, IPdestination_2, IPdestination_3, IPdestination_4, 0x04, 0x00,
87.                             0x04, 0x00, lenght_h, lenght_l, 0x00, 0x00};
88.  
89.     for (i = 0; i < 42; i++) // Load the TXT[] in the SND (ethernet packet).
90.      SND[i] = TXT[i];
91.    
92.     for (i = 42; i < flenght-4; i++) // generating the data to send.
93.      SND[i] = i-42;
94.  
95.     SND[i++] = 0x35;   // This checksum is not correct... but also the net recieve the packets correctly.
96.     SND[i++] = 0x15;   // To do, calculate checksum.
97.     SND[i++] = 0xF0;
98.     SND[i++] = 0x13;
99.                          
100.   DM9000_init();  // Initialize the DM9000A.
101. // Next step try to recieve packets.(not available now). 
102. //  alt_irq_register( DM9000A_IRQ, NULL, (void*)ethernet_interrupts );
103.   
104.   while (1)
105.   {
106.     TransmitPacket(SND,flenght); // Send repetitively 1468 bytes of data.
107. //    printf("0x%2X,",ior(NSR)); // For check if 10Mbps or 100Mbps active, 0x80 = 10Mbps, 0x40 = 100Mbps.
108. //    may happend an RX overflow buffer = 0x42
109. //    msleep(500);
110.   }
111.   return 0;
112. }

113. //---------------------------------------------------------------

六、说明

　　UDP属于无连接的通信，这里不必把本机和DE2的IP设置成同一网段，即可完成通信。