TCP/IP协议栈设计—UDP/IP协议栈设计与实现（接收部分）

TCP/IP协议栈设计—UDP/IP协议栈设计与实现（接收部分）

前言：要实现基于FPGA的TCP硬件协议栈，需要充分了解以太网通信协议，因此先展开对UDPIP的实现。经过一年来不断的探索，最近从新设计并优化了UDPIP协议栈，内容较多，因此分为接收、发送两个部分2篇文章，来介绍UDPIP的调试与实现过程。

文中主要目录：

一、对MAC层数据进行解析；二，对ARP数据层进行解析；三、IP协议的解析；四、UDP协议的解析；五、UDP数据的发送组帧；六、IP数据的发送组帧

 

20191031 周四

一、对MAC层数据进行解析

子模块为：mac_rx_parsing.v 测试文件为：tb_mac_rx_parsing.v

代码顶层接口：

解析ARP帧时，结果如下2图，仿真正确。

接收IP帧时的解析如下：

二，对ARP数据层进行解析

子模块为：arp_rx_parsing.v 测试文件为：tb_arp_rx_parsing.v

代码顶层接口：

针对ARP协议的分析代码如下：

ARP仿真结果如下：图中可见，各个参数均提取正确。

 

三、IP协议的解析

子模块为：ip_rx_parsing.v 测试文件为：tb_ip_rx_parsing.v

代码顶层接口：

 

仿真结果如下：：当接收到ICMP数据时，成功解析

继续接收UDP数据时，成功解析：

当收到TCP数据时，成功解析：

 

四、UDP协议的解析

继续往下层解析，先对UDP协议解析。

子模块为：udp_rx_parsing.v 测试文件为：tb_udp_rx_parsing.v代码顶层接口：

仿真结果如下：

UDP接收解析的开始部分，以及第一个UDP数据存入RAM，均正确。

接收尾部如下，见图中注释：

五、UDP数据的发送

本计划是，继续完成ICMP和TCP数据的解析。但做到现在，考虑到测试完整性。就是，针对某个功能，要做实际的完成测试，才能真正地确保设计的正确性。而且老绿道TCP解析的复杂性。因此，先有必要先把ARP和UDP的发送功能做了。在此，先做UDP数据的发送部分设计。

子模块为：udp_tx_framing.v 测试文件为：tb_udp_tx_framing.v

模块代码顶层接口：

UDP组帧的核心代码部分如下：

在接收部分的校验和数据段预处理代码如下：

校验和计算，UDP首部给出仿真如下：执行正确。

对此UDP帧，全帧的校验和计算值为 8ED3。

小结：设计中，针对整个接收的UDP帧计算了校验和，考虑过用户自定义发送时的情形，留出了接口，但在程序中暂未实现。目前，首要考虑的是，实现UDP接收与回传。

在本次分层设计中，UDP_TX解析层给出了计算好的UDP首部，但发送控制和UDP数据提取，交由上层（即IP）来控制。在此UDP层中，不做UDP数据的传输。正是出于分层简化的考虑，进行了如此的设计。

当上一层，检测到 udp_tx_ready = 1 的时候，就可以直接加上UDP首部+接收的UDP数据，再打包就可以发送了。

UDP接收端的校验和计算：

奇数字节时，会多计算一次：

数据个数偶与奇前后校验和的值：

经过WireShark和仿真计算的结果做对比，计算值一致。

六、IP数据的发送

将准备好的UDP首部，继续往上层封装，完善IP首部，并给出IP首部，交给MAC层启动发送。

子模块为：ip_tx_framing.v 测试文件为：tb_ip_tx_framing.v

IP层子模块接口：

 

IP首部仿真如下，校验和计算正确，首部给出正确。

 

在IP层进行整个数据的发送组帧，此部分（接收解析），实现对接收数据的解析、分类、提取，完成校验和计算，并准备好回环发送的数据帧头信息。

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