中lwip回环测试_UDP/IP硬件协议栈设计（十）：测试

前面仿真基本没啥大问题，直接上板测试，终于到了最激动人心的时刻了。

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接口定义

前面九篇文章依次将各模块的设计和仿真阐述完毕，终于得到了一个可用的弟弟UDP/IP协议栈，现在先说明该协议栈的接口信号的定义，如下图所示：

大致分为四类接口：

1. 系统信号：包括时钟（clk）、复位（rst_n），其中时钟采用千兆以太网的125MHz时钟，复位采用低电平有效复位信号；
2. GMII接口：包括接收端（Rx）、发送端（Tx）的数据信号和相应的有效信号，其中数据信号位宽为8 bit；
3. 用户接口：包括接收端（Rx）、发送端（Tx），采用AXIS接口，数据位宽为8 bit；
4. 管理接口：包括校验使能（checksum_enable）、本地MAC/IP地址及其有效信号，其中校验使能位宽为5 bit，分别对FCS、ICMP/UDP/IP的checksum进行使能，本地MAC/IP地址及其有效信号用于配置FPGA本机的MAC/IP地址，便于与外机通信；

此外，本协议栈可对UDP的接受和发送缓冲区大小进行配置，故采用parameter进行两个参数的配置，UDP_RBUF/UDP_TBUF分别表示接收/发送缓冲区，默认为12，即2^12 = 4096字节的缓冲区。

另，针对用户接口的帧格式定义如下（采用大端模式）：

测试结构

为实际上板本协议栈是否正常工作，故简单搭建了一个测试平台，基本结构如下所示：

在搭建的平台中：

• FPGA平台采用Xilinx的VC709评估版，FPGA开发平台采用Xilinx的Vivado 2018.3；
• 内部的以太网接口的PHY部分采用Xilinx的1G PCS/PMA IP，即FPGA对外的物理接口直接采用高速串行收发器，至于具体配置本文不再详细说明，可参见笔者其他文章进行配置；
• PCS/PMA IP与本协议栈模块之间采用GMII接口相连，其中不使用error信号；
• 对用户侧的接口采用回环形式，由于接口数据帧格式定义，接收端的源IP/端口等信号可直接作为发送端的目的IP/端口等；
• FPGA本地MAC地址设为48'haabb_ccdd_eeff（aa:bb:cc:dd:ee:ff），本地IP地址设为32'hc0a8_000a（192.168.0.10），校验全部使能（即接收校验正确后才进行处理，错误者直接丢弃）；
• PC端的IP地址设为192.168.0.25（与FPGA在同一网段下），上位机软件使用网络调试助手进行测试；

上板测试

对于测试中的新建工程、综合、布局布线、下载bit、连线等操作，本文不再说明，下面针对本协议栈实现的功能分别进行测试

• ARP

由于本协议栈针对ARP完成了请求的处理，而在使用IP协议进行通信时，主机必然将发送ARP请求进行获取MAC地址的操作，故测试该项时可进行ICMP或UDP通信间接测试ARP是否正确，例如进行ping操作，主机先发送ARP请求，wireshark抓包结果如下：

上述说明主机发送ARP请求帧到FPGA端时，可正常进行响应处理，即回复IP地址为192.168.0.10对应的MAC地址为aa:bb:cc:dd:ee:ff。

• ICMP

由于本协议栈针对ICMP协议只完成了回显请求（Echo）的处理，故测试该项直接打开CMD进行ping“192.168.0.10”的操作，结果如下：

采用wireshark抓包，结果如下所示：

当然，可以再测试一些其他长度的ICMP报文，例如1000字节的测试情况如下：

上述测试说明，ICMP的回显请求（Echo）的处理基本没啥问题。

• UDP

由于搭建的测试平台采用的测试方式为UDP回环测试，即发送给FPGA的UDP数据帧与接收到的来自FPGA的UDP数据帧将一致，故采用网络调试助手进行简单的发包测试，即192.168.0.25:80发给192.168.0.10:81，发送一帧的测试结果如下：

发送一帧UDP数据的wireshark抓包结果如下：

结果可知接收来自FPGA端的UDP帧，IP首部和UDP首部的Checksum均正确，故UDP处理基本无误。

由于时间原因不再作进一步吞吐量等其他的测试。

其他说明

经过简单测试，UDP/IP协议栈基本功能具备，性能凑活，算是基本达成最先的设计目标了。

在接收和发送缓冲区均在4 KB的情况下，使用vivado 2018.3进行综合布局布线等，得到的资源利用报表如下图所示：

此外，本协议栈所有模块均直接使用Verilog编写，包括使用到的RAM和FIFO等，所以在Xilinx的FPGA平台上便于移植，基本上把模块实例化进行就可以直接使用了。

最后总结就是，基本完成UDP/IP协议栈基本功能，完成校验计算，接口定义简单，但消耗资源较多，完整协议功能未完成。

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几天就撸完了代码，但是更新文章陆续花了一个多月时间，可算是更完了，经过这一波操作也算是对协议有了进一步的了解，算是收获颇多。

当然，对于协议栈逻辑的进一步优化和其他协议的完善得日后再说，反正又不是不能用，UDP/IP协议栈系列文章到此结束！

如有不足之处还望批评指正~