怎样用FPGA实现UDP数据收发回环验证

 

1、首先需要了解网络分层结构，直接看图，分层架构已经很清晰了。

http://s8/mw690/005wyU9kzy6HnffKHxta7&690

http://s16/mw690/005wyU9kzy6Hnfg731t8f&690

 

了解一下这些名词

 

UDP(User Datagram Protocol)用户数据包协议

 

 

IP(Internet Protocol（网络之间互连的协议）)

 

MAC(MediaAccessControl，媒体访问控制，数据链路层）

PHY(Physical Layer Device物理层)  

 

2、需要了解MAC层和PHY的硬件接口，只介绍GMII,和MII,其它类似

 

网络接口GMII/MII 

http://s13/mw690/005wyU9kzy6Hnfj13paac&690

MAC(MediaAccessControl )层和PHY层链接接口GMII (Gigabit Medium Independent Interface)

 

时钟接口

   GTX_CLK  125M

    RX_CLK    125M

数据接口

  TXD[7:0] RXD[7:0]

  TX_EN, 发送数据使能

  TX_ER,发送数据错误 

   RX_DV,  接收数据有效

  RX_ER 接收出错指示

 

MDIO/MDC 控制接口

   MDC为控制时钟

   MDIO控制数据

 

2、MII（Media Independent Interface）接口

 http://s3/mw690/005wyU9kzy6Hnfoho9s02&690

时钟接口

   TX_CLK RX_CLK 25M(100M)

数据接口

   TXD[3:0]

   TX_EN

   TX_ER

   RXD[3:0]

   RX_DV

   RX_ER

    

控制接口  MDC/MDIO

CRS  载波侦测

COL 冲突检测

 

3、需要了解TCP/IP协议，UDP协议，ICMP协议

 http://s7/mw690/005wyU9kzy6HnfqgRLMe6&690

以太网帧

http://s4/mw690/005wyU9kzy6HnfqkXRx43&690

前序，以太网帧头，0x55*7,0xd5共8byte.

目的MAC地址，源地址MAC分别为6个byte.

协议类型，比如0x0800,表示IP协议帧，0x0806表示ARP帧。

FCS为4byte校验序列。

网络长度为以太网(Ethernet)数据帧的长度必须在46-1500字节之间,这是由以太网的物理特性决定的. 

IP报文如下

 

http://s15/mw690/005wyU9kzy6Hnfquskm6e&690

 

 

 

1、4位版本，表示IPV4。

2、包头长度4，为4*5=20字节，表示IP帧头有20字节。

3、16位总长度，字段为16进制表示，报文总长度，不含最后帧的FCS校验。

4、8位生存时间，表示数据包在网络上生存多久，每通过一个路由器该值减一，为0时将被路由器丢弃。TTL<64 128< TTL<256表示LINUX操作系统，64表示WINDOWS系统。

5、8位协议，16进制表示，常用的协议及其十进制数值包括ICMP(1)、TCP(6)、UDP(17)。

6、16位首部校验和，对IP包头的4*5包头进行校验。为了计算一份数据报的IP检验和，首先把检验和字段置为0。然后，对首部中每个16位进行二进制反码求和。

7、32为源IP,目的IP，十六进制表示。

8、选项和数据表示IP层之上的数据包。

UDP报文

 

 http://s11/mw690/005wyU9kzy6HnfvFISeda&690

1、16位UDP长度，表示整个UDP包字节数。

2、16为校验和，伪头部（ 4byte源IP地址 + 4byte目的IP地址 + 0x00 + 1byte协议 + UDP长度(2byte)4byte源IP地址 + 4byte目的IP地址 + 0x00 + 1byte协议(0x11）+ UDP长度(2byte)）和整个报文的校验。UDP数据报文的长度可以为奇数字节，所以在计算校验和时需要在最后增加填充字节0，(填充字节只是为了计算校验和，可以不被传送)。计算方法，将校验和先置0，然后对整个字段反码求和。当然UDP报文检验字段也可以为0，在UDP传输协议中，校验和是可选的，当校验和字段为0时，表明该UDP报文未使用校验和，接收方就不需要校验和检查了,《tcp详解，卷1》书上有一句话：“如果校验和的计算结果为0，则存入的值为全1(65535)，这在二进制反码计算中是等效的”。

3、数据字节数最大为1472字节，最小为**字节；最好为最好不要超过512个字节。

TCP报文

http://s2/mw690/005wyU9kzy6HnfvRUjL51&690

ICMP报文

 http://s5/mw690/005wyU9kzy6HnfzFp0Ed4&690

1、类型字段，比如Ping请求，0x08,Ping相应0x00.

2、代码段，网络不可到达（Code=0）、主机不可到达（Code=1）、协议不可到达（Code=2）

3、检验和，对整个ICMP报文进行校验。

4、32bit ，BE,LE identifier，sequence number。IMCP包头为8字节；

 

4、fpga结构

http://s6/mw690/005wyU9kzy6HnfD39Yh75&690

http://s8/mw690/005wyU9kzy6HnfDeEYva7&690

5、PHY芯片

  

   PHY  88E1111      GMII

          88E1116R   RGMII

          RTL8201    MII

          LAT971A    MII

   MDIO/MDC时序

http://s4/mw690/005wyU9kzy6HnfH4bBh23&690

 

6、软件工具

 

   设置PC

 

 http://s3/mw690/005wyU9kzy6HnfOOf2ab2&690

Wireshark抓数

http://s2/mw690/005wyU9kzy6HnfVCEsF51&690

http://s2/mw690/005wyU9kzy6HnfTzqVz11&690

网络调试工具

http://s7/mw690/005wyU9kzy6HnfX8uEu16&690