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FPGA千兆网UDP协议实现

FPGA/DSP FPGA/DSP 4176 人阅读 | 1 人回复 | 2018-10-29

1)UDP简介

   在此,参考博主夜雨翛然的博文,关于UDP协议的简介:“UDP传输与IP传输非常类似。你可以将UDP协议看作IP协议暴露在传输层的一个接口。UDP协议同样以数据包(datagram)的方式传输,它的传输方式也是"Best Effort"的,所以UDP协议也是不可靠的(unreliable)。那么,我们为什么不直接使用IP协议而要额外增加一个UDP协议呢? 一个重要的原因是IP协议中并没有端口(port)的概念。IP协议进行的是IP地址到IP地址的传输,这意味着两台计算机之间的对话。但每台计算机中需要有多个通信通道,并将多个通信通道分配给不同的进程使用(关于进程,可以参考Linux进程基础)。一个端口就代表了这样的一个通信通道。正如我们在邮局和邮差中提到的收信人的概念一样。UDP协议实现了端口,从而让数据包可以在送到IP地址的基础上,进一步可以送到某个端口”。总结一句就是UDP只是开发出来辅助IP协议具体到端口传输的一个桥梁,对于一些简单的网络通信,UDP还能避免采用TCP这种复杂的传输方式。

2)UDP协议

UDP的数据包同样分为头部(header)和数据(payload)两部分。UDP是传输层(transport layer)协议,这意味着UDP的数据包需要经过IP协议的封装(encapsulation),然后通过IP协议传输到目的电脑。随后UDP包在目的电脑拆封,并将信息送到相应端口的缓存中。



伪首部:只用于计算校验和,传输数据时,只需要首部和数据

源IP:本设计固定为192.168.0.2

目的IP:本设计固定为192.168.0.3

UDP长度:首部+数据的长度,单位为字节

源端口: 固定为1000

目的端口 :固定位10001

长度:首部加数据的长度,单位为字节,8+data_len;

检验和: 计算的是伪首部+首部+数据部分的校验和,其计算方式是:

a、每两个字节为一组,然后相加,相加结果为17比特,则将最高比特位与低16位进行相加,得到一个16比特的数据;

b、所有字节都相加完后,最终得到的结果再取反,就是首部的校验和。

3)整体报文格式

涉及到的IP层以及MAC层报文格式,这里就不再详细阐述了。

4)FPGA设计与实现(讨论FPGA发送部份)

  UDP协议的实现本质就是将数据按照上述图2的格式封装打包好,但是我这里的MAC层打包采用的是alter千兆网的MAC IP核,数据传输带宽是8bit,我会将数据封装打包好后,每个时钟周期以8bit的速率传输给MAC IP核进行MAC层的封装打包,当然,也可以不采用IP核,直接将数据封装打包好传送到上位机,打包部分我用了两个fifo,一个用于包文的存储,一个用于计算包文的个数,校验码会在包文进行打包前就先计算好。

a、校验码的设计:

涉及UDP与IP层的检验码计算,这里列举IP层的检验码计算方式,参考代码如下:
  1. always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin
  2.     if(rst_n==1'b0)begin
  3.         assume_temp<= 0;
  4.     end
  5.     else if(add_cnt2)begin
  6.         assume_temp <= assume_sum+ip_assume_add[143-cnt2*16 -:16];
  7.     end
  8.      
  9. end


  10. always  @(*)begin
  11.     assume_sum <= assume_temp[16]+assume_temp[15:0];
  12. end

  13. always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin
  14.     if(rst_n==1'b0)begin
  15.          end_cnt2_ff0 <= 0;
  16.     end
  17.     else begin
  18.         end_cnt2_ff0 <= end_cnt2;
  19.     end
  20. end


  21. always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin
  22.     if(rst_n==1'b0)begin
  23.         assume <= 0;
  24.     end
  25.     else if(end_cnt2_ff0)begin
  26.         assume <= ~assume_sum;
  27.     end
  28. end
复制代码

b、sop、eop的设计

这点我一开始理解是有错误的,我理解成了仅是发送数据data的第一个字节与最后一个字节,其实sop、eop指整个包文发送的第一个与最后一个字节,正确设计如下:
  1. always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin
  2.     if(rst_n==1'b0)begin
  3.         ff_tx_sop <= 0;
  4.     end
  5.     else if(fifo_data_rd==1&&add_cnt1==1&&cnt1==1-1)begin
  6.         ff_tx_sop <= 1;
  7.     end
  8.     else begin
  9.         ff_tx_sop <= 0;
  10.     end
  11. end

  12. always  @(posedge clk or negedge rst_n)begin
  13.     if(rst_n==1'b0)begin
  14.         ff_tx_eop <= 0;
  15.     end
  16.     else if(fifo_data_rd==1&&end_cnt1)begin
  17.         ff_tx_eop <= 1;
  18.     end
  19.     else begin
  20.         ff_tx_eop <= 0;
  21.     end
  22. end
复制代码

5)效果展示:



当然,这里数据全部发8‘hff仅是为了简单验证,下一步我会继续丰富完善该部分内容,对输入报文进行切包处理,至此,UDP数据打包发送完毕。

本文作者 谭渣渣

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沙发

morenbuou

发表于 2018-11-19 10:19:49 | 只看该作者

很不错的资料,学习一下。
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