FPGA基于Tri Mode Ethernet MAC实现UDP通信 提供3套工程源码和技术支持

1、前言

目前网上的fpga实现udp基本生态如下：
1：verilog编写的udp收发器，但不带ping功能，这样的代码功能正常也能用，但不带ping功能基本就是废物，在实际项目中不会用这样的代码，试想，多机互联，出现了问题，你的网卡都不带ping功能，连基本的问题排查机制都不具备，这样的代码谁敢用？
2：带ping功能的udp收发器，代码优秀也好用，但基本不开源，不会提供源码给你，这样的代码也有不足，那就是出了问题不知道怎么排查，毕竟你没有源码，无可奈何；
3：使用了Xilinx的Tri Mode Ethernet MAC三速网IP实现，这样的代码也很优秀，但还是那个问题，没有源码，且三速网IP需要licence，三速网IP实现了rgmii到gmii再到axis的转换，本设计基于此方案；

本设计调用Xilinx的Tri Mode Ethernet MAC三速网IP，使用米联客的UDP协议栈实现UDP通信，该协议栈目前并不开源，只提供网表文件，但不影响使用，该协议栈带有用户接口，使得用户无需关心复杂的UDP协议而只需关心简单的用户接口时序即可操作UDP收发，非常简单；本设计通过一个fifo实现UDP数据的回环收发，并在电脑端使用网络调试助手进行UDP收发验证；

本设计可以配置为UDP的服务器或者客户端，默认配置为服务器，可在顶层代码中通过`define实现配置，本设计经过反复大量测试稳定可靠，可在项目中直接移植使用，工程代码可综合编译上板调试，可直接项目移植，适用于在校学生、研究生项目开发，也适用于在职工程师做项目开发，可应用于医疗、军工等行业的数字通信领域；
提供完整的、跑通的工程源码和技术支持；
工程源码和技术支持的获取方式放在了文章末尾，请耐心看到最后；

2、我这里已有的UDP方案

目前我这里有如下几种UDP方案和应用实例：
我的博客主页有个FPGA以太网通信专栏，专栏是免费的，里面有很多FPGA实现的UDP应用，对网络通信有需求的兄弟可以去看看：直接点击前往

3、米联客UDP协议栈

本设计调用Xilinx的Tri Mode Ethernet MAC三速网IP，使用米联客的UDP协议栈实现UDP通信，该协议栈目前并不开源，只提供网表文件，但不影响使用，该协议栈带有用户接口，使得用户无需关心复杂的UDP协议而只需关心简单的用户接口时序即可操作UDP收发，非常简单；
协议栈架构如下：

协议栈性能表现如下：
1：支持 UDP 接收校验和检验功能，暂不支持 UDP 发送校验和生成；
2：支持 IP 首部校验和的生成和校验，同时支持 ICMP 协议中的 PING 功能，可接收并响应同一个子网内部设备的 PING 请求；
3：可自动发起或响应同一个子网内设备的 ARP 请求，ARP 收发完全自适应。ARP 表可保存同一个子网内部256 个 IP 和 MAC 地址对；
4：支持 ARP 超时机制，可检测所需发送数据包的目的 IP 地址是否可达；
5：协议栈发送带宽利用率可达 93%，高发送带宽下，内部仲裁机制保证 PING 和 ARP 功能不受任何影响；
6：发送过程不会造成丢包；
7：提供64bit位宽AXI4-Stream形式的MAC接口，可与Xilinx官方的千兆以太网IP核Tri Mode Ethernet MAC，以及万兆以太网 IP 核 10 Gigabit Ethernet Subsystem、10 Gigabit Ethernet MAC 配合使用；
有了此协议栈，我们无需关心复杂的UDP协议的实现了，直接调用接口即可使用。。。

4、详细设计方案

详细设计方案如下：

UDP协议栈加上了FIFO以缓冲数据；
调用Tri Mode Ethernet MAC实现MAC层的数据转换；
共提供了3套工程实现UDP通信，只是使用的PHY不同，分别是RTL8211、
B50610、88E1518；
在电脑端使用网络调试助手测试数据收发、对包情况，还有连续ping、网络带宽延迟等测试；

5、Tri Mode Ethernet MAC的使用

IP使用逻辑实现的AXI Lite接口配置，具体参考代码；
IP配置很简单，配置完成即可使用；

6、vivado工程1详解

开发板：Xilinx Artix7-35T；
开发环境：Vivado2020.2；
网络PHY：RTL8211延时模式；
输入\输出：UDP网络通信；
测试项：数据收发、连续ping、网络测速；
工程代码架构如下：

本设计可以配置为UDP的服务器或者客户端，默认配置为服务器，可在顶层代码中通过`define实现配置，如下：

开发板IP和远端IP可自由修改，master_ch.v和slaver_ch.v文件修改位置如下：

7、vivado工程2详解

开发板：Xilinx Kintex7-35T；
开发环境：Vivado2020.2；
网络PHY：B50610延时模式；
输入\输出：UDP网络通信；
测试项：数据收发、连续ping、网络测速；
工程详情与vivado工程1一致；

8、vivado工程3详解

开发板：Xilinx Kintex7-35T；
开发环境：Vivado2020.2；
网络PHY：88E1518延时模式；
输入\输出：UDP网络通信；
测试项：数据收发、连续ping、网络测速；
工程详情与vivado工程1一致；

9、上板调试验证并演示

以工程2的Kintex7-35T开发板为例进行测试；
板子上电下载bit后，先测试ping功能，如下：

单次ping还不够，直接上连续ping，如下：

然后是用网络调试助手进行数据收发测试，如下：

既有手动收发测试，也有循环12小时的长时间收发测试，测试结果没有出现丢包的情况。。。
测速如下：

在电脑上观察开发板以太网网口的发送速率，这个测速只代表可能的最高的速度，不代表电脑真实的不丢包速度，UDP 的点到点不丢包速度和电脑的网卡、CPU 速度、内存速度、操作系统都有关系。。。

10、福利：工程代码的获取

福利：工程代码的获取
代码太大，无法邮箱发送，以百度网盘链接方式发送，
通过微信获取资料：

网盘资料如下：

UDP协议栈网表文件位置：