FPGA - 以太网UDP通信（二）

至此，我们完成了以太网发送过程中最底层，也是最重要的部分MAC层的发送与接受。关于本节中的CRC校验部分没有过多介绍，这部分可通过CRC生成网页来生成CRC校验代码。接下来，在下一篇博客中将会实现ip层的接收与发送。

伊宇韵

2252人浏览 · 2024-04-11 20:47:57

伊宇韵 · 2024-04-11 20:47:57 发布

一，引言

前文链接：FPGA - 以太网UDP通信（一）

在上文章中介绍了以太网简介，以太网UDP通信硬件结构，以及PHY芯片RGMII接口-GMII接口转换逻辑，接下来介绍UDP通信结构框图以及数据链路层（MAC层）。

二，以太网UDP通信结构框图

介绍了以太网UDP通信组包过程图：

可以看到用户数据通过传输层（UDP层）添加udp头部，然后经过网络IP层添加ip头部，在经过数据链路层（MAC层）添加mac头部，送到PHY芯片物理层。一步步完成组包发送过程，形成以太网帧。同样的，从PHT芯片输出的数据经过数据链路层（MAC层），网络层（IP层），传输层（UDP层）一步步完成解包校验过程。因此根据此思路画出简易结构框图如下：

三，数据链路层（MAC层）

MAC不是物理层，MAC层是数据链路层的两个子层之一。

以太网V2的MAC帧格式：

------------------------------------- mac数据包头 22byte -------------------------------------

| 前导码（前同步码） 7 byte |
| 8'h55 |

| SFD（帧开始定结符） 1byte |
| 8'hd5 |

| 目的mac地址 6byte |

| 源mac地址 6byte |

| 数据 46-1500byte |

| FCS（帧校验序列CRC） 4byte |

----------------------------------------------------------------------------------------------------------

四，MAC层代码设计

---------------------------------------------------------- 思路 ------------------------------------------------------------

1，在MAC帧格式中，最后4byte 是FCS（帧校验序列CRC）， 所以在接受和发送过程中必须把帧校验序列前面的数据存储（fifo）起来，等到CRC校验完成，再进行数据传输。

2，在以太网UDP通信中，用户端数据传输是在用户时钟下进行的，而PHY芯片数据传输是在PHY芯片的时钟下进行的。所以在这里我们要做一个跨时钟域的处理。

3，跨时钟域处理：在多bit信号跨时钟域中常常使用异步fifo来处理，但如何很好的设计这一处理过程呢？在这里我们进行双fifo跨时钟域

首先第一个是数据fifo，缓存有效数据+last数据（用来指示有效数据的最后一个数据）

其次第二个是控制fifo，缓存数据对应的地址，长度，类型.....（在mac_layer中缓存的是帧类型和CRC校验结果）

然后判断fifo非空(rdemoty信号为低)，就把有效数据和控制信息从fifo里面读出来，

控制fifo的读使能rden只需要拉高一拍，数据fifo读使能rden要一直拉高，直到读出来最后一个数据，通过判断读出来的last信号，来拉低rden。

4，CRC校验

5，如何准确有效的进行数据组包，解包校验呢？

设置计数器，接受端设置rx_cnt，发送端设置tx_cnt。用计数器控制组包解包校验过程。

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

五，CRC32校验编写

根据此网站CRC（循环冗余校验）在线计算_ip33.com可得到不同的CRC校验模型。

CRC32校验：

然后根据这个网站OutputLogic.com » CRC Generator生成对应模型的代码。

CRC校验

`timescale 1ns / 1ps

module crc32_d8(
	input				clk,
	input               reset,

	input               crc_din_vld,
	input   [7:0]       crc_din    ,
	input               crc_done   ,
	output  [31:0]      crc_dout   

    );

wire [7:0]  crc_din_r;
reg  [31:0] crc_dout_r;
wire [31:0] crc_data;

assign crc_din_r = {crc_din[0],crc_din[1],crc_din[2],crc_din[3],crc_din[4],crc_din[5],crc_din[6],crc_din[7]};
assign crc_dout  = ~{crc_dout_r[0],crc_dout_r[1],crc_dout_r[2],crc_dout_r[3],crc_dout_r[4],crc_dout_r[5],crc_dout_r[6],crc_dout_r[7],
                    crc_dout_r[8],crc_dout_r[9],crc_dout_r[10],crc_dout_r[11],crc_dout_r[12],crc_dout_r[13],crc_dout_r[14],crc_dout_r[15],
                    crc_dout_r[16],crc_dout_r[17],crc_dout_r[18],crc_dout_r[19],crc_dout_r[20],crc_dout_r[21],crc_dout_r[22],crc_dout_r[23],
                    crc_dout_r[24],crc_dout_r[25],crc_dout_r[26],crc_dout_r[27],crc_dout_r[28],crc_dout_r[29],crc_dout_r[30],crc_dout_r[31]
                    };

assign crc_data[0] = crc_din_r[6] ^ crc_din_r[0] ^ crc_dout_r[24] ^ crc_dout_r[30];
assign crc_data[1] = crc_din_r[7] ^ crc_din_r[6] ^ crc_din_r[1] ^ crc_din_r[0] ^ crc_dout_r[24] ^ crc_dout_r[25] ^ crc_dout_r[30] ^ crc_dout_r[31];
assign crc_data[2] = crc_din_r[7] ^ crc_din_r[6] ^ crc_din_r[2] ^ crc_din_r[1] ^ crc_din_r[0] ^ crc_dout_r[24] ^ crc_dout_r[25] ^ crc_dout_r[26] ^ crc_dout_r[30] ^ crc_dout_r[31];
assign crc_data[3] = crc_din_r[7] ^ crc_din_r[3] ^ crc_din_r[2] ^ crc_din_r[1] ^ crc_dout_r[25] ^ crc_dout_r[26] ^ crc_dout_r[27] ^ crc_dout_r[31];
assign crc_data[4] = crc_din_r[6] ^ crc_din_r[4] ^ crc_din_r[3] ^ crc_din_r[2] ^ crc_din_r[0] ^ crc_dout_r[24] ^ crc_dout_r[26] ^ crc_dout_r[27] ^ crc_dout_r[28] ^ crc_dout_r[30];
assign crc_data[5] = crc_din_r[7] ^ crc_din_r[6] ^ crc_din_r[5] ^ crc_din_r[4] ^ crc_din_r[3] ^ crc_din_r[1] ^ crc_din_r[0] ^ crc_dout_r[24] ^ crc_dout_r[25] ^ crc_dout_r[27] ^ crc_dout_r[28] ^ crc_dout_r[29] ^ crc_dout_r[30] ^ crc_dout_r[31];
assign crc_data[6] = crc_din_r[7] ^ crc_din_r[6] ^ crc_din_r[5] ^ crc_din_r[4] ^ crc_din_r[2] ^ crc_din_r[1] ^ crc_dout_r[25] ^ crc_dout_r[26] ^ crc_dout_r[28] ^ crc_dout_r[29] ^ crc_dout_r[30] ^ crc_dout_r[31];
assign crc_data[7] = crc_din_r[7] ^ crc_din_r[5] ^ crc_din_r[3] ^ crc_din_r[2] ^ crc_din_r[0] ^ crc_dout_r[24] ^ crc_dout_r[26] ^ crc_dout_r[27] ^ crc_dout_r[29] ^ crc_dout_r[31];
assign crc_data[8] = crc_din_r[4] ^ crc_din_r[3] ^ crc_din_r[1] ^ crc_din_r[0] ^ crc_dout_r[0] ^ crc_dout_r[24] ^ crc_dout_r[25] ^ crc_dout_r[27] ^ crc_dout_r[28];
assign crc_data[9] = crc_din_r[5] ^ crc_din_r[4] ^ crc_din_r[2] ^ crc_din_r[1] ^ crc_dout_r[1] ^ crc_dout_r[25] ^ crc_dout_r[26] ^ crc_dout_r[28] ^ crc_dout_r[29];
assign crc_data[10] = crc_din_r[5] ^ crc_din_r[3] ^ crc_din_r[2] ^ crc_din_r[0] ^ crc_dout_r[2] ^ crc_dout_r[24] ^ crc_dout_r[26] ^ crc_dout_r[27] ^ crc_dout_r[29];
assign crc_data[11] = crc_din_r[4] ^ crc_din_r[3] ^ crc_din_r[1] ^ crc_din_r[0] ^ crc_dout_r[3] ^ crc_dout_r[24] ^ crc_dout_r[25] ^ crc_dout_r[27] ^ crc_dout_r[28];
assign crc_data[12] = crc_din_r[6] ^ crc_din_r[5] ^ crc_din_r[4] ^ crc_din_r[2] ^ crc_din_r[1] ^ crc_din_r[0] ^ crc_dout_r[4] ^ crc_dout_r[24] ^ crc_dout_r[25] ^ crc_dout_r[26] ^ crc_dout_r[28] ^ crc_dout_r[29] ^ crc_dout_r[30];
assign crc_data[13] = crc_din_r[7] ^ crc_din_r[6] ^ crc_din_r[5] ^ crc_din_r[3] ^ crc_din_r[2] ^ crc_din_r[1] ^ crc_dout_r[5] ^ crc_dout_r[25] ^ crc_dout_r[26] ^ crc_dout_r[27] ^ crc_dout_r[29] ^ crc_dout_r[30] ^ crc_dout_r[31];
assign crc_data[14] = crc_din_r[7] ^ crc_din_r[6] ^ crc_din_r[4] ^ crc_din_r[3] ^ crc_din_r[2] ^ crc_dout_r[6] ^ crc_dout_r[26] ^ crc_dout_r[27] ^ crc_dout_r[28] ^ crc_dout_r[30] ^ crc_dout_r[31];
assign crc_data[15] = crc_din_r[7] ^ crc_din_r[5] ^ crc_din_r[4] ^ crc_din_r[3] ^ crc_dout_r[7] ^ crc_dout_r[27] ^ crc_dout_r[28] ^ crc_dout_r[29] ^ crc_dout_r[31];
assign crc_data[16] = crc_din_r[5] ^ crc_din_r[4] ^ crc_din_r[0] ^ crc_dout_r[8] ^ crc_dout_r[24] ^ crc_dout_r[28] ^ crc_dout_r[29];
assign crc_data[17] = crc_din_r[6] ^ crc_din_r[5] ^ crc_din_r[1] ^ crc_dout_r[9] ^ crc_dout_r[25] ^ crc_dout_r[29] ^ crc_dout_r[30];
assign crc_data[18] = crc_din_r[7] ^ crc_din_r[6] ^ crc_din_r[2] ^ crc_dout_r[10] ^ crc_dout_r[26] ^ crc_dout_r[30] ^ crc_dout_r[31];
assign crc_data[19] = crc_din_r[7] ^ crc_din_r[3] ^ crc_dout_r[11] ^ crc_dout_r[27] ^ crc_dout_r[31];
assign crc_data[20] = crc_din_r[4] ^ crc_dout_r[12] ^ crc_dout_r[28];
assign crc_data[21] = crc_din_r[5] ^ crc_dout_r[13] ^ crc_dout_r[29];
assign crc_data[22] = crc_din_r[0] ^ crc_dout_r[14] ^ crc_dout_r[24];
assign crc_data[23] = crc_din_r[6] ^ crc_din_r[1] ^ crc_din_r[0] ^ crc_dout_r[15] ^ crc_dout_r[24] ^ crc_dout_r[25] ^ crc_dout_r[30];
assign crc_data[24] = crc_din_r[7] ^ crc_din_r[2] ^ crc_din_r[1] ^ crc_dout_r[16] ^ crc_dout_r[25] ^ crc_dout_r[26] ^ crc_dout_r[31];
assign crc_data[25] = crc_din_r[3] ^ crc_din_r[2] ^ crc_dout_r[17] ^ crc_dout_r[26] ^ crc_dout_r[27];
assign crc_data[26] = crc_din_r[6] ^ crc_din_r[4] ^ crc_din_r[3] ^ crc_din_r[0] ^ crc_dout_r[18] ^ crc_dout_r[24] ^ crc_dout_r[27] ^ crc_dout_r[28] ^ crc_dout_r[30];
assign crc_data[27] = crc_din_r[7] ^ crc_din_r[5] ^ crc_din_r[4] ^ crc_din_r[1] ^ crc_dout_r[19] ^ crc_dout_r[25] ^ crc_dout_r[28] ^ crc_dout_r[29] ^ crc_dout_r[31];
assign crc_data[28] = crc_din_r[6] ^ crc_din_r[5] ^ crc_din_r[2] ^ crc_dout_r[20] ^ crc_dout_r[26] ^ crc_dout_r[29] ^ crc_dout_r[30];
assign crc_data[29] = crc_din_r[7] ^ crc_din_r[6] ^ crc_din_r[3] ^ crc_dout_r[21] ^ crc_dout_r[27] ^ crc_dout_r[30] ^ crc_dout_r[31];
assign crc_data[30] = crc_din_r[7] ^ crc_din_r[4] ^ crc_dout_r[22] ^ crc_dout_r[28] ^ crc_dout_r[31];
assign crc_data[31] = crc_din_r[5] ^ crc_dout_r[23] ^ crc_dout_r[29];

always @(posedge clk) begin
    if (reset) 
        crc_dout_r <= 32'hffffffff;
    else if (crc_done) 
        crc_dout_r <= 32'hffffffff;
    else if (crc_din_vld)
 		crc_dout_r <= crc_data;
    else 
    	crc_dout_r <= crc_dout_r; 
end

endmodule