1、前言

沒玩過TCP網(wǎng)絡(luò)通信都不好意思說自己玩兒過FPGA，這是CSDN某大佬說過的一句話，鄙人深信不疑。。。目前網(wǎng)上fpga實(shí)現(xiàn)udp協(xié)議的源碼滿天飛，我這里也有不少，但用FPGA純?cè)创a實(shí)現(xiàn)TCP的項(xiàng)目卻很少，能上板調(diào)試跑通的項(xiàng)目更是少之又少，甚至可以說是鳳毛菱角，但很不巧，本人這兒就有一個(gè)；一般而言，用FPGA實(shí)現(xiàn)TCP并不是一個(gè)經(jīng)濟(jì)的方案，但對(duì)于芯片原型驗(yàn)證、航天可靠通信、水下通信等一些數(shù)據(jù)傳輸可靠性極高的領(lǐng)域而言，F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)TCP方案依然占有一席之地；

本設(shè)采用純VHDL實(shí)現(xiàn)了TCP/IP協(xié)議棧，該協(xié)議棧為TCP服務(wù)器，沒有用到任何一個(gè)IP核，為了適應(yīng)大批量數(shù)據(jù)傳輸和匹配不同型號(hào)FPGA的源語，RGMII轉(zhuǎn)GMII部分調(diào)用了Xilinx的Tri Mode Ethernet MAC三速網(wǎng)IP，TCP/IP協(xié)議棧的MAC接口與Tri Mode Ethernet MAC實(shí)現(xiàn)了MAC層數(shù)據(jù)交互，TCP/IP協(xié)議棧用戶接口分為UDP和TCP接口，這里只需要用到TCP接口，感興趣的朋友可以試試UDP玩兒，將TCP的收發(fā)端口直接用assign語句連接起來形成數(shù)據(jù)回環(huán)，外部指定FPGA開發(fā)板的IP地址、MAC地址、端口號(hào)、目的IP地址、目的端口號(hào)等信息，即可完成TCP協(xié)議棧數(shù)據(jù)回環(huán)的工程搭建；TCP/IP協(xié)議棧目前速率固定為千兆速率，MAC層數(shù)據(jù)接口為GMII，所以與phy對(duì)接的數(shù)據(jù)接口為RGMII，鑒于不同phy的時(shí)序略有不同，所以我在RTL8211、B50610、88E1518三款phy上做了測(cè)試，對(duì)應(yīng)的也建了4套vivado工程，在電腦端進(jìn)行ping、使用網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手進(jìn)行TCP收發(fā)驗(yàn)證；本設(shè)計(jì)為TCP服務(wù)器端，即FPGA開發(fā)板作為服務(wù)器，遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)(比如 PC 電腦)為客戶端；

提供4套vivado工程源碼，4套代碼的區(qū)別在于使用的FPGA型號(hào)和PHY型號(hào)不同，分別如下：

第1套vivado工程：FPGA型號(hào)為Xilinx 的Artix7--35T，PHY為RTL8211；
第2套vivado工程：FPGA型號(hào)為Xilinx 的Kintex7--35T，PHY為B50610；
第3套vivado工程：FPGA型號(hào)為Xilinx 的Kintex7--35T，PHY為88E1518；
第4套vivado工程：FPGA型號(hào)為Xilinx 的Zynq7020，PHY為B50610；

本設(shè)計(jì)經(jīng)過反復(fù)大量測(cè)試穩(wěn)定可靠，可在項(xiàng)目中直接移植使用，工程代碼可綜合編譯上板調(diào)試，可直接項(xiàng)目移植，適用于在校學(xué)生、研究生項(xiàng)目開發(fā)，也適用于在職工程師做項(xiàng)目開發(fā)，可應(yīng)用于醫(yī)療、軍工等行業(yè)的數(shù)字通信領(lǐng)域；
提供完整的、跑通的工程源碼和技術(shù)支持；
工程源碼和技術(shù)支持的獲取方式放在了文章末尾，請(qǐng)耐心看到最后；

版本更新說明

此版本為第2版，根據(jù)讀者的建議，對(duì)第1版工程做了如下改進(jìn)和更新：
1：增加了工程移植的簡(jiǎn)單說明；
2：增加了Tri Mode Ethernet MAC IP核的使用、更新、修改等說明，以單獨(dú)文檔形式放在了資料包中；
3：新增一套Zynq7020，PHY為B50610的vivado工程；
4：增加了RTL8211、B50610、88E1518三款phy的原理圖，已放在資料包中，如下：

免責(zé)聲明

本工程及其源碼即有自己寫的一部分，也有網(wǎng)絡(luò)公開渠道獲取的一部分(包括CSDN、Xilinx官網(wǎng)、Altera官網(wǎng)等等)，若大佬們覺得有所冒犯，請(qǐng)私信批評(píng)教育；基于此，本工程及其源碼僅限于讀者或粉絲個(gè)人學(xué)習(xí)和研究，禁止用于商業(yè)用途，若由于讀者或粉絲自身原因用于商業(yè)用途所導(dǎo)致的法律問題，與本博客及博主無關(guān)，請(qǐng)謹(jǐn)慎使用。。。

2、相關(guān)方案推薦

我這里已有的以太網(wǎng)方案

目前我這里有大量UDP協(xié)議的工程源碼，包括UDP數(shù)據(jù)回環(huán)，視頻傳輸，AD采集傳輸?shù)?，也有TCP協(xié)議的工程，對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信有需求的兄弟可以去看看：直接點(diǎn)擊前往

1G 千兆網(wǎng) TCP–>客戶端 方案

TCP分為服務(wù)器和客戶端，兩者代碼是不一樣的，看具體需求，既然本博客介紹的是TCP服務(wù)器，那么肯定就有TCP客戶端，本來TCP客戶端之前一直都有，但一直沒有調(diào)通，經(jīng)過兩年半的練習(xí)調(diào)試，總算是調(diào)通了；TCP客戶端依然是4套工程源碼，我另外寫了一篇博客介紹TCP客戶端，感興趣的朋友可以去看看：直接點(diǎn)擊前往

10G 萬兆網(wǎng) TCP–>服務(wù)器+客戶端 方案

我這里也有10G 萬兆網(wǎng) TCP 方案，該方案有服務(wù)器和客戶端兩套代碼，在Xilinx KU和KUP等平臺(tái)測(cè)試通過并很穩(wěn)定，對(duì)10G 萬兆網(wǎng) TCP 方案感興趣的朋友可以去看看：直接點(diǎn)擊前往

3、該TCP/IP協(xié)議棧性能

此TCP/IP協(xié)議棧是TCP服務(wù)器，不是客戶端；即FPGA是TCP服務(wù)器，遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)(比如 PC 電腦)是客戶端；

常規(guī)性能

1：純VHDL實(shí)現(xiàn)，沒有用到任何一個(gè)IP核；
2：移植性天花板，該協(xié)議棧可在Xilinx、Altera、Lattice、國(guó)產(chǎn)FPGA等各大FPGA型號(hào)之間任意移植，因?yàn)槭菦]有任何IP和源語的純VHDL代碼實(shí)現(xiàn)；但例如Tri Mode Ethernet MAC這樣的PHY側(cè)IP核目前用的Xilinx的；
3：功能齊全，包含了服務(wù)器和客戶端，客戶端目前還在開發(fā)中，暫不提供；TCP/IP協(xié)議棧本身包含了動(dòng)態(tài)ARP、NDP、PING、IGMP (for multicast UDP)、DHCP client(客戶端才有)等功能模塊；
4：代碼符合標(biāo)準(zhǔn)的IEEE 802.3協(xié)議，支持IPv4和IPv6；
5：對(duì)外接PHY的數(shù)據(jù)格式要求：RGMII；
6：時(shí)序收斂很到位，考慮到TCP協(xié)議的復(fù)雜性和時(shí)序的高要求，所以沒有采用時(shí)序收斂不強(qiáng)的verilog，而是VHDL，雖然閱讀性可能會(huì)低一些，但用戶只需要知道用戶接口即可，并不需要去看內(nèi)部的復(fù)雜代碼；
7：動(dòng)態(tài)ARP功能；
8：帶ping功能；
9：支持多播；

支持多節(jié)點(diǎn)

支持節(jié)點(diǎn)數(shù)是TCP里面最重要的性能指標(biāo)之一，這里需要重點(diǎn)講述：
TCP節(jié)點(diǎn)數(shù)最大支持255個(gè)，通過parameter TCP_NUM參數(shù)設(shè)置，但前提是你的FPGA資源能滿足；TCP_NUM參數(shù)可以在代碼中自由修改，含義和用法，在代碼里有詳細(xì)的注釋，為了防止不同編譯器下中文注釋出現(xiàn)亂碼，注釋均由英文書寫，英語較差的兄弟可以直接某度翻譯，位置如下：


本例程只用到了1個(gè)節(jié)點(diǎn)；

FPGA資源占用少

FPGA資源消耗是TCP里面最重要的性能指標(biāo)之一，這里需要重點(diǎn)講述：
FPGA資源消耗很低；以下舉例：
以Xilinx旗下資源很小的Spartan-6平臺(tái)為例，下只運(yùn)行UDP時(shí)的資源消耗如下：

只運(yùn)行1個(gè)TCP服務(wù)器時(shí)的資源消耗如下：

運(yùn)行2個(gè)TCP服務(wù)器時(shí)的資源消耗如下：

數(shù)據(jù)吞吐率高

數(shù)據(jù)吞吐率是TCP里面最重要的性能指標(biāo)之一，這里需要重點(diǎn)講述：
下面給出4項(xiàng)測(cè)試結(jié)果，你可以自己對(duì)比評(píng)估以下：
測(cè)試1：
通過千兆以太網(wǎng)在TCP服務(wù)器和TCP客戶端之間雙向連接，F(xiàn)PGA參考時(shí)鐘120 MHz條件下，測(cè)量的持續(xù)吞吐率為雙向并發(fā)452 Mbits/s；
測(cè)試2：
Xilinx Spartan-6 -2速度等級(jí)，F(xiàn)PGA參考時(shí)鐘120 MHz，512字節(jié)的UDP數(shù)據(jù)包通過局域網(wǎng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)發(fā)送下測(cè)得：
0丟包，吞吐率為878.5 Mbits/s；當(dāng)用戶時(shí)鐘為125 MHz或以上時(shí)，UDP最大幀吞吐率為915 Mbits/s；
測(cè)試3：
TCP服務(wù)器傳輸吞吐量在1百兆局域網(wǎng)下PC端測(cè)量平均吞吐量為93 Mbps，如下；

測(cè)試4：
TCP服務(wù)器將8Gbits發(fā)送到TCP Java客戶端，同時(shí)Wireshark收集速度信息。從基于FPGA的TCP服務(wù)器到PC的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)LAN連接平均吞吐率為390.2 Mbits/s；如下：

低延時(shí)性能

延時(shí)性能是TCP里面最重要的性能指標(biāo)之一，這里需要重點(diǎn)講述：
延時(shí)與TCP數(shù)據(jù)包長(zhǎng)直接相關(guān)，如果你對(duì)延時(shí)性能性能要求很高，則可以減少包長(zhǎng)來有效降低延時(shí)，假設(shè)你的載包為X bytes，那么你的收發(fā)延時(shí)關(guān)系如下：
發(fā)送延時(shí)=0.5 + 2X÷125 μs；
接收延時(shí)=0.5 + X÷125 μs；
最大幀長(zhǎng)度為1460字節(jié)，F(xiàn)PGA 時(shí)鐘125 MHz下的測(cè)試結(jié)果如下：
發(fā)送延時(shí)=23.9μs；
接收延時(shí)=12.2μs；

4、TCP/IP 協(xié)議棧代碼詳解

此TCP/IP協(xié)議棧是TCP服務(wù)器，不是客戶端；即FPGA是TCP服務(wù)器，遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)(比如 PC 電腦)是客戶端；

代碼架構(gòu)

TCP/IP 協(xié)議棧代碼架構(gòu)如下：

所有模塊均由vhdl源碼實(shí)現(xiàn)，沒有使用任何IP，可以移植到任何平臺(tái)的FPGA上；模塊的具體細(xì)節(jié)在后續(xù)章節(jié)講述；用戶接口頂層代碼如下：
純VHDL實(shí)現(xiàn)，沒有用到任何一個(gè)IP核，用戶只需要知道用戶接口即可，并不需要去看內(nèi)部的復(fù)雜代碼；用戶接口及其注釋如下：

module network_top #(
    parameter TCP_NUM = 1
)(
	input                  sys_rst                  ,
	input                  clk_125                  ,
	input                  clk_200                  ,
	output                 phy_rst_n                ,
	output                 gtx_resetn               ,
    output [3: 0]          rgmii_txd                ,	// RGMII Interface
    output                 rgmii_tx_ctl             ,	// RGMII Interface
    output                 rgmii_txc                ,	// RGMII Interface
    input  [3: 0]          rgmii_rxd                ,	// RGMII Interface
    input                  rgmii_rx_ctl             ,	// RGMII Interface
    input                  rgmii_rxc                ,	// RGMII Interface
	output [7: 0]          UDP_RX_DATA              ,	// UDP 接收數(shù)據(jù)輸出
	output                 UDP_RX_DATA_VALID        ,	// UDP 接收數(shù)據(jù)輸出有效信號(hào) 高有效
	output                 UDP_RX_SOF               ,	// UDP 接收數(shù)據(jù)包的第一個(gè)數(shù)據(jù)標(biāo)志
	output                 UDP_RX_EOF               ,	// UDP 接收數(shù)據(jù)包的最后一個(gè)數(shù)據(jù)標(biāo)志
	input  [15:0]          UDP_RX_DEST_PORT_NO_IN   ,	// UDP 接收目的端口號(hào)
	input                  CHECK_UDP_RX_DEST_PORT_NO,	// 置 1 使能 UDP 接收目的端口號(hào)輸入比對(duì)
	output [15:0]          UDP_RX_DEST_PORT_NO_OUT  ,	// CHECK_UDP_RX_DEST_PORT_NO=1-->UDP_RX_DEST_PORT_NO_OUT=UDP_RX_DEST_PORT_NO_IN
	input  [7:0]           UDP_TX_DATA              ,	// UDP 發(fā)送數(shù)據(jù)輸出
	input                  UDP_TX_DATA_VALID        ,	// UDP 發(fā)送數(shù)據(jù)輸出有效信號(hào) 高有效
	input                  UDP_TX_SOF               ,	// UDP 發(fā)送數(shù)據(jù)包的第一個(gè)數(shù)據(jù)標(biāo)志
	input                  UDP_TX_EOF               ,	// UDP 發(fā)送數(shù)據(jù)包的最后一個(gè)數(shù)據(jù)標(biāo)志
	output                 UDP_TX_CTS               ,	// UDP 數(shù)據(jù)此時(shí)可以發(fā)送標(biāo)志
	output                 UDP_TX_ACK               ,	// UDP 數(shù)據(jù)包發(fā)送完成應(yīng)答
	output                 UDP_TX_NAK               ,	// UDP 數(shù)據(jù)包發(fā)送未完成應(yīng)答
	input  [31:0]          UDP_TX_DEST_IP_ADDR      ,	// UDP 發(fā)送目的 IP 地址	
	input  [15:0]          UDP_TX_DEST_PORT_NO      ,	// UDP 發(fā)送目的端口號(hào)
	input  [15:0]          UDP_TX_SOURCE_PORT_NO    ,	// UDP 發(fā)送源端口號(hào)
	output [8*TCP_NUM-1:0] TCP_RX_DATA              ,	// TCP 接收數(shù)據(jù)輸出
	output [TCP_NUM-1:  0] TCP_RX_DATA_VALID        ,	// TCP 接收數(shù)據(jù)輸出有效信號(hào) 高有效
	output [TCP_NUM-1:  0] TCP_RX_RTS               ,	// 通知用戶準(zhǔn)備接收 TCP 數(shù)據(jù)
	input  [TCP_NUM-1:  0] TCP_RX_CTS               ,	// 清除接收的 TCP 數(shù)據(jù)
	input  [8*TCP_NUM-1:0] TCP_TX_DATA              ,	// TCP 發(fā)送數(shù)據(jù)輸入
	input  [TCP_NUM-1:  0] TCP_TX_DATA_VALID        ,	// TCP 發(fā)送數(shù)據(jù)輸入有效信號(hào) 高有效
	output [TCP_NUM-1:  0] TCP_TX_CTS               ,	// TCP 數(shù)據(jù)此時(shí)可以發(fā)送標(biāo)志	
    input [47:          0] MAC_ADDR					,	// 本地 MAC 地址         
    input [31:          0] IPv4_ADDR                ,	// IPv4 地址        
    input [127:         0] IPv6_ADDR                ,	// IPv6 地址         
    input [31:          0] GATEWAY_IP_ADDR          ,	// 本地網(wǎng)關(guān)地址  
    input [31:          0] SUBNET_MASK              ,	// 本地子網(wǎng)掩碼      
    input [31:          0] MULTICAST_IP_ADDR        ,	// 多播 IP 地址	
    input [16*TCP_NUM-1:0] TCP_LOCAL_PORTS          ,	// 本地 TCP 端口號(hào)  	
    input [TCP_NUM-1:   0] CONNECTION_RESET          	// TCP 模塊高電平復(fù)位
    );

詳細(xì)代碼請(qǐng)看源代碼；

用戶接口

用戶接口分為配置接口和用戶接口，用戶接口又分為跟應(yīng)用程序?qū)拥慕涌诤透鶰AC對(duì)接的用戶接口；框圖如下：

配置接口主要完成一些開關(guān)功能，例如使能UDP、IPv6、IGMP、本地MAC地址、IP地址等等，下面舉1個(gè)例子：
使能UDP接收的配置在代碼中的位置如下：

與MAC對(duì)接的用戶接口不需要講述，直接與MAC對(duì)接即可；
UDP協(xié)議的用戶接口個(gè)人感覺不太重要，因?yàn)檫@里有價(jià)值的是TCP協(xié)議，所以直接介紹TCP協(xié)議的用戶接口，TCP協(xié)議的用戶接口分為接收和發(fā)送，都是可與AXI4-Stream對(duì)接的類AXI4-Stream接口，代碼中有用法，你一看就懂，很簡(jiǎn)單；
代碼的端口中，有一些縮寫可能不好理解，下面給出解釋：

代碼模塊級(jí)細(xì)講

頂層模塊

頂層模塊將各個(gè)分模塊例化在一起，沒什么可講的，在代碼中的位置如下：

PACKET_PARSING模塊

PACKET_PARSING模塊功能是解析從MAC接收到的數(shù)據(jù)包，并有效地提取與多個(gè)協(xié)議相關(guān)的關(guān)鍵信息。解析是動(dòng)態(tài)進(jìn)行的，而不存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；在代碼中的位置如下：

ARP模塊

ARP模塊的作用是檢測(cè)ARP請(qǐng)求，并組包一個(gè)ARP響應(yīng)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包傳輸?shù)組AC；在代碼中的位置如下：

IGMP_REPORT和IGMP_QUERY模塊

IGMP_REPORT模塊的作用是以廣播形式發(fā)送GMP成員身份報(bào)告，IGMP_QUERY.vhd模塊響應(yīng)成員資格查詢。在代碼中的位置如下：

PING和WHOIS2模塊

PING模塊的作用是檢測(cè)ICMP回波（ping）請(qǐng)求，并組裝一個(gè)ping回波以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，以傳輸?shù)組AC，Ping同時(shí)適用于IPv4和IPv6。
WHOIS2模塊的作用是生成一個(gè)ARP請(qǐng)求廣播包（IPv4）或一個(gè)請(qǐng)求消息（IPv6），請(qǐng)求由其IP地址標(biāo)識(shí)的目標(biāo)用其MAC地址響應(yīng)。
兩個(gè)模塊共同構(gòu)成了我們經(jīng)常用到的ping功能；
在代碼中的位置如下：

ARP_CACHE2模塊

ARP_CACHE2模塊是一個(gè)共享的路由表，它存儲(chǔ)最多128個(gè)IP地址及其關(guān)聯(lián)的48位MAC地址和一個(gè)“實(shí)時(shí)的”時(shí)間戳。此模塊將確定目標(biāo)IP地址是否為本地地址。在后一種情況下，將返回網(wǎng)關(guān)的MAC地址，只存儲(chǔ)有關(guān)本地地址的記錄（例如，不是WAN地址，因?yàn)檫@些地址通常指向路由器MAC地址）；仲裁電路用于仲裁來自多個(gè)傳輸實(shí)例的路由請(qǐng)求。在代碼中的位置如下：

UDP_TX模塊

UDP_TX模塊的作用是將一個(gè)數(shù)據(jù)包封裝到一個(gè)UDP幀中，即從任何端口到任何端口/IP目標(biāo)的地址。同時(shí)支持IPv4和IPv6。通常例化一次，而不管源或目標(biāo)UDP端口的數(shù)量如何，在代碼中的位置如下：

UDP_RX模塊

UDP_RX模塊的作用是驗(yàn)證接收到的UDP幀，并提取其中的數(shù)據(jù)包。由于驗(yàn)證是在接收到的數(shù)據(jù)通過時(shí)動(dòng)態(tài)執(zhí)行的（沒有存儲(chǔ)），因此在數(shù)據(jù)包結(jié)束時(shí)提供了有效性確認(rèn)信號(hào)。在代碼中的位置如下：

TCP_SERVER模塊

TCP_SERVER模塊是TCP協(xié)議的核心。它可參數(shù)化配置，以支持ntcp流并發(fā)TCP連接。它本質(zhì)上是處理TCP服務(wù)器的TCP狀態(tài)機(jī)：首先監(jiān)聽來自遠(yuǎn)程TCP客戶端的連接請(qǐng)求，建立和刪除連接，并在建立連接時(shí)管理流控制和字節(jié)排序。由于這是一個(gè)服務(wù)器，它事先不預(yù)先知道協(xié)議是IPv4還是IPv6（它依賴于客戶端），所以每個(gè)服務(wù)器有兩個(gè)IP地址，每個(gè)IP版本一個(gè)。此模塊在TCP服務(wù)器的vivado工程中才有，在代碼中的位置如下：

TCP_TX模塊

TCP_TX模塊的作用是格式化TCP tx幀，包括所有層：TCP，IP，MAC/以太網(wǎng)。它對(duì)所有并發(fā)流都是通用的，因此只實(shí)例化一次。在代碼中的位置如下：

TCP_TXBUF模塊

TCP_TXBUF模塊的作用是將TCP tx有效負(fù)載數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在單獨(dú)的彈性緩沖區(qū)中，每個(gè)傳輸流對(duì)應(yīng)一個(gè)。緩沖區(qū)大小是在合成之前通過ADDR_WIDTH通用參數(shù)配置的。在代碼中的位置如下：

TCP_RXBUFNDEMUX模塊

TCP_RXBUFNDEMUX模塊解復(fù)用了幾個(gè)TCP rx流。該模塊有兩個(gè)目標(biāo)： (1)暫時(shí)保持一個(gè)接收到的TCP幀，直到在幀結(jié)束時(shí)確認(rèn)其有效性。如果無效則丟棄，如果無效則丟棄進(jìn)一步處理。(2)基于目標(biāo)端口號(hào)來分解多個(gè)TCP流。在代碼中的位置如下：

IP、MAC地址定義修改

工程代碼中需要定義開發(fā)板的MAC、IP地址以及端口號(hào)等信息，包括服務(wù)器和客戶端的；
服務(wù)器和客戶端的定義修改在代碼中的位置一樣的，如下：
開發(fā)板本地 IP、MAC地址定義修改位置如下：
代碼位于top.v

5、詳細(xì)設(shè)計(jì)方案

詳細(xì)設(shè)計(jì)方案如下：

PHY

本例程提供3套vivado工程源碼，分別對(duì)應(yīng)RTL8211、B50610、88E1518三款不同的PHY，為了方便大家設(shè)計(jì)，我直接給出了三款PHY的原理圖，已放在資料包中，如下：

Tri Mode Ethernet MAC

由于TCP協(xié)議棧前面已經(jīng)詳細(xì)講過了，這里重點(diǎn)講講Tri Mode Ethernet MAC這個(gè)IP，IP調(diào)用如下：適應(yīng)大批量數(shù)據(jù)傳輸和匹配不同型號(hào)FPGA的源語，RGMII轉(zhuǎn)GMII部分調(diào)用了Xilinx的Tri Mode Ethernet MAC三速網(wǎng)IP，TCP/IP協(xié)議棧的MAC接口與Tri Mode Ethernet MAC實(shí)現(xiàn)了MAC層數(shù)據(jù)交互，MAC數(shù)據(jù)在Tri Mode Ethernet MAC和TCP/IP 協(xié)議棧之間用兩個(gè)AXI-FIFO實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)緩沖和提高數(shù)據(jù)帶寬；Tri Mode Ethernet MAC固定速率為1000兆，IP配置如下：


Tri Mode Ethernet MAC在本設(shè)計(jì)中處于被鎖定狀態(tài)，這是我們故意為之，目的是根據(jù)不同的PHY延時(shí)參數(shù)而修改其內(nèi)部代碼和內(nèi)部時(shí)序約束代碼，這里重點(diǎn)介紹使Tri Mode Ethernet MAC時(shí)的修改和移植事項(xiàng)，當(dāng)你需要工程移植，或者你的vivado版本與我的不一致時(shí)，Tri Mode Ethernet MAC都需要在vivado中進(jìn)行升級(jí)，但由于該IP已被我們?nèi)藶殒i定，所以升級(jí)和修改需要一些高端操作，關(guān)于操作方法，我專門寫了一篇文檔，已附在資料包里，如下：

TCP數(shù)據(jù)回環(huán)

將TCP的收發(fā)端口直接用assign語句連接起來形成數(shù)據(jù)回環(huán)，外部指定FPGA開發(fā)板的IP地址、MAC地址、端口號(hào)、目的IP地址、目的端口號(hào)等信息，即可完成TCP協(xié)議棧數(shù)據(jù)回環(huán)的工程搭建；代碼部分如下：

6、vivado工程1–>Kintex7 B50610 工程

開發(fā)板：Xilinx–>xc7k325tffg676-2；
開發(fā)環(huán)境：Vivado2020.2；
網(wǎng)絡(luò)PHY：B50610 延時(shí)模式；
輸入\輸出：：TCP服務(wù)器端網(wǎng)絡(luò)通信；
測(cè)試項(xiàng)：數(shù)據(jù)收發(fā)、連續(xù)ping；
工程代碼架構(gòu)如下：

FPGA資源消耗和功耗預(yù)估；

7、vivado工程2–>Artix7 RTL8211 工程

開發(fā)板：Xilinx–>xc7a35tfgg484-2；
開發(fā)環(huán)境：Vivado2020.2；
網(wǎng)絡(luò)PHY：RTL8211；
輸入\輸出：：TCP服務(wù)器端網(wǎng)絡(luò)通信；
測(cè)試項(xiàng)：數(shù)據(jù)收發(fā)、連續(xù)ping；
工程代碼架構(gòu)如下：

FPGA資源消耗和功耗預(yù)估；

8、vivado工程3–>Kintex7 88E1518 工程

開發(fā)板：Xilinx–>xc7k325tffg676-2；
開發(fā)環(huán)境：Vivado2020.2；
網(wǎng)絡(luò)PHY：88E1518；
輸入\輸出：：TCP服務(wù)器端網(wǎng)絡(luò)通信；
測(cè)試項(xiàng)：數(shù)據(jù)收發(fā)、連續(xù)ping；
工程代碼架構(gòu)如下：

FPGA資源消耗和功耗預(yù)估；

9、vivado工程4–>Zynq7020 B50610 工程

開發(fā)板：Xilinx–>Zynq7000系列–>xc7z020clg400-2；
開發(fā)環(huán)境：Vivado2020.2；
網(wǎng)絡(luò)PHY：B50610 延時(shí)模式；
輸入\輸出：TCP服務(wù)器端網(wǎng)絡(luò)通信；
測(cè)試項(xiàng)：數(shù)據(jù)收發(fā)、連續(xù)ping；
工程代碼架構(gòu)如下：

FPGA資源消耗和功耗預(yù)估；

10、工程移植說明

vivado版本不一致處理

1：如果你的vivado版本與本工程vivado版本一致，則直接打開工程；
2：如果你的vivado版本低于本工程vivado版本，則需要打開工程后，點(diǎn)擊文件–>另存為；但此方法并不保險(xiǎn)，最保險(xiǎn)的方法是將你的vivado版本升級(jí)到本工程vivado的版本或者更高版本；

3：如果你的vivado版本高于本工程vivado版本，解決如下：

打開工程后會(huì)發(fā)現(xiàn)IP都被鎖住了，如下：

此時(shí)需要升級(jí)IP，操作如下：

FPGA型號(hào)不一致處理

如果你的FPGA型號(hào)與我的不一致，則需要更改FPGA型號(hào)，操作如下：



更改FPGA型號(hào)后還需要升級(jí)IP，升級(jí)IP的方法前面已經(jīng)講述了；

其他注意事項(xiàng)

1：由于每個(gè)板子的DDR不一定完全一樣，所以MIG IP需要根據(jù)你自己的原理圖進(jìn)行配置，甚至可以直接刪掉我這里原工程的MIG并重新添加IP，重新配置；
2：根據(jù)你自己的原理圖修改引腳約束，在xdc文件中修改即可；
3：純FPGA移植到Zynq需要在工程中添加zynq軟核；

11、上板調(diào)試驗(yàn)證并演示

準(zhǔn)備工作

以vivado工程1–>B50610 工程為例進(jìn)行上板調(diào)試；
連接如下：

首先設(shè)置電腦端IP如下：

下載bit，如下：

ping測(cè)試

打開cdm，輸入 ping 192.168.0.56，如下：

TCP數(shù)據(jù)回環(huán)測(cè)試

打開網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手并配置，如下：

單次發(fā)送數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)果如下：

循環(huán)發(fā)送數(shù)據(jù)測(cè)試結(jié)果如下，1秒時(shí)間間隔循環(huán)：可以看到，收發(fā)計(jì)數(shù)都到了35280 Byte沒有丟包，足以證明其穩(wěn)定性；

傳輸速率測(cè)試

去除合理線損后的PC段測(cè)得991M速率，如下：

12、福利：工程代碼的獲取

福利：工程代碼的獲取
代碼太大，無法郵箱發(fā)送，以某度網(wǎng)盤鏈接方式發(fā)送，
資料獲取方式：私，或者文章末尾的V名片。
網(wǎng)盤資料如下：


TCP源碼路徑如下：

對(duì) 1G 千兆網(wǎng) TCP 客戶端感興趣的朋友也可以看看客戶端的4套vivado工程源碼，網(wǎng)盤資料如下：

文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-567505.html

到了這里，關(guān)于FPGA實(shí)現(xiàn) TCP/IP 協(xié)議棧 純VHDL代碼編寫 提供數(shù)據(jù)回環(huán)工程源碼和技術(shù)支持的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！