文章目錄

• 開發環境
• 系統框圖
• 傳送
• 接收
• 總結
• 福利

開發環境

• 小梅哥AC6102開發板（內含RTL8211E千兆乙太網phy晶片）
• quartus prime17.1
• win10
• 千兆網絡卡 這個需要電腦支援，不支援就玩不了了
• udp協議介紹請參考我之前寫的udp和arp
• 本例項支援udp的傳送與接收
• 支援arp的傳送和接收

系統框圖

傳送

本例項支援傳送3種包

• 傳送udp包，s3_in是外部按鍵，按下時為低，鬆開為高。當s3_in被按下時，經過udp_debounce濾波，會輸出一個udp_wr訊號給generate_data模組，當udp_wr為低時，generate_data就會每隔1s產生1024個數據，並寫入到wfifo中，當wfifo中的資料到達1024個時，也就是wfifo_wrusedw >= 1024時，auto_read_write模組就會產生一個udp_tx訊號。然後通知eth_mac_send去傳送一個udp包。
  auto_read_write產生udp_tx程式碼如下：

//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);
 

• 傳送arp請求包
  當s2_in被按下時，會經過arp_debounce模組，並且在你鬆手時，產生一個高脈衝arp_req_tx訊號，（注意arp_debounce和udp_debounce模組功能是不一樣的，具體的自己看看程式碼就知道了），然後再通知eth_mac_send去傳送一個arp請求包。
  arp_debounce產生arp_req_tx程式碼如下：

//對低電平期間的高脈衝進行濾波
//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

//捕獲下降沿  這個訊號會接到eth_mac_send的arp_req_tx上
assign  key_out     =   (~end_cnt) && end_cnt_r;
 

• 傳送arp應答包，當pc向fpga傳送arp請求包時，eth_receive模組會解析接收到的資料，這個模組目前只支援udp和arp的解析，當其將資料解析為arp請求包時，就會產生一個arp_ack_tx訊號給eth_mac_send，並通知他傳送一個arp應答包。
  eth_receive產生arp_ack_tx程式碼如下：

//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

接收模組為eth_receive，目前只支援udp和arp兩種協議

• UDP，當解析資料為udp時，會產生cmd_flag和cmd_data兩個訊號，cmd_flag與udp包中的資料對齊，cmd_data就是udp的資料匯流排。
  使用網路除錯助手向fpga傳送1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9，一共18個數據（如果不足18個數據，會自動補0到18位為止）。

signaltap捕獲的波形:

• ARP請求，當解析為arp請求時，會產生arp_ack_tx訊號。
  為了使pc能傳送arp請求包給fpga,我們可以先把arp表清空。arp -d：清空arp表指令。
  
  可以看出192.168.0.3介面下已經沒有192.168.0.2的資訊了，這個時候我們再拿網路除錯助手向fpga傳送udp包時，因為arp表被清空，所以他會先發一個arp的請求包，然後才再發udp包（因為網路除錯助手發不了arp包，我就想到了這個辦法，哈哈，有知道怎麼直接發arp包的可以在下面評論留言一下），順便拿wireshark看一下到底發了什麼包。
  
  
  可以看出網路助手先發了一個arp的請求包，然後fpga響應了，產生了arp_ack_tx訊號，通知eth_mac_send發arp應答包給pc,這時pc的arp表就會把fpga的ip地址和mac地址對應上
  
  知道了fpga的ip地址和mac後，他接著又發了udp包。
• ARP應答，當fpga向pc傳送了arp請求時，pc也會響應，並且傳送arp應答包給fpga,我設計這個功能，是因為每個pc的mac地址都不一樣，我們就自己向pc傳送arp請求包，然後再解析pc發的arp應答包，並把pc的mac地址給獲取，用於以後傳送udp包。所以這個主要目的是獲取pc的mac地址。
• 

總結

本例項可以用於資料的傳輸，只需要把資料一直往generate_data模組中寫即可，它自動將資料通過udp傳送給pc。所以再稍微封裝一下就可以當成一個udp的ip核了。過幾天還會有個實際的例子，網路攝像頭專案，後續有時間的話，還會在攝像頭的接觸上增加一點影象處理，比如sobel運算元。

福利

專案工程下載連結：