紫光同创FPGA实现UDP协议栈精简版，基于YT8511和RTL8211，提供2套PDS工程源码和技术支持

1、前言

“苟利国家生死以，岂因祸福避趋之！”大洋彼岸的我优秀地下档员，敏锐地洞察到祖国的短板在于高精尖半导体的制造领域，于是本着为中华民族伟大复兴的中国梦贡献绵薄之力的初心，懂先生站在高略高度和长远角度谋划，宁愿背当代一世之骂名也要为祖国千秋万世谋，2018年7月，懂先生正式打响毛衣战，随后又使出恰勃纸战术，旨在为祖国先进制程半导体领域做出自主可控的战略推动；在此，请收下我一声谢谢啊！！！！！！

2019年初我刚出道时，还是Xilinx遥遥领先的时代(现在貌似也是)，那时的国产FPGA还处于辣鸡段位，国产FPGA仰望Xilinx情不自禁道：你以为躲在这里就找不到你吗？没用的，你那样拉轰的男人，无论在哪里，都像黑夜里的萤火虫那样的鲜明、那样的出众，你那忧郁的眼神，稀嘘的胡渣子，神乎其技的刀法，还有那杯Dry martine，都深深的迷住了我。。。然而才短短4年，如今的国产FPGA属于百家争鸣、百花齐放、八仙过海、神仙打架、方兴未艾、得陇望蜀、友商都是XX的喜极而泣之局面，面对此情此景，不得不吟唱老人家的诗句：魏武挥鞭，东临碣石有遗篇，萧瑟秋风今又是，换了人间。。。
言归正传，目前对于国产FPGA的共识有以下几点：
1：性价比高，与同级别国外大厂芯片相比，价格相差几倍甚至十几倍；
2：自主可控，国产FPGA拥有完整自主知识产权的产业链，从芯片到相关EDA工具
3：响应迅速，FAE技术支持比较到位，及时解决开发过程中遇到的问题，毕竟中文数据手册。。
4：采购方便，产业链自主可控，采购便捷

没玩过UDP或TCP都不好意思说自己玩儿过FPGA，这是CSDN某大佬说过的一句话，鄙人深信不疑。。。本文使用紫光同创的PGL22G-6MBG324 FPGAUDP协议栈，该协议栈是精简版，采用纯verilog代码实现，具备动态ARP、支持巨型帧、CRC32校验、占用逻辑资源很少等功能，但不具备ping功能；为了验证该UDP协议栈，提供仿真代码，为了上板调试，设计了一个数据回环工程，在PC端使用网络调试助手向FPGA端发送数据，FPGA端UDP协议栈接收到数据后送入回环FIFO中再发送给PC端网络调试助手，如此一来，在PC端网络调试助手就能实现自发自收的操作，通过对比收发数据可以测试UDP协议栈的功能，通过对比PC端网络调试助手收发数据计数器，可以测试UDP协议栈是否丢包，此外，还可以用抓包软件分析UDP报文；本设计提供2套Pango Design Suite 2021.4版本的工程源码；2套工程的区别在去使用网络PHY不同，第一套工程使用YT8511；第一套工程使用RTL8211；两个PHY均工作于延时模式，通过硬件上下拉电阻配置，提供YT8511和RTL8211的原理图；

本博客详细描述了紫光同创FPGA实现UDP协议栈的设计方案，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学习提升，可应用于医疗、军工等行业的高速接口或图像处理领域；
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；

免责声明

本工程及其源码即有自己写的一部分，也有网络公开渠道获取的一部分(包括CSDN、Xilinx官网、Altera官网等等)，若大佬们觉得有所冒犯，请私信批评教育；基于此，本工程及其源码仅限于读者或粉丝个人学习和研究，禁止用于商业用途，若由于读者或粉丝自身原因用于商业用途所导致的法律问题，与本博客及博主无关，请谨慎使用。。。

2、我这里已有的以太网方案

目前我这里有大量UDP协议的工程源码，包括UDP数据回环，视频传输，AD采集传输等，也有TCP协议的工程，还有RDMA的NIC 10G 25G 100G网卡工程源码，对网络通信有需求的兄弟可以去看看：直接点击前往
其中千兆TCP协议的工程博客如下：
直接点击前往

3、设计思路框架

本文使用紫光同创的PGL22G-6MBG324 FPGAUDP协议栈，该协议栈是精简版，采用纯verilog代码实现，具备动态ARP、支持巨型帧、CRC32校验、占用逻辑资源很少等功能，但不具备ping功能；为了验证该UDP协议栈，提供仿真代码，为了上板调试，设计了一个数据回环工程，在PC端使用网络调试助手向FPGA端发送数据，FPGA端UDP协议栈接收到数据后送入回环FIFO中再发送给PC端网络调试助手，如此一来，在PC端网络调试助手就能实现自发自收的操作，通过对比收发数据可以测试UDP协议栈的功能，通过对比PC端网络调试助手收发数据计数器，可以测试UDP协议栈是否丢包，此外，还可以用抓包软件分析UDP报文；本设计提供2套Pango Design Suite 2021.4版本的工程源码；2套工程的区别在去使用网络PHY不同，第一套工程使用YT8511；第一套工程使用RTL8211；两个PHY均工作于延时模式，通过硬件上下拉电阻配置；

工程设计框图如下：

RGMII转GMII

RGMII转GMII模块是实现RGMII 与 GMII 的转换，提取出控制信号与数据信号，使用紫光同创FPGA的GTP_ISERDES和GTP_OSERDES原语实现；与 PHY 连接是 RGMII 接口。RGMII 接口是 GMII 接口的简化版，在时钟的上升沿及下降沿都采样数据，上升沿发送TXD[3:0]/RXD[3:0]，下降沿发送 TXD[7:4]/RXD[7:4]，TX_EN 传送 TX_EN（上升沿）和 TX_ER（下降沿）两种信息，RX_DV 传送 RX_DV（上升沿）和 RX_ER（下降沿）两种信息。RGMII转GMII模块设计框图如下：

RGMII转GMII模块在工程中如下：

这里的RX模块用到了一个PLL IP核，作用是将接收到的RX时钟相位偏移180°，与PHY延时模式相匹配；

动态ARP

动态ARP模块很简单，根据ARP协议进行拆包和组包即可，对于接收是拆包，即解析识别出UDP报文的前导码、SFD、以太网帧头和FCS，提取有效数据，对于发送是组包，对有效数据添加对应的包头，ARP报文格式如下：

动态ARP模块在工程中如下：

动态ARP模块由RX、TX和CRC32三个模块组成，其中TX用到了CRC32校验，RX则未做校验；

UDP协议

UDP协议模块很简单，根据UDP协议进行拆包和组包即可，对于接收是拆包，即解析识别出UDP报文的前导码、SFD、以太网帧头和FCS，提取有效数据，对于发送是组包，对有效数据添加对应的包头，UDP报文格式如下：

UDP协议模块在工程中如下：

UDP协议模块由RX、TX和CRC32三个模块组成，其中TX用到了CRC32校验，RX则未做校验；

回环FIFO

这个很简单，缓冲一下数据而已，不必多讲。。。

IP地址、端口号修改

UDP协议栈留出了IP地址、端口号的修改端口供用户自由修改，通过顶层参数修改，位置如下：

4、PDS工程1：YT8511版本

开发板FPGA型号：紫光同创--PGL22G-6MBG324；
开发环境：Pango Design Suite 2021.4
输入输出：UDP；
网络PHY：YT8511，延时模式；
工程作用：紫光同创FPGA实现UDP协议栈；
工程代码架构如下：

工程的资源消耗如下：

工程已经综合编译完成，如下：

5、PDS工程2：RTL8211版本

开发板FPGA型号：紫光同创--PGL22G-6MBG324；
开发环境：Pango Design Suite 2021.4
输入输出：UDP；
网络PHY：RTL8211，延时模式；
工程作用：紫光同创FPGA实现UDP协议栈；
工程代码架构如下：

工程的资源消耗如下：

工程已经综合编译完成，如下：

6、上板调试验证并演示

准备工作

连接开发板：

以PDS工程1-->YT8511版本工程为例进行上板调试；
修改本地电脑端IP地址为如下：

然后下载bit致开发板，即可开始测试；

动态ARP测试

打开CDM，做如下操作：

可以看到，PC已经识别并记录了FPGA网卡的ARP信息，并标记为动态；

UDP通信测试

打开网络调试助手，做如下操作：

需要注意的是，网络调试助手的IP地址，端口号等设置，要与FPGA代码设置一致；

7、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：