万兆以太网MAC设计（11）完整UDP协议栈仿真

前言

目前除了巨帧处理逻辑之外，所有的准备工作都已经结束了，先进行整体的功能验证。

一、模块接口

所有模块接口皆采用AXIS数据流的形式，其中包括一个用户自定义信号axis_ip_user，该信号当中存有数据的长度信息，我进行了统一的修改，该长度信息全部是指数据当中的字节长度，所以在处理数据的时候，需要考虑将字节长度信息转化为传输周期长度，即64bit的数量（一拍时钟传输64bit）。

以IP_TX模块为例，r_pkt_byte_len表示数据当中的字节数目，w_ip_64bit_len 表示64bit数据的长度。转化过程也很简单，字节长度右移3位即可，然后判断一下低3位是否为零，不为领则需要多加一个时钟周期进行传输。

assign w_ip_64bit_len = r_pkt_byte_len[2:0] == 0 ? (r_pkt_byte_len >> 3)
                            : (r_pkt_byte_len >> 3) + 1 ;
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二、IP模块与ARP模块之间的联系

当IP层收到上层的数据包后，就会根据当前的目的IP向ARP发送一个MAC查找，当找到对应MAC地址后就会开始传输数据，但如果没有找到，那么就会先把数据存下来，然后触发ARP请求，通知ARP发送模块发送一个ARP请求，当获取到相应的NAC地址后，整个协议栈开始正常工作。

整个FPGA也可以在上电的时候进行一次主动ARP移获取对端主机的MAC地址，而且电脑在FPGA上电后也会进行主动ARP，此时FPGA也会获取到主机的MAC信息的。
//当有数据要发送时，进行MAC查询

always @(posedge i_clk or posedge i_rst)begin
    if(i_rst)
        ro_seek_ip <= 'd0;
    else
        ro_seek_ip <= r_dynamic_dst_ip;
end

always @(posedge i_clk or posedge i_rst)begin
    if(i_rst)
        ro_seek_ip_valid <= 'd0;
    else if((s_axis_upper_valid && !rs_axis_upper_valid) || (r_get_mac_faild))
        ro_seek_ip_valid <= 'd1;
    else
        ro_seek_ip_valid <= 'd0;
end

//获得查询结果
always @(posedge i_clk or posedge i_rst)begin
    if(i_rst)
        ri_seek_mac <= 'd0;
    else if(i_seek_mac_valid)
        ri_seek_mac <= i_seek_mac;
    else
        ri_seek_mac <= ri_seek_mac;
end

//当查询结果为48'hffffffffffff时，说明没有该IP对应的MAC，需要触发一次arp请求
always @(posedge i_clk or posedge i_rst)begin
    if(i_rst)
        r_get_mac_faild <= 'd0;
    else if(i_seek_mac_valid && (&i_seek_mac))
        r_get_mac_faild <= 'd1;
    else if(i_seek_mac_valid && !(&i_seek_mac))
        r_get_mac_faild <= 'd0;
    else
        r_get_mac_faild <= r_get_mac_faild;
end
       

always @(posedge i_clk or posedge i_rst)begin
    if(i_rst)
        ro_arp_active <= 'd0;
    else if(r_get_mac_faild && !r_get_mac_faild_1d)
        ro_arp_active <= 'd1;
    else
        ro_arp_active <= 'd0;
end

always @(posedge i_clk or posedge i_rst)begin
    if(i_rst)
        ro_arp_active_dst_ip <= 'd0;
    else if(r_get_mac_faild && !r_get_mac_faild_1d)
        ro_arp_active_dst_ip <= ro_seek_ip;
    else
        ro_arp_active_dst_ip <= ro_arp_active_dst_ip;
end
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三、整体协议栈仿真

我们只看发送的原始数据，和最终接收的数据。

UDP发送端，先发送了俩个数据，此时IP层会发现没有MAC地址信息，所以会通知上层暂停，开始进行ARP请求，直到获得目的MAC后，UDP层开始继续发送数据。

对于接收端而言，接收到的UDP数据包是连续的，对发端对比，数据无误。

总结：

完整工程参考：https://github.com/shun6-6/Ten_gig_eth_design