企业网站建设58同城,网络业务,项目营销推广计划,青岛商城网站开发前文对IP协议和ICMP协议格式做了讲解#xff0c;本文通过FPGA实现ICMP协议#xff0c;PC端向开发板产生回显请求#xff0c;FPGA接收到回显请求时#xff0c;向PC端发出回显应答。为了不去手动绑定开发板的MAC地址和IP地址#xff0c;还是需要ARP模块。
1、顶层设计 顶层… 前文对IP协议和ICMP协议格式做了讲解本文通过FPGA实现ICMP协议PC端向开发板产生回显请求FPGA接收到回显请求时向PC端发出回显应答。为了不去手动绑定开发板的MAC地址和IP地址还是需要ARP模块。
1、顶层设计 顶层模块直接使用vivado工程截图如下图所示顶层包括6个模块按键消抖模块key、ARP收发模块、RGMII与GMII转换模块rgmii_to_gmii、锁相环模块在前文ARP协议实现时均已详细讲解故本文不再赘述。 由于arp和icmp的发送模块需要使用同一组数据线所以需要一个arp_icmp_ctrl模块去确定输出哪一路信号。 图1 顶层信号流向 顶层参考代码如下所示 //例化锁相环输出200MHZ时钟作为IDELAYECTRL的参考时钟。clk_wiz_0 u_clk_wiz_0 (.clk_out1 ( idelay_clk),//output clk_out1;.resetn ( rst_n ),//input resetn;.clk_in1 ( clk ) //input clk_in1;);//例化按键消抖模块。key #(.TIME_20MS ( TIME_20MS ),//按键抖动持续的最长时间默认最长持续时间为20ms。.TIME_CLK ( TIME_CLK ) //系统时钟周期默认8ns。)u_key (.clk ( gmii_rx_clk ),//系统时钟125MHz。.rst_n ( rst_n ),//系统复位低电平有效。.key_in ( key_in ),//待输入的按键输入信号,默认低电平有效.key_out ( key_out ) //按键消抖后输出信号当按键按下一次时输出一个时钟宽度的高电平);//例化ARP和ICMP的控制模块arp_icmp_ctrl u_arp_icmp_ctrl (.clk ( gmii_rx_clk ),//输入时钟.rst_n ( rst_n ),//复位信号低电平有效.key_in ( key_out ),//按键按下高电平有效.arp_rx_done ( arp_rx_done ),//ARP接收完成信号.arp_rx_type ( arp_rx_type ),//ARP接收类型 0:请求 1:应答.src_mac ( src_mac ),//ARP接收到目的MAC地址。.src_ip ( src_ip ),//ARP接收到目的IP地址。.arp_tx_rdy ( arp_tx_rdy ),//ARP发送模块忙闲指示信号。.arp_tx_start ( arp_tx_start ),//ARP发送使能信号.arp_tx_type ( arp_tx_type ),//ARP发送类型 0:请求 1:应答.arp_gmii_tx_en ( arp_gmii_tx_en ),.arp_gmii_txd ( arp_gmii_txd ),.icmp_rx_done ( icmp_rx_done ),//ICMP接收完成信号.icmp_rx_byte_num ( icmp_rx_byte_num ),//以太网接收的有效字节数 单位:byte。.icmp_tx_rdy ( icmp_tx_rdy ),//ICMP发送模块忙闲指示信号。.icmp_gmii_tx_en ( icmp_gmii_tx_en ),.icmp_gmii_txd ( icmp_gmii_txd ),.des_mac ( des_mac ),//发送的目标MAC地址。.des_ip ( des_ip ),//发送的目标IP地址。.icmp_tx_start ( icmp_tx_start ),//ICMP发送使能信号.icmp_tx_byte_num ( icmp_tx_byte_num ),//以太网发送的有效字节数 单位:byte。.gmii_tx_en ( gmii_tx_en ),.gmii_txd ( gmii_txd ) );//例化ARP模块arp #(.BOARD_MAC ( BOARD_MAC ),//开发板MAC地址 00-11-22-33-44-55;.BOARD_IP ( BOARD_IP ),//开发板IP地址 192.168.1.10;.DES_MAC ( DES_MAC ),//目的MAC地址 ff_ff_ff_ff_ff_ff;.DES_IP ( DES_IP ) //目的IP地址 192.168.1.102;)u_arp (.rst_n ( rst_n ),//复位信号低电平有效。.gmii_rx_clk ( gmii_rx_clk ),//GMII接收数据时钟。.gmii_rx_dv ( gmii_rx_dv ),//GMII输入数据有效信号。.gmii_rxd ( gmii_rxd ),//GMII输入数据。.gmii_tx_clk ( gmii_tx_clk ),//GMII发送数据时钟。.arp_tx_en ( arp_tx_start ),//ARP发送使能信号。.arp_tx_type ( arp_tx_type ),//ARP发送类型 0:请求 1:应答。.des_mac ( des_mac ),//发送的目标MAC地址。.des_ip ( des_ip ),//发送的目标IP地址。.gmii_tx_en ( arp_gmii_tx_en ),//GMII输出数据有效信号。.gmii_txd ( arp_gmii_txd ),//GMII输出数据。.arp_rx_done ( arp_rx_done ),//ARP接收完成信号。.arp_rx_type ( arp_rx_type ),//ARP接收类型 0:请求 1:应答。.src_mac ( src_mac ),//接收到目的MAC地址。.src_ip ( src_ip ),//接收到目的IP地址。.arp_tx_rdy ( arp_tx_rdy ) //ARP发送模块忙闲指示指示信号高电平表示该模块空闲。);//例化ICMP模块。icmp #(.BOARD_MAC ( BOARD_MAC ),//开发板MAC地址 00-11-22-33-44-55;.BOARD_IP ( BOARD_IP ),//开发板IP地址 192.168.1.10;.DES_MAC ( DES_MAC ),//目的MAC地址 ff_ff_ff_ff_ff_ff;.DES_IP ( DES_IP ),//目的IP地址 192.168.1.102;.ETH_TYPE ( 16h0800 ) //以太网帧类型16h0806表示ARP协议16h0800表示IP协议)u_icmp (.rst_n ( rst_n ),//复位信号低电平有效。.gmii_rx_clk ( gmii_rx_clk ),//GMII接收数据时钟。.gmii_rx_dv ( gmii_rx_dv ),//GMII输入数据有效信号。.gmii_rxd ( gmii_rxd ),//GMII输入数据。.gmii_tx_clk ( gmii_tx_clk ),//GMII发送数据时钟。.gmii_tx_en ( icmp_gmii_tx_en ),//GMII输出数据有效信号。.gmii_txd ( icmp_gmii_txd ),//GMII输出数据。.icmp_tx_start ( icmp_tx_start ),//以太网开始发送信号..icmp_tx_byte_num ( icmp_tx_byte_num ),//以太网发送的有效字节数 单位:byte。.des_mac ( des_mac ),//发送的目标MAC地址。.des_ip ( des_ip ),//发送的目标IP地址。.icmp_rx_done ( icmp_rx_done ),//ICMP接收完成信号。.icmp_rx_byte_num ( icmp_rx_byte_num ),//以太网接收的有效字节数 单位:byte。.icmp_tx_rdy ( icmp_tx_rdy ) //ICMP发送模块忙闲指示指示信号高电平表示该模块空闲。);//例化gmii转RGMII模块。rgmii_to_gmii u_rgmii_to_gmii (.idelay_clk ( idelay_clk ),//IDELAY时钟.rst_n ( rst_n ),.gmii_tx_en ( gmii_tx_en ),//GMII发送数据使能信号.gmii_txd ( gmii_txd ),//GMII发送数据.gmii_rx_clk ( gmii_rx_clk ),//GMII接收时钟.gmii_rx_dv ( gmii_rx_dv ),//GMII接收数据有效信号.gmii_rxd ( gmii_rxd ),//GMII接收数据.gmii_tx_clk ( gmii_tx_clk ),//GMII发送时钟.rgmii_rxc ( rgmii_rxc ),//RGMII接收时钟.rgmii_rx_ctl ( rgmii_rx_ctl ),//RGMII接收数据控制信号.rgmii_rxd ( rgmii_rxd ),//RGMII接收数据.rgmii_txc ( rgmii_txc ),//RGMII发送时钟.rgmii_tx_ctl ( rgmii_tx_ctl ),//RGMII发送数据控制信号.rgmii_txd ( rgmii_txd ) //RGMII发送数据);/*ila_0 u_ila_0 (.clk ( gmii_rx_clk ),//input wire clk.probe0 ( gmii_rx_dv ),//input wire [0:0] probe0 .probe1 ( gmii_rxd ),//input wire [7:0] probe1 .probe2 ( gmii_tx_en ),//input wire [0:0] probe2 .probe3 ( gmii_txd ),//input wire [7:0] probe3 .probe4 ( u_icmp.u_icmp_rx.state_n ),//input wire [6:0] probe4 .probe5 ( u_icmp.u_icmp_rx.state_c ),//input wire [6:0] probe5 .probe6 ( icmp_gmii_tx_en ),//input wire [0:0] probe6 .probe7 ( icmp_gmii_txd ),//input wire [7:0] probe7 .probe8 ( icmp_tx_rdy ),//input wire [0:0] probe8 .probe9 ( icmp_rx_done ),//input wire [0:0] probe9 .probe10 ( u_icmp.u_icmp_rx.error_flag ),//input wire [0:0] probe10.probe11 ( u_icmp.u_icmp_rx.fifo_wr ),//input wire [0:0] probe11.probe12 ( u_icmp.u_icmp_rx.cnt ),//input wire [7:0] probe12.probe13 ( u_icmp.u_icmp_rx.cnt_num ),//input wire [7:0] probe13.probe14 ( u_icmp.u_icmp_rx.gmii_rxd_r[0]),//input wire [7:0] probe14.probe15 ( u_icmp.u_icmp_rx.fifo_wdata ) //input wire [7:0] probe15);*/icmp模块实现对ICMP协议的接收和发送下图是该模块的内部模块分布图包括ICMP接收模块icmp_rx、ICMP发送模块icmp_tx两个CRC校验模块分别对接收和发送的数据进行CRC校验。因为回显应答必须把回显请求的数据原封不动的发送出去因此使用一个FIFO对回显请求的数据进行暂存。 图2 ICMP模块信号流向 ICMP顶层参考代码如下所示 //例化ICMP接收模块icmp_rx #(.BOARD_MAC ( BOARD_MAC ),//开发板MAC地址 00-11-22-33-44-55.BOARD_IP ( BOARD_IP ) //开发板IP地址 192.168.1.10)u_icmp_rx (.clk ( gmii_rx_clk ),//时钟信号;.rst_n ( rst_n ),//复位信号低电平有效;.gmii_rx_dv ( gmii_rx_dv ),//GMII输入数据有效信号;.gmii_rxd ( gmii_rxd ),//GMII输入数据;.crc_out ( rx_crc_out ),//CRC校验模块输出的数据.rec_pkt_done ( icmp_rx_done ),//ICMP接收完成信号高电平有效.fifo_wr ( fifo_wr_en ),//fifo写使能。.fifo_wdata ( fifo_wdata ),//fifo写数据将接收到的ICMP数据写入FIFO中。.data_byte_num ( icmp_rx_byte_num ),//以太网接收的有效数据字节数 单位:byte .icmp_id ( icmp_id ),//ICMP标识符;.icmp_seq ( icmp_seq ),//ICMP序列号;.data_checksum ( data_checksum ),//ICMP数据段的校验和;.crc_data ( rx_crc_data ),//需要CRC模块校验的数据;.crc_en ( rx_crc_en ),//CRC开始校验使能;.crc_clr ( rx_crc_clr ) //CRC数据复位信号;);//例化接收数据时需要的CRC校验模块crc32_d8 u_crc32_d8_rx (.clk ( gmii_rx_clk ),//时钟信号;.rst_n ( rst_n ),//复位信号低电平有效;.data ( rx_crc_data ),//需要CRC模块校验的数据;.crc_en ( rx_crc_en ),//CRC开始校验使能;.crc_clr ( rx_crc_clr ),//CRC数据复位信号;.crc_out ( rx_crc_out ) //CRC校验模块输出的数据);//例化ICMP发送模块icmp_tx #(.BOARD_MAC ( BOARD_MAC ),//开发板MAC地址 00-11-22-33-44-55.BOARD_IP ( BOARD_IP ),//开发板IP地址 192.168.1.10.DES_MAC ( DES_MAC ),//目的MAC地址 ff_ff_ff_ff_ff_ff.DES_IP ( DES_IP ),//目的IP地址 192.168.1.102.ETH_TYPE ( ETH_TYPE ) //以太网帧类型16h0806表示ARP协议16h0800表示IP协议)u_icmp_tx (.clk ( gmii_tx_clk ),//时钟信号;.rst_n ( rst_n ),//复位信号低电平有效;.reply_checksum ( data_checksum ),//ICMP数据段的校验和;.icmp_id ( icmp_id ),//ICMP标识符;.icmp_seq ( icmp_seq ),//ICMP序列号;.icmp_tx_en ( icmp_tx_start ),//ICMP发送使能信号.tx_byte_num ( icmp_tx_byte_num ),//ICMP数据段需要发送的数据。.des_mac ( des_mac ),//发送的目标MAC地址.des_ip ( des_ip ),//发送的目标IP地址.crc_out ( tx_crc_out ),//CRC校验数据.crc_en ( tx_crc_en ),//CRC开始校验使能.crc_clr ( tx_crc_clr ),//CRC数据复位信号.crc_data ( tx_crc_data ),//输出给CRC校验模块进行计算的数据.fifo_rd_en ( fifo_rd_en ),//FIFO读使能信号。.fifo_rdata ( fifo_rdata ),//从FIFO读出以太网需要发送的数据。.gmii_tx_en ( gmii_tx_en ),//GMII输出数据有效信号.gmii_txd ( gmii_txd ),//GMII输出数据.rdy ( icmp_tx_rdy ) //模块忙闲指示信号高电平表示该模块处于空闲状态);//例化发送数据时需要的CRC校验模块crc32_d8 u_crc32_d8_tx (.clk ( gmii_tx_clk ),//时钟信号;.rst_n ( rst_n ),//复位信号低电平有效;.data ( tx_crc_data ),//需要CRC模块校验的数据;.crc_en ( tx_crc_en ),//CRC开始校验使能;.crc_clr ( tx_crc_clr ),//CRC数据复位信号;.crc_out ( tx_crc_out ) //CRC校验模块输出的数据);//例化FIFOfifo_generator_0 u_fifo_generator_0 (.clk ( gmii_rx_clk ),//input wire clk.srst ( ~rst_n ),//input wire srst.din ( fifo_wdata ),//input wire [7 : 0] din.wr_en ( fifo_wr_en ),//input wire wr_en.rd_en ( fifo_rd_en ),//input wire rd_en.dout ( fifo_rdata ),//output wire [7 : 0] dout.full ( ),//output wire full.empty ( ) //output wire empty);ICMP顶层TestBench参考代码如下所示
timescale 1 ns/1 ns
module test();parameter CYCLE 10 ;//系统时钟周期单位ns默认10nsparameter RST_TIME 10 ;//系统复位持续时间默认10个系统时钟周期parameter STOP_TIME 1000 ;//仿真运行时间复位完成后运行1000个系统时钟后停止parameter BOARD_MAC 48h00_11_22_33_44_55 ;parameter BOARD_IP {8d192,8d168,8d1,8d10} ;localparam DES_MAC 48h23_45_67_89_0a_bc ;localparam DES_IP {8d192,8d168,8d1,8d23} ;localparam ETH_TYPE 16h0800 ;//以太网帧类型 IPreg clk ;//系统时钟默认100MHzreg rst_n ;//系统复位默认低电平有效reg [7 : 0] gmii_rxd ;reg gmii_rx_dv ;wire icmp_tx_start ;wire [15 : 0] icmp_tx_byte_num ;wire [47 : 0] des_mac ;wire [31 : 0] des_ip ;wire gmii_tx_en ;wire [7 : 0] gmii_txd ;wire icmp_rx_done ;wire [15 : 0] icmp_rx_byte_num ;wire icmp_tx_rdy ;reg [7 : 0] rx_data [255 : 0] ;//申请256个数据的存储器assign icmp_tx_start icmp_rx_done;assign icmp_tx_byte_num icmp_rx_byte_num;assign des_mac 0;assign des_ip 0;icmp #(.BOARD_MAC ( BOARD_MAC ),.BOARD_IP ( BOARD_IP ),.DES_MAC ( DES_MAC ),.DES_IP ( DES_IP ),.ETH_TYPE ( ETH_TYPE ))u_icmp (.rst_n ( rst_n ),.gmii_rx_clk ( clk ),.gmii_rx_dv ( gmii_rx_dv ),.gmii_rxd ( gmii_rxd ),.gmii_tx_clk ( clk ),.icmp_tx_start ( icmp_tx_start ),.icmp_tx_byte_num ( icmp_tx_byte_num ),.des_mac ( des_mac ),.des_ip ( des_ip ),.gmii_tx_en ( gmii_tx_en ),.gmii_txd ( gmii_txd ),.icmp_rx_done ( icmp_rx_done ),.icmp_rx_byte_num ( icmp_rx_byte_num ),.icmp_tx_rdy ( icmp_tx_rdy ));reg crc_clr ;reg gmii_crc_vld ;reg [7 : 0] gmii_rxd_r ;reg gmii_rx_dv_r ;reg crc_data_vld ;reg [9 : 0] i ;reg [15 : 0] num ;wire [31 : 0] crc_out ;//生成周期为CYCLE数值的系统时钟;initial beginclk 0;forever #(CYCLE/2) clk ~clk;end//生成复位信号initial begin#1;gmii_rxd 0; gmii_rx_dv 0;gmii_crc_vld 1b0;num0;gmii_rxd_r0;gmii_rx_dv_r0;crc_clr0;for(i 0 ; i 256 ; i i 1)begin#1;rx_data[i] {$random} % 256;//初始化存储体endrst_n 1;#2;rst_n 0;//开始时复位10个时钟#(RST_TIME*CYCLE);rst_n 1;#(20*CYCLE);repeat(4)begin//发送2帧数据gmii_tx_test(18);gmii_crc_vld 1b1;gmii_rxd_r crc_out[7 : 0];#(CYCLE);gmii_rxd_r crc_out[15 : 8];#(CYCLE);gmii_rxd_r crc_out[23 : 16];#(CYCLE);gmii_rxd_r crc_out[31 : 24];#(CYCLE);gmii_crc_vld 1b0;crc_clr 1b1;#(CYCLE);crc_clr 1b0;(posedge icmp_rx_done);#(50*CYCLE);end#(20*CYCLE);$stop;//停止仿真endtask gmii_tx_test(input [15 : 0] data_num //需要把多少个存储体中的数据进行发送取值范围[18,255]);reg [31 : 0] ip_check;reg [15 : 0] total_num;reg [31 : 0] icmp_check;begintotal_num data_num 28;icmp_check 16h1 16h8;//ICMP首部相加ip_check DES_IP[15:0] BOARD_IP[15:0] DES_IP[31:16] BOARD_IP[31:16] 16h4500 total_num 16h4000 num 16h8001;if(~data_num[0])begin//ICMP数据段个数为偶数for(i0 ; 2*i data_num ; i i1)begin#1;//计算ICMP数据段的校验和。icmp_check icmp_check {rx_data[i][7:0],rx_data[i1][7:0]};endendelse begin//ICMP数据段个数为奇数for(i0 ; 2*i data_num1 ; i i1)begin#1;//计算ICMP数据段的校验和。if(2*i 1 data_num)icmp_check icmp_check {rx_data[i][7:0]};elseicmp_check icmp_check {rx_data[i][7:0],rx_data[i1][7:0]};endendcrc_data_vld 1b0;#(CYCLE);repeat(7)begin//发送前导码7个8H55gmii_rxd_r 8h55;gmii_rx_dv_r 1b1;#(CYCLE);endgmii_rxd_r 8hd5;//发送SFD一个字节的8hd5#(CYCLE);crc_data_vld 1b1;//发送以太网帧头数据for(i0 ; i6 ; ii1)begin//发送6个字节的目的MAC地址gmii_rxd_r BOARD_MAC[47-8*i -: 8];#(CYCLE);endfor(i0 ; i6 ; ii1)begin//发送6个字节的源MAC地址gmii_rxd_r DES_MAC[47-8*i -: 8];#(CYCLE);endfor(i0 ; i2 ; ii1)begin//发送2个字节的以太网类型gmii_rxd_r ETH_TYPE[15-8*i -: 8];#(CYCLE);end//发送IP帧头数据gmii_rxd_r 8H45;#(CYCLE);gmii_rxd_r 8d00;ip_check ip_check[15 : 0] ip_check[31:16];icmp_check icmp_check[15 : 0] icmp_check[31:16];#(CYCLE);gmii_rxd_r total_num[15:8];ip_check ip_check[15 : 0] ip_check[31:16];icmp_check icmp_check[15 : 0] icmp_check[31:16];#(CYCLE);gmii_rxd_r total_num[7:0];ip_check ~ip_check[15 : 0];icmp_check ~icmp_check[15 : 0];#(CYCLE);gmii_rxd_r num[15:8];#(CYCLE);gmii_rxd_r num[7:0];#(CYCLE);gmii_rxd_r 8h40;#(CYCLE);gmii_rxd_r 8h00;#(CYCLE);gmii_rxd_r 8h80;#(CYCLE);gmii_rxd_r 8h01;#(CYCLE);gmii_rxd_r ip_check[15:8];#(CYCLE);gmii_rxd_r ip_check[7:0];#(CYCLE);for(i0 ; i4 ; ii1)begin//发送6个字节的源IP地址gmii_rxd_r DES_IP[31-8*i -: 8];#(CYCLE);endfor(i0 ; i4 ; ii1)begin//发送4个字节的目的IP地址gmii_rxd_r BOARD_IP[31-8*i -: 8];#(CYCLE);end//发送ICMP帧头及数据包gmii_rxd_r 8h08;//发送回显请求。#(CYCLE);gmii_rxd_r 8h00;#(CYCLE);gmii_rxd_r icmp_check[31:16];#(CYCLE);gmii_rxd_r icmp_check[15:0];#(CYCLE);gmii_rxd_r 8h00;#(CYCLE);gmii_rxd_r 8h01;#(CYCLE);gmii_rxd_r 8h00;#(CYCLE);gmii_rxd_r 8h08;#(CYCLE);for(i0 ; idata_num ; ii1)begingmii_rxd_r rx_data[i];#(CYCLE);endcrc_data_vld 1b0;gmii_rx_dv_r 1b0;num num 1;endendtaskcrc32_d8 u_crc32_d8_1 (.clk ( clk ),.rst_n ( rst_n ),.data ( gmii_rxd_r ),.crc_en ( crc_data_vld ),.crc_clr ( crc_clr ),.crc_out ( crc_out ));always(posedge clk)beginif(rst_n1b0)begin//初始值为0;gmii_rxd 8d0;gmii_rx_dv 1b0;endelse if(gmii_rx_dv_r || gmii_crc_vld)begingmii_rxd gmii_rxd_r;gmii_rx_dv 1b1;endelse begingmii_rx_dv 1b0;endendendmodule2、ICMP接收模块 前文对ICMP的数据报做了详细讲解ICMP数据报文的构成如下所示包括前导码和帧起始符、以太网帧头、IP首部、ICMP首部、ICMP数据、CRC校验等几个模块。 图3 以太网的ICMP数据报格式 本文检测接收的数据是不是ICMP回显请求需要将回显请求的标识符、序列号、ICMP数据段保存下来便于回显应答时使用。同时在接收ICMP数据时应该把数据端的校验和计算出来回显应答时就不再需要时间去计算数据段的校验和了。 此模块没有做IP首部校验和以及ICMP校验和只做了CRC校验和因为FPGA根据接收到的数据特征其实能够大致判断是否正确加上CRC校验无误就基本上不会出现错误了。 本模块以状态机为主体嵌套一个计数器cnt实现下图是状态机的状态转换图。 本模块会使用移位寄存器把输入数据gmii_rxd暂存7个时钟周期便于前导码和帧起始符的检测该移位寄存器的数据也可以在后续中使用所以使用移位寄存器会比较方便。 空闲状态(IDLE)这个状态就一直检测前导码和帧起始符检测到后把start信号拉高表示开始接收数据状态机跳转到接收以太网帧头的状态。状态机的现态与移位寄存器gmii_rxd[0]的数据对齐后续数据大多都来自该移位寄存器最低位置存储的数据。 图4 ICMP接收模块状态转换图 后面各个状态分别接收对应数据计数器cnt用来计数每个状态应该接收的数据个数。其中ICMP数据段的数据个数通过IP首部的总长度减去IP首部长度在减去ICMP首部长度得到ICMP数据段的长度还要输出在后续进行回显应答时从FIFO中读取对应个数的数据输出。 然后就是错误标志信号error_flag就是接收的数据不是ICMP或者不是发送给开发板的数据时就会拉高此时就会把接收的数据报文丢弃。比如在以太网帧头部分检测到接收的目的MAC地址不是开发板MAC地址或广播地址此时error_flag拉高表示该数据报不是发送给开发板的直接丢弃不在继续接收。又比如在接收ICMP首部时检测到该数据报文不是回显请求则error_flag拉高直接丢弃该报文后续的数据不需要存入FIFO中。 注意在接收ICMP数据时需要将接收的两字节数据拼接后相加得到校验和这是因为回显应答时需要先发送ICMP校验和后发送ICMP数据且需要发送的ICMP的数据存在FIFO中提前取出不方便所以在接收的时候就把数据段相加得到数据段的累加和后续在回显应答时直接使用即可。也就是前文介绍的IP首部校验和计算方式但是此处只把接收到的两字节数据相加因为ICMP的校验和还包括ICMP首部其余运算在ICMP发送时才能继续。 其余部分都比较简单可以自行查看工程对应文件参考代码如下 //The first section: synchronous timing always module, formatted to describe the transfer of the secondary register to the live register ?always(posedge clk)beginif(!rst_n)beginstate_c IDLE;endelse beginstate_c state_n;endend//The second paragraph: The combinational logic always module describes the state transition condition judgment.always(*)begincase(state_c)IDLE:beginif(start)begin//检测到前导码和SFD后跳转到接收以太网帧头数据的状态。state_n ETH_HEAD;endelse beginstate_n state_c;endendETH_HEAD:beginif(error_flag)begin//在接收以太网帧头过程中检测到错误。state_n RX_END;endelse if(end_cnt)begin//接收完以太网帧头数据且没有出现错误则继续接收IP协议数据。state_n IP_HEAD;endelse beginstate_n state_c;endendIP_HEAD:beginif(error_flag)begin//在接收IP帧头过程中检测到错误。state_n RX_END;endelse if(end_cnt)begin//接收完以IP帧头数据且没有出现错误则继续接收ICMP协议数据。state_n ICMP_HEAD;endelse beginstate_n state_c;endendICMP_HEAD:beginif(error_flag)begin//在接收ICMP协议帧头过程中检测到错误。state_n RX_END;endelse if(end_cnt)begin//接收完以ICMP帧头数据且没有出现错误则继续接收ICMP数据。state_n ICMP_DATA;endelse beginstate_n state_c;endendICMP_DATA:beginif(error_flag)begin//在接收ICMP协议数据过程中检测到错误。state_n RX_END;endelse if(end_cnt)begin//接收完ICMP协议数据且未检测到数据错误。state_n CRC;endelse beginstate_n state_c;endendCRC:beginif(end_cnt)begin//接收完CRC校验数据。state_n RX_END;endelse beginstate_n state_c;endendRX_END:beginif(~gmii_rx_dv)begin//检测到数据线上数据无效。state_n IDLE;endelse beginstate_n state_c;endenddefault:beginstate_n IDLE;endendcaseend//将输入数据保存6个时钟周期用于检测前导码和SFD。//注意后文的state_c与gmii_rxd_r[0]对齐。always(posedge clk)begingmii_rxd_r[6] gmii_rxd_r[5];gmii_rxd_r[5] gmii_rxd_r[4];gmii_rxd_r[4] gmii_rxd_r[3];gmii_rxd_r[3] gmii_rxd_r[2];gmii_rxd_r[2] gmii_rxd_r[1];gmii_rxd_r[1] gmii_rxd_r[0];gmii_rxd_r[0] gmii_rxd;gmii_rx_dv_r {gmii_rx_dv_r[5 : 0],gmii_rx_dv};end//在状态机处于空闲状态下检测到连续7个8h55后又检测到一个8hd5后表示检测到帧头此时将介绍数据的开始信号拉高其余时间保持为低电平。always(posedge clk)beginif(rst_n1b0)begin//初始值为0;start 1b0;endelse if(state_c IDLE)beginstart ({gmii_rx_dv_r,gmii_rx_dv} 8hFF) ({gmii_rxd,gmii_rxd_r[0],gmii_rxd_r[1],gmii_rxd_r[2],gmii_rxd_r[3],gmii_rxd_r[4],gmii_rxd_r[5],gmii_rxd_r[6]} 64hD5_55_55_55_55_55_55_55);endend//计数器状态机在不同状态需要接收的数据个数不一样使用一个可变进制的计数器。always(posedge clk)beginif(rst_n1b0)begin//cnt 0;endelse if(add_cnt)beginif(end_cnt)cnt 0;elsecnt cnt 1;endelse begincnt 0;endend//当状态机不在空闲状态或接收数据结束阶段时计数计数到该状态需要接收数据个数时清零。assign add_cnt (state_c ! IDLE) (state_c ! RX_END) gmii_rx_dv_r[0];assign end_cnt add_cnt cnt cnt_num - 1;//状态机在不同状态需要接收不同的数据个数在接收以太网帧头时需要接收14byte数据。always(posedge clk)beginif(rst_n1b0)begin//初始值为20;cnt_num 16d20;endelse begincase(state_c)ETH_HEAD : cnt_num 16d14;//以太网帧头长度位14字节。IP_HEAD : cnt_num ip_head_byte_num;//IP帧头为20字节数据。ICMP_HEAD: cnt_num 16d8;//ICMP帧头为8字节数据。ICMP_DATA: cnt_num icmp_data_length;//ICMP数据段需要根据数据长度进行变化。CRC : cnt_num 16d4;//CRC校验为4字节数据。default: cnt_num 16d20;endcaseendend//接收目的MAC地址需要判断这个包是不是发给开发板的目的MAC地址是不是开发板的MAC地址或广播地址。always(posedge clk)beginif(rst_n1b0)begin//初始值为0;des_mac_t 48d0;endelse if((state_c ETH_HEAD) add_cnt cnt 5d6)begindes_mac_t {des_mac_t[39:0],gmii_rxd_r[0]};endend//判断接收的数据是否正确以此来生成错误指示信号判断状态机跳转。always(posedge clk)beginif(rst_n1b0)begin//初始值为0;error_flag 1b0;endelse begincase(state_c)ETH_HEAD : beginif(add_cnt)if(cnt 6)//判断接收的数据是不是发送给开发板或者广播数据。error_flag ((des_mac_t ! BOARD_MAC) (des_mac_t ! 48HFF_FF_FF_FF_FF_FF));else if(cnt 12)//判断接收的数据是不是IP协议。error_flag ({gmii_rxd_r[0],gmii_rxd} ! ETH_TPYE);endIP_HEAD : beginif(add_cnt)beginif(cnt 9)//如果当前接收的数据不是ICMP协议停止解析数据。error_flag (gmii_rxd_r[0] ! ICMP_TYPE);else if(cnt 16d18)//判断目的IP地址是否为开发板的IP地址。error_flag ({des_ip,gmii_rxd_r[0],gmii_rxd} ! BOARD_IP);endendICMP_HEAD : beginif(add_cnt cnt 1)begin//ICMP报文类型不是回显请求。error_flag (icmp_type ! ECHO_REQUEST);endenddefault: error_flag 1b0;endcaseendend//接收IP首部相关数据always(posedge clk)beginif(rst_n1b0)begin//初始值为0;ip_head_byte_num 6d20;ip_total_length 16d28;des_ip 16d0;icmp_data_length 16d0;endelse if(state_c IP_HEAD add_cnt)begincase(cnt)16d0 : ip_head_byte_num {gmii_rxd_r[0][3:0],2d0};//接收IP首部的字节个数。16d2 : ip_total_length[15:8] gmii_rxd_r[0];//接收IP报文总长度的高八位数据。16d3 : ip_total_length[7:0] gmii_rxd_r[0];//接收IP报文总长度的低八位数据。16d4 : icmp_data_length ip_total_length - ip_head_byte_num - 8;//计算ICMP报文数据段的长度ICMP帧头为8字节数据。16d16,16d17: des_ip {des_ip[7:0],gmii_rxd_r[0]};//接收目的IP地址。default: ;endcaseendend//接收ICMP首部相关数据always(posedge clk)beginif(rst_n1b0)begin//初始值为0;icmp_type 8d0;icmp_code 8d0;icmp_checksum 16d0;icmp_id 16d0;icmp_seq 16d0;endelse if(state_c ICMP_HEAD add_cnt)begincase(cnt)16d0 : icmp_type gmii_rxd_r[0];//接收ICMP报文类型。16d1 : icmp_code gmii_rxd_r[0];//接收ICMP报文代码。16d2,16d3 : icmp_checksum {icmp_checksum[7:0],gmii_rxd_r[0]};//接收ICMP报文帧头和数据的校验和。16d4,16d5 : icmp_id {icmp_id[7:0],gmii_rxd_r[0]};//接收ICMP的ID。16d6,16d7 : icmp_seq {icmp_seq[7:0],gmii_rxd_r[0]};//接收ICMP报文的序列号。default: ;endcaseendend//计算接收到的数据的校验和。always(posedge clk)beginif(rst_n1b0)begin//初始值为0;reply_checksum_add 16d0;endelse if(state_c RX_END)begin//累加器清零。reply_checksum_add 16d0;endelse if(state_c ICMP_DATA add_cnt)beginif(end_cnt icmp_data_length[0])begin//如果计数器计数结束且数据个数为奇数个那么直接将当前数据与累加器相加。reply_checksum_add reply_checksum_add {8d0,gmii_rxd_r[0]};endelse if(cnt[0])//计数器计数到奇数时将前后两字节数据拼接相加。reply_checksum_add reply_checksum_add {gmii_rxd_r[1],gmii_rxd_r[0]};endend//控制FIFO使能信号以及数据信号。always(posedge clk)beginfifo_wdata (state_c ICMP_DATA) ? gmii_rxd_r[0] : fifo_wdata;//在接收ICMP数据阶段时接收数据。fifo_wr (state_c ICMP_DATA);//在接收数据阶段时将FIFO写使能信号拉高其余时间均拉低。end//生产CRC校验相关的数据和控制信号。always(posedge clk)begincrc_data gmii_rxd_r[0];//将移位寄存器最低位存储的数据作为CRC输入模块的数据。crc_clr (state_c IDLE);//当状态机处于空闲状态时清除CRC校验模块计算。crc_en (state_c ! IDLE) (state_c ! RX_END) (state_c ! CRC);//CRC校验使能信号。end//接收PC端发送来的CRC数据。always(posedge clk)beginif(rst_n1b0)begin//初始值为0;des_crc 24hff_ff_ff;endelse if(add_cnt state_c CRC)begin//先接收的是低位数据des_crc {gmii_rxd_r[0],des_crc[23:8]};endend//生成相应的输出数据。always(posedge clk)beginif(rst_n1b0)begin//初始值为0;rec_pkt_done 1b0;data_byte_num 16d0;data_checksum 16d0;end//如果CRC校验成功把ICMP协议接收完成信号拉高把接收到ICMP数据个数和数据段的校验和输出。else if(state_c CRC end_cnt ({gmii_rxd_r[0],des_crc[23:0]} crc_out))beginrec_pkt_done 1b1;data_byte_num icmp_data_length;data_checksum reply_checksum_add;endelse beginrec_pkt_done 1b0;endend仿真结果如下图所示TestBench与ICMP发送模块共用在下文ICMP顶层模块处提供。 如下图所示当移位寄存器和输入数据gmii_rdv检测到前导码和帧起始符后start信号拉高(天蓝色信号)然后状态机紫红色信号分别是状态机的次态跟现态跳转到接收以太网帧头的状态并且可以看到移位寄存器的最低数据gmii_rxd_r[0]数据与状态机的现态state_c是对齐的。 图5 ICMP接收模块仿真 然后接收以太网帧头接收到目的MAC地址为48’h001122334455与开发板的目的MAC一致则继续接收数据。并且后续协议类型为16’h0800是IP协议则状态跳转到接收IP头部数据。 把crc校验模块的使能信号拉高且把接收到的数据gmii_rxd_r[0]的数据输出给crc校验模块进行计算如下图四个紫红色与crc有关的信号就是crc校验模块相关的信号。 图6 接收以太网帧头数据 下图是接收IP头部数据首先接收IP头部长度为20字节然后接收IP报文总长度为46字节计算出ICMP数据段为18字节的长度。在计数器cnt为9时gmii_rxd_r[0]为1表示后面是ICMP协议计数器cnt等于18时{des_ip,gmii_rxd_r[0],gmii_rxd}32’hc0a8010a与开发板的目的IP地址一致则接收的数据报是发送给开发板的ICMP数据报。 计数器计数到最大值后状态机跳转到接收ICMP首部数据状态。整个过程中CRC校验模块一直在对接收的数据进行校验计算。 图7 接收IP头部数据 状态机在接收ICMP首部数据的仿真如下图所示接收到的类型为8代码为0则表示该ICMP数据报是ICMP回显请求。继续接收ICMP的标识符为1序列号为8将序列号和标识符输出。注意crc校验模块依旧在对接收的数据进行计算。ICMP首部接收完成后状态机跳转到接收ICMP数据状态。 图8 接收ICMP头部数据 下图是接收ICMP数据的时序仿真前文计算出需要接收18字节的ICMP数据所以计数器cnt最大值为17。计数器为奇数时将接收的前两字节数据拼接并与校验和数据相加得到最后的校验和数据。注意如果接收数据个数是单数则计数器结束时把接收的数据直接与校验和相加。得到ICMP数据段校验和数据为32’h0003C4C9输出给ICMP发送模块使用。 还需要把该数据段输出给外部FIFO进行暂存将FIFO的写使能拉高gmii_rxd_r[0]赋值给FIFO写数据。该状态结束时crc校验模块也对接收的这帧数据校验完成由图可知校验结果为32’h8c2aff78。 图9 接收ICMP数据 下图是接收CRC校验阶段如图所示计数器为3时{ gmii_rxd_r[0],des_crc} 32‘h8c2aff78与crc校验模块计算的结果一致则表示接收的数据正确把rec_pkt_done信号拉高一个时钟周期表示接收数据完成把ICMP数据段的长度和数据校验和输出便于后面ICMP回显应答使用。 图10 接收CRC校验数据 3、ICMP发送模块 该模块设计比较简单通过一个状态机嵌套计数器就可以完成。状态转换图如下所示。 图11 ICMP发送模块状态转换图 设计思路与ARP发送模块没有太大区别相比ARP发送模块会稍微复杂一点需要注意两点 1. ICMP发送模块需要在发送IP首部和ICMP首部之前计算校验码本设计是在发送以太网帧头的时候同步计算出IP首部校验和、ICMP校验和然后发送IP首部和ICMP首部时直接使用即可也不会占用额外的时钟周期。 2. ICMP的数据段需要从外部FIFOFIFO的配置在后文出现中读取数据本文使用的FIFO工作在超前模式也就是读使能有效的时候读数据就是有效的不需要提前产生读使能。特别注意FIFO输出数据与数据流的对接问题。 计数器cnt的位宽扩展到16位因为ICMP数据段可能会很长所有计数器就与IP首部的总长度位宽保持一致。 其余设计与ARP发送模块基本一致本文不再赘述参考代码如下 always(posedge clk)beginif(rst_n1b0)begin//初始值为0;ip_head[0] 32d0;ip_head[1] 32d0;ip_head[2] 32d0;ip_head[3] 32d0;ip_head[4] 32d0;icmp_head[0] 32d0;icmp_head[1] 32d0;ip_head_check 32d0;icmp_check 32d0;des_ip_r DES_IP;des_mac_r DES_MAC;tx_byte_num_r MIN_DATA_NUM;ip_total_num MIN_DATA_NUM 28;end//在状态机空闲状态下上游发送使能信号时将目的MAC地址和目的IP以及ICMP需要发送的数据个数进行暂存。else if(state_c IDLE icmp_tx_en)beginicmp_head[1] {icmp_id,icmp_seq};//16位ICMP标识符和16位序列号。icmp_check reply_checksum;//将数据段的校验和暂存。tx_byte_num_r tx_byte_num;//如果需要发送的数据多余最小长度要求则发送的总数居等于需要发送的数据加上ICMP和IP帧头数据。ip_total_num (((tx_byte_num MIN_DATA_NUM) ? tx_byte_num : MIN_DATA_NUM) 28);if((des_mac ! 48d0) (des_ip ! 48d0))begin//当接收到目的MAC地址和目的IP地址时更新。des_ip_r des_ip;des_mac_r des_mac;endend//在发送以太网帧头时就开始计算IP帧头和ICMP的校验码并将计算结果存储便于后续直接发送。else if(state_c ETH_HEAD add_cnt)begincase (cnt)16d0 : begin//初始化需要发送的IP头部数据。ip_head[0] {IP_VERSION,IP_HEAD_LEN,8h00,ip_total_num[15:0]};//依次表示IP版本号IP头部长度IP服务类型IP包的总长度。ip_head[2] {8h80,8d01,16d0};//分别表示生存时间协议类型1表示ICMP2表示IGMP6表示TCP17表示UDP协议低16位校验和先默认为0ip_head[3] BOARD_IP;//源IP地址。ip_head[4] des_ip_r;//目的IP地址。icmp_head[0] {ECHO_REPLY,24d0};//8位类型与8位代码16位的校验码。end16d1 : begin//开始计算IP头部和ICMP的校验和数据并且将计算结果存储到对应位置。ip_head_check ip_head[0][31 : 16] ip_head[0][15 : 0];icmp_check icmp_check icmp_head[0][31 : 16];end16d2 : beginip_head_check ip_head_check ip_head[1][31 : 16];icmp_check icmp_check icmp_head[1][31 : 16];end16d3 : beginip_head_check ip_head_check ip_head[1][15 : 0];icmp_check icmp_check icmp_head[1][15 : 0];end16d4 : beginip_head_check ip_head_check ip_head[2][31 : 16];icmp_check icmp_check[31 : 16] icmp_check[15 : 0];//可能出现进位,累加一次。end16d5 : beginip_head_check ip_head_check ip_head[3][31 : 16];icmp_check icmp_check[31 : 16] icmp_check[15 : 0];//可能出现进位,再累加一次。end16d6 : beginip_head_check ip_head_check ip_head[3][15 : 0];icmp_head[0][15:0] ~icmp_check[15 : 0];//按位取反得到校验和。icmp_check 32d0;//将校验和清零便于下次使用。end16d7 : beginip_head_check ip_head_check ip_head[4][31 : 16];end16d8 : beginip_head_check ip_head_check ip_head[4][15 : 0];end16d9,16d10 : beginip_head_check ip_head_check[31 : 16] ip_head_check[15 : 0];end16d11 : beginip_head[2][15:0] ~ip_head_check[15 : 0];ip_head_check 32d0;//校验和清零用于下次计算。enddefault: beginicmp_check 32d0;//将校验和清零便于下次使用。ip_head_check 32d0;//校验和清零用于下次计算。endendcaseendelse if(state_c IP_HEAD end_cnt)ip_head[1] {ip_head[1][31:16]1,16h4000};//高16位表示标识每次发送数据后会加1低16位表示不分片。end//The first section: synchronous timing always module, formatted to describe the transfer of the secondary register to the live register ?always(posedge clk)beginif(!rst_n)beginstate_c IDLE;endelse beginstate_c state_n;endend//The second paragraph: The combinational logic always module describes the state transition condition judgment.always(*)begincase(state_c)IDLE:beginif(icmp_tx_en)begin//在空闲状态接收到上游发出的使能信号state_n PREAMBLE;endelse beginstate_n state_c;endendPREAMBLE:beginif(end_cnt)begin//发送完前导码和SFDstate_n ETH_HEAD;endelse beginstate_n state_c;endendETH_HEAD:beginif(end_cnt)begin//发送完以太网帧头数据state_n IP_HEAD;endelse beginstate_n state_c;endendIP_HEAD:beginif(end_cnt)begin//发送完IP帧头数据state_n ICMP_HEAD;endelse beginstate_n state_c;endendICMP_HEAD:beginif(end_cnt)begin//发送完ICMP帧头数据state_n ICMP_DATA;endelse beginstate_n state_c;endendICMP_DATA:beginif(end_cnt)begin//发送完icmp协议数据state_n CRC;endelse beginstate_n state_c;endendCRC:beginif(end_cnt)begin//发送完CRC校验码state_n IDLE;endelse beginstate_n state_c;endenddefault:beginstate_n IDLE;endendcaseend//计数器用于记录每个状态机每个状态需要发送的数据个数每个时钟周期发送1byte数据。always(posedge clk)beginif(rst_n1b0)begin//cnt 0;endelse if(add_cnt)beginif(end_cnt)cnt 0;elsecnt cnt 1;endendassign add_cnt (state_c ! IDLE);//状态机不在空闲状态时计数。assign end_cnt add_cnt cnt cnt_num - 1;//状态机对应状态发送完对应个数的数据。//状态机在每个状态需要发送的数据个数。always(posedge clk)beginif(rst_n1b0)begin//初始值为20;cnt_num 16d20;endelse begincase (state_c)PREAMBLE : cnt_num 16d8;//发送7个前导码和1个8hd5。ETH_HEAD : cnt_num 16d14;//发送14字节的以太网帧头数据。IP_HEAD : cnt_num 16d20;//发送20个字节是IP帧头数据。ICMP_HEAD : cnt_num 16d8;//发送8字节的ICMP帧头数据。ICMP_DATA : if(tx_byte_num_r MIN_DATA_NUM)//如果需要发送的数据多余以太网最短数据要求则发送指定个数数据。cnt_num tx_byte_num_r;else//否则需要将指定个数数据发送完成不足长度补零达到最短的以太网帧要求。cnt_num MIN_DATA_NUM;CRC : cnt_num 6d5;//CRC在时钟1时才开始发送数据这是因为CRC计算模块输出的数据会延后一个时钟周期。default: cnt_num 6d20;endcaseendend//根据状态机和计数器的值产生输出数据只不过这不是真正的输出还需要延迟一个时钟周期。always(posedge clk)beginif(rst_n1b0)begin//初始值为0;crc_data 8d0;endelse if(add_cnt)begincase (state_c)PREAMBLE : if(end_cnt)crc_data 8hd5;//发送1字节SFD编码elsecrc_data 8h55;//发送7字节前导码ETH_HEAD : if(cnt 6)crc_data des_mac_r[47 - 8*cnt -: 8];//发送目的MAC地址先发高字节else if(cnt 12)crc_data BOARD_MAC[47 - 8*(cnt-6) -: 8];//发送源MAC地址先发高字节elsecrc_data ETH_TYPE[15 - 8*(cnt-12) -: 8];//发送源以太网协议类型先发高字节IP_HEAD : if(cnt 4)//发送IP帧头。crc_data ip_head[0][31 - 8*cnt -: 8];else if(cnt 8)crc_data ip_head[1][31 - 8*(cnt-4) -: 8];else if(cnt 12)crc_data ip_head[2][31 - 8*(cnt-8) -: 8];else if(cnt 16)crc_data ip_head[3][31 - 8*(cnt-12) -: 8];else crc_data ip_head[4][31 - 8*(cnt-16) -: 8];ICMP_HEAD : if(cnt 4)//发送ICMP帧头数据。crc_data icmp_head[0][31 - 8*cnt -: 8];elsecrc_data icmp_head[1][31 - 8*(cnt-4) -: 8];ICMP_DATA : if(cnt_num MIN_DATA_NUM)//需要判断发送的数据是否满足以太网最小数据要求。crc_data fifo_rdata;//如果满足最小要求将从FIFO读出的数据输出即可。else if(cnt cnt_num)//不满足最小要求时先将需要发送的数据发送完。crc_data fifo_rdata;//将从FIFO读出的数据输出即可。else//剩余数据补充0.crc_data 8d0;default : ;endcaseendend//fifo读使能信号初始值为0当发送完ICMP帧头时拉高当发送完ICMP数据时拉低。always(posedge clk)beginif(rst_n1b0)begin//初始值为0;fifo_rd_en 1b0;endelse if(state_c ICMP_HEAD end_cnt)beginfifo_rd_en 1b1;endelse if(state_c ICMP_DATA end_cnt)beginfifo_rd_en 1b0;endend//生成一个crc_data指示信号用于生成gmii_txd信号。always(posedge clk)beginif(rst_n1b0)begin//初始值为0;gmii_tx_en_r 1b0;endelse if(state_c CRC)begingmii_tx_en_r 1b0;endelse if(state_c PREAMBLE)begingmii_tx_en_r 1b1;endend//生产CRC校验模块使能信号初始值为0当开始输出以太网帧头时拉高当ARP和以太网帧头数据全部输出后拉低。always(posedge clk)beginif(rst_n1b0)begin//初始值为0;crc_en 1b0;endelse if(state_c CRC)begin//当ARP和以太网帧头数据全部输出后拉低.crc_en 1b0;end//当开始输出以太网帧头时拉高。else if(state_c ETH_HEAD add_cnt)begincrc_en 1b1;endend//生产CRC校验模块清零信号状态机处于空闲时清零。always(posedge clk)begincrc_clr (state_c IDLE);end//生成gmii_txd信号默认输出0。always(posedge clk)beginif(rst_n1b0)begin//初始值为0;gmii_txd 8d0;end//在输出CRC状态时输出CRC校验码先发送低位数据。else if(state_c CRC add_cnt cnt0)begingmii_txd crc_out[8*cnt-1 -: 8];end//其余时间如果crc_data有效则输出对应数据。else if(gmii_tx_en_r)begingmii_txd crc_data;endend//生成gmii_txd有效指示信号。always(posedge clk)begingmii_tx_en gmii_tx_en_r || (state_c CRC);end//模块忙闲指示信号当接收到上游模块的使能信号或者状态机不处于空闲状态时拉低其余时间拉高。//该信号必须使用组合逻辑产生上游模块必须使用时序逻辑检测该信号。always(*)beginif(icmp_tx_en || state_c ! IDLE)rdy 1b0;elserdy 1b1;endTestBench与ICMP接收模块共用在后文出现仿真如下所示当检测到开始发送数据信号有效时将ICMP数据长度、数据段的校验和reply_checksum、目的MAC地址、目的IP地址保存计算出IP的报文总长度。 状态机跳转到发送前导码和帧起始符状态crc_data这个数据延时一拍就会作为输出数据gmii_txd。 图12 开始发送数据 状态机处于发送以太网帧头状态时还在计算IP首部和ICMP的校验和并且将计算结果存储到IP首部和ICMP首部存储体的对应位置仿真如下图所示。 图13 产生以太网帧头且计算校验和 下图时状态机处于发送IP首部状态将IP首部存储体中的数据依次输出蓝色信号为IP首部存储体数据crc_data是输出给crc校验模块计算的数据该信号延迟一个时钟周期后得到gmii_txd输出信号。 图14 发送IP首部数据 下图是发送ICMP首部存储体中的数据与上图类似。 图15 发送ICMP首部数据 发送完ICMP首部数据后从fifo中读取tx_byte_num_r个数据输出如下图所示。FIFO读使能与读数据对齐所以直接使用即可。 图16 发送ICMP数据 最后就是CRC校验由于CRC校验模块输出数据会滞后输入数据一个时钟周期导致需要把crc_data延迟一个时钟周期后在接上CRC校验模块输出的数据才算正确这也是为什么需要把crc_data延时一个时钟得到gmii_txd的原因。 图17 发送CRC数据 ICMP发送模块的设计和仿真到此结束了。
4、FIFO IP设置 FIFO IP设置为超前模式这样读数据时读使能和读数据就能直接对齐了读数据不会滞后读使能这样用起来更方便。 位宽设置为8位数据深度设置为1024字节设置为2048更好。 图18 FIFO IP设置 其余设置默认即可复位采用低电平有效。
5、ARP和ICMP控制模块 arp和icmp的控制模块如下所示当arp发送模块输出数据且icmp发送模块空闲时将arp发送模块的输出作为gmii_txd的数据。如果icmp发送模块输出有效数据且arp发送模块空闲时将icmp发送模块的输出作为gmii_txd的数据。 当arp接收模块接收到数据后将arp发送模块使能信号拉高当icmp接收模块到回显请求时把icmp发送模块的使能信号拉高实现回显应答。 图19 控制模块 该模块的参考代码如下所示 //ARP发送数据报的类型。always(posedge clk)beginif(rst_n1b0)begin//初始值为0;arp_tx_type 1b0;endelse if(arp_rx_done ~arp_rx_type)begin//接收到PC的ARP请求时应该回发应答信号。arp_tx_type 1b1;endelse if(key_in || (arp_rx_done arp_rx_type))begin//其余时间发送请求指令。arp_tx_type 1b0;endend//接收到ARP请求数据报文时将接收到的目的MAC和IP地址输出。always(posedge clk)beginif(rst_n1b0)begin//初始值为0;arp_tx_start 1b0;des_mac 48d0;des_ip 32d0;endelse if(arp_rx_done ~arp_rx_type)beginarp_tx_start 1b1;des_mac src_mac;des_ip src_ip;endelse if(key_in)beginarp_tx_start 1b1;endelse beginarp_tx_start 1b0;endend//接收到ICMP请求数据报文时发送应答数据报。always(posedge clk)beginif(rst_n1b0)begin//初始值为0;icmp_tx_start 1b0;icmp_tx_byte_num 16d0;endelse if(icmp_rx_done)beginicmp_tx_start 1b1;icmp_tx_byte_num icmp_rx_byte_num;endelse beginicmp_tx_start 1b0;endend//对两个模块需要发送的数据进行整合。always(posedge clk)beginif(rst_n1b0)begin//初始值为0;gmii_tx_en 1b0;gmii_txd 8d0;end//如果ARP发送模块输出有效数据且ICMP发送模块处于空闲状态则将ARP相关数据输出。else if(arp_gmii_tx_en icmp_tx_rdy)begingmii_tx_en arp_gmii_tx_en;gmii_txd arp_gmii_txd;end//如果ICMP发送模块输出有效数据且ARP发送模块处于空闲则将ICMP相关数据输出。else if(icmp_gmii_tx_en arp_tx_rdy)begingmii_tx_en icmp_gmii_tx_en;gmii_txd icmp_gmii_txd;endelse begingmii_tx_en 1b0;endend由于模块比较简单所以不再单独仿真后文直接上板测试即可。
6、上板测试 在工程中加入ILA综合工程然后下载到开发板最后打开wireshark软件该软件在ARP实现文中已经使用过不再赘述。将电脑的IP设置为顶层文件的目的IP地址设置方式在ARP文中也做了详细介绍不知道怎么设置的可以去看看。 图20 设置电脑的IP 然后以管理员身份选打开命令提示符然后运行wireshark把gmii_rx_dv上升沿作为ILA的触发条件连续抓取32帧数据。在命令提示符中发送ping 192.168.1.10如下图所示。 图图21 ping指令 Ping指令运行结果如下所示一般PC会发送4次回显请求如果四次回显请求都被应答则认为ping通了丢失为0。 图22 ping结果 Wireshark抓取的数据报如下所示粉色信号就是ICMP的回显请求和回显应答数据报。比如第9和10数据报分别是PC发给FPGA的回显请求和FPGA发送给PC端的回显应答。注意两个报文的标识符和序列号是一致的这也是分别应答和请求数据报的对应关系。 图23 wireshark抓取的回显请求数据报 ILA抓取的PC端发送的回显请求数据报如下所示。 图24 ILA抓取的回显请求数据报 将回显请求数据报的数据段放大如下图所示并且与Wireshark的9号数据报的数据段进行对比可知FPGA接收的数据正确。 图25 回显请求数据段 图26 Wireshark回显请求数据报 FPGA在接收到回显请求时给PC端发出回显应答数据报ILA抓取该数据报如下图所示。 图27 ILA抓取的回显应答数据报 Wireshark抓取的回显应答数据报如下所示感兴趣的可以使用工程查看。 图28 Wireshark回显应答数据报 至于CRC校验这些与ARP实现的文中是一致的本文不再赘述需要了解的可以查看前文。 本工程可以在公众号后台回复“基于FPGA的ICMP实现”不包含引号获取。
