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FPGA实现 TCP/IP 协议栈，千兆网服务器版本，纯VHDL代码编写，提供16套vivado工程源码和技术支持_9527华安 csdn

作者：我家小花儿 | 2024-05-13 05:56:01

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9527华安 csdn

1、前言
- 工程概述
- 免责声明
2、相关方案推荐
- 我这里已有的以太网方案
- 1G 千兆网 TCP-->客户端方案
- 10G 万兆网 TCP-->服务器+客户端方案
3、详细设计方案
- 设计框图
- 测试用PC端电脑
- 网络PHY
- Tri Mode Ethernet MAC
- AXI4-Stream Data FIFO 组
- TCP/IP协议栈简介
- - TCP/IP协议栈源码简介
  - TCP/IP协议栈网表简介
- TCP/IP协议栈性能简介
- TCP/IP协议栈接口描述
- TCP用户数据测试模块
- IP地址修改
- TCP/IP 协议栈RTL源码版本-->工程源码架构
- TCP/IP 协议栈EDF网表版本-->工程源码架构
4、工程源码1详解：Artix7-35T--RTL8211F--TCP协议栈源码版本
5、工程源码2详解：Artix7-35T--RTL8211E--TCP协议栈源码版本
6、工程源码3详解：Artix7-35T--KSZ9031--TCP协议栈源码版本
7、工程源码4详解：Artix7-100T--B50610--TCP协议栈源码版本
8、工程源码5详解：Kintex7-35T--B50610--TCP协议栈源码版本
9、工程源码6详解：Kintex7-35T--88E1518--TCP协议栈源码版本
10、工程源码7详解：Zynq7020--B50610--TCP协议栈源码版本
11、工程源码8详解：Zynq XCZU4EV--RTL8211E--TCP协议栈源码版本
12、工程源码9详解：Artix7-35T--RTL8211F--TCP协议栈网表版本
13、工程源码10详解：Artix7-35T--RTL8211E--TCP协议栈网表版本
14、工程源码11详解：Artix7-35T--KSZ9031--TCP协议栈网表版本
15、工程源码12详解：Artix7-100T--B50610--TCP协议栈网表版本
16、工程源码13详解：Kintex7-35T--B50610--TCP协议栈网表版本
17、工程源码14详解：Kintex7-35T--88E1518--TCP协议栈网表版本
18、工程源码15详解：Zynq7020--B50610--TCP协议栈网表版本
19、工程源码16详解：Zynq XCZU4EV--RTL8211E--TCP协议栈网表版本
20、工程移植说明
- vivado版本不一致处理
- FPGA型号不一致处理
- 其他注意事项
21、上板调试验证并演示
- 准备工作
- ping测试
- TCP数据回环测试
22、福利：工程代码的获取

FPGA实现 TCP/IP 协议栈，千兆网服务器版本，纯VHDL代码编写，提供16套vivado工程源码和技术支持

1、前言

没玩过TCP网络通信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。。。目前网上fpga实现udp协议的源码满天飞，我这里也有不少，但用FPGA纯源码实现TCP的项目却很少，能上板调试跑通的项目更是少之又少，甚至可以说是凤毛菱角，但很不巧，本人这儿就有一个；一般而言，用FPGA实现TCP并不是一个经济的方案，但对于芯片原型验证、航天可靠通信、水下通信等一些数据传输可靠性极高的领域而言，FPGA实现TCP方案依然占有一席之地；

工程概述

本设采用纯VHDL实现了千兆网TCP/IP协议栈，该协议栈为TCP服务器版本，没有用到任何一个IP核；并在Xilinx系列FPGA上做了部署并验证，由于使用千兆网，所以需要与FPGA开发板上的网络PHY交互，对硬件有一定要求；整个工程处理流程如下：

TCP/IP协议栈接收流程
PC端网络调试助手发送以太网数据包，或者发起ping操作，数据通过网线发送到FPGA开发板；FPGA开发板板载的网络PHY将PC发来的数据进行物理层解析，并以RGMII时序将网络数据发送给FPGA；FPGA调用Xilinx官方的Tri Mode Ethernet MAC IP核实现MAC数据解析，将RGMII时序转换为AXI4-Stream的MAC数据流输出；再调用2个AXI4-Stream Data FIFO做MAC数据跨时钟域处理和数据缓冲处理后依然以AXI4-Stream数据流输出给TCP/IP 协议栈；TCP/IP 协议栈对数据的MAC数据做以太网数据帧解析、IP报文解析等操作，去掉以太网帧头、协议层报文帧头等信息，提取出有效数据段信息和IP、MAC等地址信息，并以AXI4-Stream数据流形式输出有效数据，至此，TCP/IP协议栈接收流程完毕；

TCP/IP协议栈发送流程
用户数据测试模块为数据发起者，可以是测速模式下的单向的给PC端发送数据，也可以是数据回环模式下的将接收数据回环发送出去，两种模式通过define宏定义选择；用户输出发送时序为AXI4-Stream数据流；用户发送数据首先进入TCP/IP协议栈，并做协议层报文封装、以太网帧格式封装等操作，然后以AXI4-Stream数据流输出；再调用2个AXI4-Stream Data FIFO做TCP数据跨时钟域处理和数据缓冲处理后依然以AXI4-Stream数据流输出给MAC层；然后调用Xilinx官方的Tri Mode Ethernet MAC IP核实现MAC数据转换，将AXI4-Stream的MAC数据转换为RGMII时序输出；MAC数据再进入开发板板载的网络PHY进行物理层转换，将RGMII数据转换为差分信号通过网线输出给PC端，至此，TCP/IP协议栈发送流程完毕；

为了通用性和适应性，针对不同FPGA型号与不同网络PHY的差异，一共移植了16套工程源码，详情如下：
在这里插入图片描述
16套工程源码的TCP/IP 协议栈分为两种提供方式：
工程1~8提供的是TCP/IP 协议栈源码，即完全看得到并可修改的纯源码；
工程9~16提供的是TCP/IP 协议栈网表，可以正常调用、例化并使用，但看不到TCP/IP 协议栈源码也不能修改；

这里说明一下提供的16套工程源码的作用和价值，如下：

工程源码1
开发板FPGA型号为Xilinx Artix7-35T，板载的网络PHY型号为RTL8211F，工作于RGMII的延时模式下，进行TCP/IP 协议栈千兆网服务器版本的应用部署，其中TCP/IP 协议栈提供的是纯VHDL代码实现的源码，并对源码进行了verilog的顶层例化，对不熟悉VHDL语法的朋友来说是巨大福音，因为在工程中可以直接用verilog当时例化TCP/IP 协议栈，该工程适用于Xilinx 7系列FPGA移植，PHY适用于RTL8211F；

工程源码2
开发板FPGA型号为Xilinx Artix7-35T，板载的网络PHY型号为RTL8211E，工作于RGMII的延时模式下，进行TCP/IP 协议栈千兆网服务器版本的应用部署，其中TCP/IP 协议栈提供的是纯VHDL代码实现的源码，并对源码进行了verilog的顶层例化，对不熟悉VHDL语法的朋友来说是巨大福音，因为在工程中可以直接用verilog当时例化TCP/IP 协议栈，该工程适用于Xilinx 7系列FPGA移植，PHY适用于RTL8211E；

工程源码3
开发板FPGA型号为Xilinx Artix7-35T，板载的网络PHY型号为KSZ9031RNX，工作于RGMII的延时模式下，进行TCP/IP 协议栈千兆网服务器版本的应用部署，其中TCP/IP 协议栈提供的是纯VHDL代码实现的源码，并对源码进行了verilog的顶层例化，对不熟悉VHDL语法的朋友来说是巨大福音，因为在工程中可以直接用verilog当时例化TCP/IP 协议栈，该工程适用于Xilinx 7系列FPGA移植，PHY适用于KSZ9031RNX；

工程源码4
开发板FPGA型号为Xilinx Artix7-100T，板载的网络PHY型号为B50610，工作于RGMII的延时模式下，进行TCP/IP 协议栈千兆网服务器版本的应用部署，其中TCP/IP 协议栈提供的是纯VHDL代码实现的源码，并对源码进行了verilog的顶层例化，对不熟悉VHDL语法的朋友来说是巨大福音，因为在工程中可以直接用verilog当时例化TCP/IP 协议栈，该工程适用于Xilinx 7系列FPGA移植，PHY适用于B50610；

工程源码5
开发板FPGA型号为Xilinx Kintex7-35T，板载的网络PHY型号为B50610，工作于RGMII的延时模式下，进行TCP/IP 协议栈千兆网服务器版本的应用部署，其中TCP/IP 协议栈提供的是纯VHDL代码实现的源码，并对源码进行了verilog的顶层例化，对不熟悉VHDL语法的朋友来说是巨大福音，因为在工程中可以直接用verilog当时例化TCP/IP 协议栈，该工程适用于Xilinx 7系列FPGA移植，PHY适用于B50610；

工程源码6
开发板FPGA型号为Xilinx Kintex7-35T，板载的网络PHY型号为88E1518，工作于RGMII的延时模式下，进行TCP/IP 协议栈千兆网服务器版本的应用部署，其中TCP/IP 协议栈提供的是纯VHDL代码实现的源码，并对源码进行了verilog的顶层例化，对不熟悉VHDL语法的朋友来说是巨大福音，因为在工程中可以直接用verilog当时例化TCP/IP 协议栈，该工程适用于Xilinx 7系列FPGA移植，PHY适用于88E1518；

工程源码7
开发板FPGA型号为Xilinx Zynq7020，板载的网络PHY型号为B50610，工作于RGMII的延时模式下，进行TCP/IP 协议栈千兆网服务器版本的应用部署，其中TCP/IP 协议栈提供的是纯VHDL代码实现的源码，并对源码进行了verilog的顶层例化，对不熟悉VHDL语法的朋友来说是巨大福音，因为在工程中可以直接用verilog当时例化TCP/IP 协议栈，该工程适用于Xilinx Zynq7000系列FPGA移植，PHY适用于B50610；

工程源码8
开发板FPGA型号为Xilinx Zynq UltraScale+MPSoCs XCZU4EV，板载的网络PHY型号为RTL8211E，工作于RGMII的延时模式下，进行TCP/IP 协议栈千兆网服务器版本的应用部署，其中TCP/IP 协议栈提供的是纯VHDL代码实现的源码，并对源码进行了verilog的顶层例化，对不熟悉VHDL语法的朋友来说是巨大福音，因为在工程中可以直接用verilog当时例化TCP/IP 协议栈，该工程适用于Xilinx KU/KU+系列FPGA移植，PHY适用于RTL8211E；

工程源码9
开发板FPGA型号为Xilinx Artix7-35T，板载的网络PHY型号为RTL8211F，工作于RGMII的延时模式下，进行TCP/IP 协议栈千兆网服务器版本的应用部署，其中TCP/IP 协议栈提供的是EDF网表文件，可以正常调用、例化并使用，但看不到TCP/IP 协议栈源码也不能修改，网表文件例化方式依然是verilog方式；该工程适用于Xilinx 7系列FPGA移植，PHY适用于RTL8211F；

工程源码10
开发板FPGA型号为Xilinx Artix7-35T，板载的网络PHY型号为RTL8211E，工作于RGMII的延时模式下，进行TCP/IP 协议栈千兆网服务器版本的应用部署，其中TCP/IP 协议栈提供的是EDF网表文件，可以正常调用、例化并使用，但看不到TCP/IP 协议栈源码也不能修改，网表文件例化方式依然是verilog方式；该工程适用于Xilinx 7系列FPGA移植，PHY适用于RTL8211E；

工程源码11
开发板FPGA型号为Xilinx Artix7-35T，板载的网络PHY型号为KSZ9031RNX，工作于RGMII的延时模式下，进行TCP/IP 协议栈千兆网服务器版本的应用部署，其中TCP/IP 协议栈提供的是EDF网表文件，可以正常调用、例化并使用，但看不到TCP/IP 协议栈源码也不能修改，网表文件例化方式依然是verilog方式；该工程适用于Xilinx 7系列FPGA移植，PHY适用于KSZ9031RNX；

工程源码12
开发板FPGA型号为Xilinx Artix7-100T，板载的网络PHY型号为B50610，工作于RGMII的延时模式下，进行TCP/IP 协议栈千兆网服务器版本的应用部署，其中TCP/IP 协议栈提供的是EDF网表文件，可以正常调用、例化并使用，但看不到TCP/IP 协议栈源码也不能修改，网表文件例化方式依然是verilog方式；该工程适用于Xilinx 7系列FPGA移植，PHY适用于B50610；

工程源码13
开发板FPGA型号为Xilinx Kintex7-35T，板载的网络PHY型号为B50610，工作于RGMII的延时模式下，进行TCP/IP 协议栈千兆网服务器版本的应用部署，其中TCP/IP 协议栈提供的是EDF网表文件，可以正常调用、例化并使用，但看不到TCP/IP 协议栈源码也不能修改，网表文件例化方式依然是verilog方式；该工程适用于Xilinx 7系列FPGA移植，PHY适用于B50610；

工程源码14
开发板FPGA型号为Xilinx Kintex7-35T，板载的网络PHY型号为88E1518，工作于RGMII的延时模式下，进行TCP/IP 协议栈千兆网服务器版本的应用部署，其中TCP/IP 协议栈提供的是EDF网表文件，可以正常调用、例化并使用，但看不到TCP/IP 协议栈源码也不能修改，网表文件例化方式依然是verilog方式；该工程适用于Xilinx 7系列FPGA移植，PHY适用于88E1518；

工程源码15
开发板FPGA型号为Xilinx Zynq7020，板载的网络PHY型号为B50610，工作于RGMII的延时模式下，进行TCP/IP 协议栈千兆网服务器版本的应用部署其中TCP/IP 协议栈提供的是EDF网表文件，可以正常调用、例化并使用，但看不到TCP/IP 协议栈源码也不能修改，网表文件例化方式依然是verilog方式；该工程适用于Xilinx Zynq7000系列FPGA移植，PHY适用于B50610；

工程源码16
开发板FPGA型号为Xilinx Zynq UltraScale+MPSoCs XCZU4EV，板载的网络PHY型号为RTL8211E，工作于RGMII的延时模式下，进行TCP/IP 协议栈千兆网服务器版本的应用部署，其中TCP/IP 协议栈提供的是EDF网表文件，可以正常调用、例化并使用，但看不到TCP/IP 协议栈源码也不能修改，网表文件例化方式依然是verilog方式；该工程适用于Xilinx KU/KU+系列FPGA移植，PHY适用于RTL8211E；

本博客详细描述了Xilinx系列FPGA实现 TCP/IP 协议栈服务器版本的设计方案，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官网以及其他开源免费获取渠道等等)，若大佬们觉得有所冒犯，请私信批评教育；部分模块源码转载自上述网络，版权归原作者所有，如有侵权请联系我们删除；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、相关方案推荐

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，对网络通信有需求的兄弟可以去看看：
直接点击前往

1G 千兆网 TCP–>客户端方案

TCP分为服务器和客户端，两者代码是不一样的，看具体需求，既然本博客介绍的是TCP服务器，那么肯定就有TCP客户端，本来TCP客户端之前一直都有，但一直没有调通，经过两年半的练习调试，总算是调通了；TCP客户端依然是16套工程源码，我另外写了一篇博客介绍TCP客户端，感兴趣的朋友可以去看看：
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10G 万兆网 TCP–>服务器+客户端方案

我这里也有10G 万兆网 TCP 方案，该方案有服务器和客户端两套代码，在Xilinx KU和KUP等平台测试通过并很稳定，对10G 万兆网 TCP 方案感兴趣的朋友可以去看看：
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3、详细设计方案

设计框图

本设计使用的工程详细设计方案框图如下：
在这里插入图片描述

测试用PC端电脑

测试用PC端电脑要求如下：
主板有千兆网口，可以是台式电脑或者笔记本电脑；
网口有网卡驱动；
安装网络调试助手软件，软件已提供在资料包中；

网络PHY

网络PHY市面上一大堆，既有国外的也有国产的，本设计对网络PHY原则上没有要求，但必须是RGMII接口，且工作于延时模式，工程不需要MDIO配置，可在硬件设计中使用电阻上下拉配置为延时模式；

Tri Mode Ethernet MAC

Tri Mode Ethernet MAC是Xilinx官方推出的以太网MAC IP核，可桥接PHY与FPGA用户逻辑，用户侧接口为AXI4-Stream；Tri Mode Ethernet MAC包括IP核调用、复位逻辑、AXI4_Lite配置等，其在工程中的代码架构如下：
在这里插入图片描述
Tri Mode Ethernet MAC配置为RGMII模式，固定速率为1000M，IP配置如下：

需要注意的是：
Xilinx 7系列FPGA与KU/KU+系列FPGA的Tri Mode Ethernet MAC在例化、端口、配置上均存在差异，7系列FPGA通过Tri Mode Ethernet MAC内部MMCM源语产生RGMII发送时钟和相位偏移90°时钟来实现RGMII延时模式控制，参考时钟为200M；而KU/KU+系列FPGA则没有这样的机制，而是通过延时源语实现RGMII延时模式的时序控制；此外，为了达到RGMII延时模式的时序控制，需要修改Tri Mode Ethernet MAC内部代码，所以需要对IP进行锁定操作，但在工程移植过程中，又需要对齐进行解锁并升级IP等操作，另外，还需要对IP内部的XDC文件做修改，以适应不同PHY的时序约束；

总之，对Tri Mode Ethernet MAC的操作需要高度的专业性，一般的FPGA开发者很难做到，所以我专门写了针对不同PHY型号和不同系列FPGA对应的Tri Mode Ethernet MAC的使用手册，手册放在了资料包中，全部手册如下：
在这里插入图片描述

AXI4-Stream Data FIFO 组

调用AXI4-Stream Data FIFO 组实现MAC数据与TCP/IP协议栈之间的数据桥接，其在工程中的代码架构如下：
在这里插入图片描述
以接收端为例：
第一级FIFO为异步时钟FIFO，实现MAC数据从Tri Mode Ethernet MAC到TCP/IP协议栈的跨时钟域处理；
第一级FIFO为同步时钟FIFO，实现MAC数据到TCP/IP协议栈的数据缓冲处理；
以发送端为例：
第一级FIFO为异步时钟FIFO，实现MAC数据从TCP/IP协议栈到Tri Mode Ethernet MAC的跨时钟域处理；
第一级FIFO为同步时钟FIFO，实现MAC数据到Tri Mode Ethernet MAC的数据缓冲处理；

TCP/IP协议栈简介

本TCP/IP协议栈为纯VHDL实现的千兆网速率服务器版本，可实现TCP协议网络通信，针对不同需求，提供两个版本的模块，一种是TCP/IP 协议栈源码，即完全看得到并可修改的纯源码；另一种是TCP/IP 协议栈网表，可以正常调用、例化并使用，但看不到TCP/IP 协议栈源码也不能修改；TCP/IP协议栈基本设计框架如下：
在这里插入图片描述
其中的UDP我们没有用到，只用到了TCP；

TCP/IP协议栈源码简介

TCP/IP 协议栈源码架构如下：
在这里插入图片描述

TCP/IP协议栈网表简介

TCP/IP 协议栈网表架是TCP/IP协议栈源码加密封装而来，用户可以正常调用、例化并使用，但看不到TCP/IP 协议栈源码也不能修改；架构如下：
在这里插入图片描述

TCP/IP协议栈性能简介

此TCP/IP协议栈是TCP服务器，不是客户端；即FPGA是TCP服务器，远程节点(比如 PC 电脑)是客户端；

常规性能

1：纯VHDL实现，没有用到任何一个IP核；
2：移植性天花板，该协议栈可在Xilinx、Altera、Lattice、国产FPGA等各大FPGA型号之间任意移植，因为是没有任何IP和源语的纯VHDL代码实现；但例如Tri Mode Ethernet MAC这样的PHY侧IP核目前用的Xilinx的；
3：功能齐全，包含了服务器和客户端，客户端目前还在开发中，暂不提供；TCP/IP协议栈本身包含了动态ARP、NDP、PING、IGMP (for multicast UDP)等功能模块；
4：代码符合标准的IEEE 802.3协议，支持IPv4和IPv6；
5：对外接PHY的数据格式要求：RGMII；
6：时序收敛很到位，考虑到TCP协议的复杂性和时序的高要求，所以没有采用时序收敛不强的verilog，而是VHDL，虽然阅读性可能会低一些，但用户只需要知道用户接口即可，并不需要去看内部的复杂代码；
7：动态ARP功能；
8：带ping功能；
9：支持多播；

支持多节点

支持节点数是TCP里面最重要的性能指标之一，这里需要重点讲述：
TCP节点数最大支持255个，通过parameter TCP_NUM参数设置，但前提是你的FPGA资源能满足；TCP_NUM参数可以在代码中自由修改，含义和用法，在代码里有详细的注释，为了防止不同编译器下中文注释出现乱码，注释均由英文书写，英语较差的兄弟可以直接某度翻译，位置如下：
在这里插入图片描述
本例程只用到了1个节点；
此外，使用TCP/IP 协议栈网表的工程不支持多节点，没有此参数配置；

FPGA资源占用少

FPGA资源消耗是TCP里面最重要的性能指标之一，这里需要重点讲述：
FPGA资源消耗很低；以下举例：
以Xilinx系列Artix7-35T平台为例，TCP/IP协议栈的资源消耗如下：
在这里插入图片描述

数据吞吐率高

数据吞吐率是TCP里面最重要的性能指标之一，这里需要重点讲述：
下面给出4项测试结果，你可以自己对比评估以下：
测试1：
通过千兆以太网在TCP服务器和TCP客户端之间双向连接，FPGA参考时钟120 MHz条件下，测量的持续吞吐率为双向并发452 Mbits/s；
测试2：
Xilinx Spartan-6 -2速度等级，FPGA参考时钟120 MHz，512字节的UDP数据包通过局域网点对点发送下测得：
0丢包，吞吐率为878.5 Mbits/s；当用户时钟为125 MHz或以上时，UDP最大帧吞吐率为915 Mbits/s；
测试3：
TCP服务器传输吞吐量在1百兆局域网下PC端测量平均吞吐量为93 Mbps，如下；
在这里插入图片描述
测试4：
TCP服务器将8Gbits发送到TCP Java客户端，同时Wireshark收集速度信息。从基于FPGA的TCP服务器到PC的点对点LAN连接平均吞吐率为390.2 Mbits/s；如下：

低延时性能

延时性能是TCP里面最重要的性能指标之一，这里需要重点讲述：
延时与TCP数据包长直接相关，如果你对延时性能性能要求很高，则可以减少包长来有效降低延时，假设你的载包为X bytes，那么你的收发延时关系如下：
发送延时=0.5 + 2X÷125 µs；
接收延时=0.5 + X÷125 µs；
最大帧长度为1460字节，FPGA 时钟125 MHz下的测试结果如下：
发送延时=23.9µs；
接收延时=12.2µs；

TCP/IP协议栈接口描述

由于TCP/IP协议栈主体部分由VHDL代码编写，导致可读性较差，毕竟很多朋友都是直接学的verilog语言，对VHDL并不熟悉，所以我们用verilog模块对VHDL模块做了例化形成verilog的顶层模块接口供用户例化，所以TCP/IP协议栈顶层接口如下：

module ikun_1gtcp_vip #(
	parameter TCP_NUM         = 1   ,	// tcp 端口数量,这里仅用到了1个
	parameter CLK_FREQUENCY   = 125 ,	// 参考时钟频率,比如输入时钟为125M,则CLK_FREQUENCY=125
	parameter TX_IDLE_TIMEOUT = 50  ,	// 以太网帧发送间隔
	parameter IPVX_ADDR_LOOP  = 1   ,	// 目的IP地址回环使能; 1-->不需要指定目的IP地址; 0-->需要指定目的IP地址;
	parameter SIMULATION      = 1'b0    // 仿真模式; 1-->开启仿真模式; 0-->关闭仿真模式; 默认关闭
)(
	// 时钟和复位
	input                   clk                ,	// 参考时钟
	input                   sync_reset         ,	// 同步复位
	input                   async_reset        ,	// 异步复位	
	// 配置端口
	input  [ 47:0]          fpga_MAC_addr      ,	// FPGA网卡MAC地址	
	input  [ 31:0]          fpga_IPV4_addr     ,	// FPGA网卡IPV4地址		
	input  [127:0]          fpga_IPV6_addr     ,	// FPGA网卡IPV6地址	
	input  [ 31:0]          fpga_multicast_addr,	// FPGA网卡组播地址	
	input  [ 31:0]          fpga_subnet_addr   ,	// FPGA网卡子网掩码	
	input  [ 31:0]          fpga_gaitway_addr  ,	// FPGA网卡网关地址	
	input  [16*TCP_NUM-1:0] fpga_tcp_port      ,	// FPGA网卡端口号		
	input  [ 31:0]          PC_IPV4_addr       ,	// 远端网卡IPV4地址	
	input  [ 15:0]          PC_tcp_port    	   ,	// 远端网卡端口号	
	output [ 15:0]          PC_tcp_port_out    ,	// 远端网卡端口号          	
	// MAC层接口信号
	output [  7:0]          mac_tx_tdata       ,	// 输出--MAC层发送数据
	input                   mac_tx_tready      ,	// 输入--MAC层发送数据准备好	
	output                  mac_tx_tvalid      ,	// 输出--MAC层发送数据有效	
	output                  mac_tx_tuser       ,	// 输出--MAC层发送数据开始	
	output                  mac_tx_tlast       ,	// 输出--MAC层发送数据结尾
	input  [  7:0]          mac_rx_tdata       ,	// 输入--MAC层接收数据
	input                   mac_rx_tvalid      ,	// 输入--MAC层接收数据有效	
	input                   mac_rx_tuser       ,	// 输入--MAC层接收数据开始	
	input                   mac_rx_tlast       ,	// 输入--MAC层接收数据结尾
	// UDP协议栈用户接口信号                   
	output [  7:0]          udp_rx_tdata       ,	// 输出--UDP协议栈用户接收数据
	output                  udp_rx_tvalid      ,	// 输出--UDP协议栈用户接收数据有效
	output                  udp_rx_tuser       ,	// 输出--UDP协议栈用户接收数据开始	
	output                  udp_rx_tlast       ,	// 输出--UDP协议栈用户接收数据结束	
	input  [  7:0]          udp_tx_tdata       ,	// 输入--UDP协议栈用户发送数据
	input                   udp_tx_tvalid      ,	// 输入--UDP协议栈用户发送数据有效
	output                  udp_tx_tready      ,	// 输入--UDP协议栈用户发送数据准备好	
	input                   udp_tx_tuser       ,	// 输入--UDP协议栈用户发送数据开始	
	input                   udp_tx_tlast       ,	// 输入--UDP协议栈用户发送数据结束	
	output                  udp_tx_ack         ,	// 输入--UDP协议栈用户发送数据应答	
	output                  udp_tx_nak         ,	// 输入--UDP协议栈用户发送数据无应答	
	// TCP协议栈用户接口信号	               
	output [8*TCP_NUM-1:0]  tcp_rx_tdata       ,	// 输出--TCP协议栈用户接收数据
	output [TCP_NUM-1:0]    tcp_rx_tvalid      ,	// 输出--TCP协议栈用户接收数据有效
	output [TCP_NUM-1:0]    tcp_rx_tready      ,	// 输出--TCP协议栈用户接收数据准备好
	input  [TCP_NUM-1:0]    tcp_rx_tkeep       ,	// 输入--TCP协议栈用户接收数据选通
											   
	input  [8*TCP_NUM-1:0]  tcp_tx_tdata       ,	// 输入--TCP协议栈用户发送数据
	input  [TCP_NUM-1:0]    tcp_tx_tvalid      ,	// 输入--TCP协议栈用户发送数据有效
	output [TCP_NUM-1:0]    tcp_tx_tkeep       	// 输出--TCP协议栈用户发送数据选通			
);
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TCP/IP协议栈接口是用户逻辑与TCP/IP协议栈对接的，所以这部分非常重要，用户想要把TCP/IP协议栈用起来，理论上只需要掌握其用户接口的使用即可；
其中的parameter参数有详细注释；
配置端口用户对FPGA开发板做网卡级别的配置，包括IP、MAC地址等；
MAC层接口与Tri Mode Ethernet MAC IP核对接；
UDP协议栈用户接口暂时用不到；
TCP协议栈用户接口是用户逻辑直接对接的接口；
具体可参考工程源码中对该模块的调用；

TCP用户数据测试模块

TCP用户数据测试模块集成了接收数据回环和数据测速功能，通过define宏定义选择，如下：
在这里插入图片描述

接收数据回环功能：
将接收数据回环发送出去，即形成发送=接收的自回环功能；该功能的作用是配合网络调试助手进行数据收发测试、数据丢包测试、数据正确性测试等；

数据数据测速：
FPGA自动循环向TCP/IP 协议栈发送累加的数据，数据内容从0开始累加，即形成连续发送数据功能；该功能的作用是配合PC端测试网络极限速率，打开电脑端的资源管理器，查看网卡，即可看到通信速率；值得注意的是，该方法并不能真实反映网速，用更为专业的网速测试软件为佳；

IP地址修改

每套工程均可修改FPGA开发板的IP地址、MAC地址、端口号等信息，同时也可以修改远程节点的IP地址、端口号等信息，当IPVX_ADDR_LOOP设置为1时，不需要指定远程节点的IP地址，这也是默认的工作方式，代码里有注释，如下：
在这里插入图片描述

TCP/IP 协议栈RTL源码版本–>工程源码架构

工程源码1~8为TCP/IP 协议栈源码版本，以工程源码1为例工程源码架构截图如下，其他工程与之类似：
在这里插入图片描述

TCP/IP 协议栈EDF网表版本–>工程源码架构

工程源码9~16为TCP/IP 协议栈源码版本，以工程源码9为例工程源码架构截图如下，其他工程与之类似：
在这里插入图片描述

4、工程源码1详解：Artix7-35T–RTL8211F–TCP协议栈源码版本

开发板FPGA型号：Xilinx–Artix7-35T–xc7a35tfgg484-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入输出：以太网帧，TCP网络数据；
接口：1路JR45千兆网口，1000M线速率；
网络PHY方案：RTL8211F–延时模式–RGMII时序；
MAC方案：Xilinx–Tri Mode Ethernet MAC方案；
协议层方案：1000M–TCP协议栈–服务器；
TCP协议栈是否提供源码？–>提供完整的源码；
工程源码架构请参考前面第3章节中的《TCP/IP 协议栈RTL源码版本–>工程源码架构》小节；
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA实现 TCP/IP 协议栈服务器版本的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程的资源消耗和功耗如下：
在这里插入图片描述

5、工程源码2详解：Artix7-35T–RTL8211E–TCP协议栈源码版本

开发板FPGA型号：Xilinx–Artix7-35T–xc7a35tfgg484-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入输出：以太网帧，TCP网络数据；
接口：1路JR45千兆网口，1000M线速率；
网络PHY方案：RTL8211E–延时模式–RGMII时序；
MAC方案：Xilinx–Tri Mode Ethernet MAC方案；
协议层方案：1000M–TCP协议栈–服务器；
TCP协议栈是否提供源码？–>提供完整的源码；
工程源码架构请参考前面第3章节中的《TCP/IP 协议栈RTL源码版本–>工程源码架构》小节；
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA实现 TCP/IP 协议栈服务器版本的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程的资源消耗和功耗如下：
在这里插入图片描述

6、工程源码3详解：Artix7-35T–KSZ9031–TCP协议栈源码版本

开发板FPGA型号：Xilinx–Artix7-35T–xc7a35tfgg484-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入输出：以太网帧，TCP网络数据；
接口：1路JR45千兆网口，1000M线速率；
网络PHY方案：KSZ9031–延时模式–RGMII时序；
MAC方案：Xilinx–Tri Mode Ethernet MAC方案；
协议层方案：1000M–TCP协议栈–服务器；
TCP协议栈是否提供源码？–>提供完整的源码；
工程源码架构请参考前面第3章节中的《TCP/IP 协议栈RTL源码版本–>工程源码架构》小节；
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA实现 TCP/IP 协议栈服务器版本的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程的资源消耗和功耗如下：
在这里插入图片描述

7、工程源码4详解：Artix7-100T–B50610–TCP协议栈源码版本

开发板FPGA型号：Xilinx–Artix7-100T–xc7a100tfgg484-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入输出：以太网帧，TCP网络数据；
接口：1路JR45千兆网口，1000M线速率；
网络PHY方案：B50610–延时模式–RGMII时序；
MAC方案：Xilinx–Tri Mode Ethernet MAC方案；
协议层方案：1000M–TCP协议栈–服务器；
TCP协议栈是否提供源码？–>提供完整的源码；
工程源码架构请参考前面第3章节中的《TCP/IP 协议栈RTL源码版本–>工程源码架构》小节；
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA实现 TCP/IP 协议栈服务器版本的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程的资源消耗和功耗如下：
在这里插入图片描述

8、工程源码5详解：Kintex7-35T–B50610–TCP协议栈源码版本

开发板FPGA型号：Xilinx–Kintex7–35T–xc7k325tffg676-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入输出：以太网帧，TCP网络数据；
接口：1路JR45千兆网口，1000M线速率；
网络PHY方案：B50610–延时模式–RGMII时序；
MAC方案：Xilinx–Tri Mode Ethernet MAC方案；
协议层方案：1000M–TCP协议栈–服务器；
TCP协议栈是否提供源码？–>提供完整的源码；
工程源码架构请参考前面第3章节中的《TCP/IP 协议栈RTL源码版本–>工程源码架构》小节；
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA实现 TCP/IP 协议栈服务器版本的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程的资源消耗和功耗如下：
在这里插入图片描述

9、工程源码6详解：Kintex7-35T–88E1518–TCP协议栈源码版本

开发板FPGA型号：Xilinx–Kintex7–35T–xc7k325tffg676-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入输出：以太网帧，TCP网络数据；
接口：1路JR45千兆网口，1000M线速率；
网络PHY方案：88E1518–延时模式–RGMII时序；
MAC方案：Xilinx–Tri Mode Ethernet MAC方案；
协议层方案：1000M–TCP协议栈–服务器；
TCP协议栈是否提供源码？–>提供完整的源码；
工程源码架构请参考前面第3章节中的《TCP/IP 协议栈RTL源码版本–>工程源码架构》小节；
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA实现 TCP/IP 协议栈服务器版本的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程的资源消耗和功耗如下：
在这里插入图片描述

10、工程源码7详解：Zynq7020–B50610–TCP协议栈源码版本

开发板FPGA型号：Xilinx–Zynq7020–xc7z020clg400-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入输出：以太网帧，TCP网络数据；
接口：1路JR45千兆网口，1000M线速率；
网络PHY方案：B50610–延时模式–RGMII时序；
MAC方案：Xilinx–Tri Mode Ethernet MAC方案；
协议层方案：1000M–TCP协议栈–服务器；
TCP协议栈是否提供源码？–>提供完整的源码；
工程源码架构请参考前面第3章节中的《TCP/IP 协议栈RTL源码版本–>工程源码架构》小节；
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA实现 TCP/IP 协议栈服务器版本的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程的资源消耗和功耗如下：
在这里插入图片描述

11、工程源码8详解：Zynq XCZU4EV–RTL8211E–TCP协议栈源码版本

开发板FPGA型号：Xilinx- Zynq UltraScale+MPSoCs XCZU4EV–xczu4ev-sfvc784-2-i；
开发环境：Vivado2019.1；
输入输出：以太网帧，TCP网络数据；
接口：1路JR45千兆网口，1000M线速率；
网络PHY方案：RTL8211E–延时模式–RGMII时序；
MAC方案：Xilinx–Tri Mode Ethernet MAC方案；
协议层方案：1000M–TCP协议栈–服务器；
TCP协议栈是否提供源码？–>提供完整的源码；
工程源码架构请参考前面第3章节中的《TCP/IP 协议栈RTL源码版本–>工程源码架构》小节；
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA实现 TCP/IP 协议栈服务器版本的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程的资源消耗和功耗如下：
在这里插入图片描述

12、工程源码9详解：Artix7-35T–RTL8211F–TCP协议栈网表版本

开发板FPGA型号：Xilinx–Artix7-35T–xc7a35tfgg484-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入输出：以太网帧，TCP网络数据；
接口：1路JR45千兆网口，1000M线速率；
网络PHY方案：RTL8211F–延时模式–RGMII时序；
MAC方案：Xilinx–Tri Mode Ethernet MAC方案；
协议层方案：1000M–TCP协议栈–服务器；
TCP协议栈是否提供源码？–>否，提供TCP协议栈网表文件；
工程源码架构请参考前面第3章节中的《TCP/IP 协议栈EDF网表版本–>工程源码架构》小节；
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA实现 TCP/IP 协议栈服务器版本的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程的资源消耗和功耗如下：
在这里插入图片描述

13、工程源码10详解：Artix7-35T–RTL8211E–TCP协议栈网表版本

开发板FPGA型号：Xilinx–Artix7-35T–xc7a35tfgg484-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入输出：以太网帧，TCP网络数据；
接口：1路JR45千兆网口，1000M线速率；
网络PHY方案：RTL8211E–延时模式–RGMII时序；
MAC方案：Xilinx–Tri Mode Ethernet MAC方案；
协议层方案：1000M–TCP协议栈–服务器；
TCP协议栈是否提供源码？–>否，提供TCP协议栈网表文件；
工程源码架构请参考前面第3章节中的《TCP/IP 协议栈EDF网表版本–>工程源码架构》小节
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA实现 TCP/IP 协议栈服务器版本的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程的资源消耗和功耗如下：
在这里插入图片描述

14、工程源码11详解：Artix7-35T–KSZ9031–TCP协议栈网表版本

开发板FPGA型号：Xilinx–Artix7-35T–xc7a35tfgg484-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入输出：以太网帧，TCP网络数据；
接口：1路JR45千兆网口，1000M线速率；
网络PHY方案：KSZ9031–延时模式–RGMII时序；
MAC方案：Xilinx–Tri Mode Ethernet MAC方案；
协议层方案：1000M–TCP协议栈–服务器；
TCP协议栈是否提供源码？–>否，提供TCP协议栈网表文件；
工程源码架构请参考前面第3章节中的《TCP/IP 协议栈EDF网表版本–>工程源码架构》小节
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA实现 TCP/IP 协议栈服务器版本的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程的资源消耗和功耗如下：
在这里插入图片描述

15、工程源码12详解：Artix7-100T–B50610–TCP协议栈网表版本

开发板FPGA型号：Xilinx–Artix7-100T–xc7a100tfgg484-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入输出：以太网帧，TCP网络数据；
接口：1路JR45千兆网口，1000M线速率；
网络PHY方案：B50610–延时模式–RGMII时序；
MAC方案：Xilinx–Tri Mode Ethernet MAC方案；
协议层方案：1000M–TCP协议栈–服务器；
TCP协议栈是否提供源码？–>否，提供TCP协议栈网表文件；
工程源码架构请参考前面第3章节中的《TCP/IP 协议栈EDF网表版本–>工程源码架构》小节
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA实现 TCP/IP 协议栈服务器版本的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程的资源消耗和功耗如下：
在这里插入图片描述

16、工程源码13详解：Kintex7-35T–B50610–TCP协议栈网表版本

开发板FPGA型号：Xilinx–Kintex7–35T–xc7k325tffg676-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入输出：以太网帧，TCP网络数据；
接口：1路JR45千兆网口，1000M线速率；
网络PHY方案：B50610–延时模式–RGMII时序；
MAC方案：Xilinx–Tri Mode Ethernet MAC方案；
协议层方案：1000M–TCP协议栈–服务器；
TCP协议栈是否提供源码？–>否，提供TCP协议栈网表文件；
工程源码架构请参考前面第3章节中的《TCP/IP 协议栈EDF网表版本–>工程源码架构》小节
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA实现 TCP/IP 协议栈服务器版本的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程的资源消耗和功耗如下：
在这里插入图片描述

17、工程源码14详解：Kintex7-35T–88E1518–TCP协议栈网表版本

开发板FPGA型号：Xilinx–Kintex7–35T–xc7k325tffg676-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入输出：以太网帧，TCP网络数据；
接口：1路JR45千兆网口，1000M线速率；
网络PHY方案：88E1518–延时模式–RGMII时序；
MAC方案：Xilinx–Tri Mode Ethernet MAC方案；
协议层方案：1000M–TCP协议栈–服务器；
TCP协议栈是否提供源码？–>否，提供TCP协议栈网表文件；
工程源码架构请参考前面第3章节中的《TCP/IP 协议栈EDF网表版本–>工程源码架构》小节
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA实现 TCP/IP 协议栈服务器版本的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程的资源消耗和功耗如下：
在这里插入图片描述

18、工程源码15详解：Zynq7020–B50610–TCP协议栈网表版本

开发板FPGA型号：Xilinx–Zynq7020–xc7z020clg400-2；
开发环境：Vivado2019.1；
输入输出：以太网帧，TCP网络数据；
接口：1路JR45千兆网口，1000M线速率；
网络PHY方案：B50610–延时模式–RGMII时序；
MAC方案：Xilinx–Tri Mode Ethernet MAC方案；
协议层方案：1000M–TCP协议栈–服务器；
TCP协议栈是否提供源码？–>否，提供TCP协议栈网表文件；
工程源码架构请参考前面第3章节中的《TCP/IP 协议栈EDF网表版本–>工程源码架构》小节
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA实现 TCP/IP 协议栈服务器版本的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程的资源消耗和功耗如下：
在这里插入图片描述

19、工程源码16详解：Zynq XCZU4EV–RTL8211E–TCP协议栈网表版本

开发板FPGA型号：Xilinx- Zynq UltraScale+MPSoCs XCZU4EV–xczu4ev-sfvc784-2-i；
开发环境：Vivado2019.1；
输入输出：以太网帧，TCP网络数据；
接口：1路JR45千兆网口，1000M线速率；
网络PHY方案：RTL8211E–延时模式–RGMII时序；
MAC方案：Xilinx–Tri Mode Ethernet MAC方案；
协议层方案：1000M–TCP协议栈–服务器；
TCP协议栈是否提供源码？–>否，提供TCP协议栈网表文件；
工程源码架构请参考前面第3章节中的《TCP/IP 协议栈EDF网表版本–>工程源码架构》小节
工程作用：此工程目的是让读者掌握FPGA实现 TCP/IP 协议栈服务器版本的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程的资源消耗和功耗如下：
在这里插入图片描述

20、工程移植说明

vivado版本不一致处理

1：如果你的vivado版本与本工程vivado版本一致，则直接打开工程；
2：如果你的vivado版本低于本工程vivado版本，则需要打开工程后，点击文件–>另存为；但此方法并不保险，最保险的方法是将你的vivado版本升级到本工程vivado的版本或者更高版本；
在这里插入图片描述
3：如果你的vivado版本高于本工程vivado版本，解决如下：

打开工程后会发现IP都被锁住了，如下：

此时需要升级IP，操作如下：

FPGA型号不一致处理

如果你的FPGA型号与我的不一致，则需要更改FPGA型号，操作如下：
在这里插入图片描述

更改FPGA型号后还需要升级IP，升级IP的方法前面已经讲述了；

其他注意事项

1：由于每个板子的DDR不一定完全一样，所以MIG IP需要根据你自己的原理图进行配置，甚至可以直接删掉我这里原工程的MIG并重新添加IP，重新配置；
2：根据你自己的原理图修改引脚约束，在xdc文件中修改即可；
3：纯FPGA移植到Zynq需要在工程中添加zynq软核；

21、上板调试验证并演示

准备工作

试验需要准备以下设备：
FPGA开发板，可以自行购买，也可以找本博主购买同款开发板；
测试电脑；
千兆网线；
网络调试助手；
以工程源码5的开发板为例进行上板调试；
连接如下：
在这里插入图片描述
首先设置电脑端IP如下：

注意！！！
注意！！！
由于代码里设置了远端IP地址自回环，所以只需要将电脑端IP地址设为与FPGA网卡IP地址同网段且不重合即可，比如这里不仅可以设置微192.168.0.10，还可以设为192.168.0.100、192.168.0.101、192.168.0.102等，但不可设置为192.168.0.56，因为这是FPGA网卡的IP地址；

然后下载bit，如下：
在这里插入图片描述

ping测试

打开cdm，输入 ping 192.168.0.56，如下：
在这里插入图片描述
ping测试视频演示如下，请点击观看：

千兆网TCP协议栈ping操作

TCP数据回环测试

打开网络调试助手并配置，如下：
在这里插入图片描述
单次发送数据测试结果如下：

循环发送数据测试结果如下，1秒时间间隔循环：可以看到，数据收发量超过15万字节，没有丢包，足以证明其稳定性；

TCP数据回环测试视频演示如下，请点击观看：

千兆网TCP协议栈服务器数据收发测试

22、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，以某度网盘链接方式发送，
资料获取方式：私，或者文章末尾的V名片。
网盘资料如下：
在这里插入图片描述
此外，有很多朋友给本博主提了很多意见和建议，希望能丰富服务内容和选项，因为不同朋友的需求不一样，所以本博主还提供以下服务：

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