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[米联客-安路飞龙DR1-FPSOC] UDP通信篇连载-05 ARP层程序设计

文档创建者:FPGA课程
浏览次数:287
最后更新:2024-08-09
文档课程分类-安路-DR1
安路-DR1: FPSOC-DR1-FPGA部分 » 2_FPGA实验篇(仅旗舰) » 4-FPGA UDP通信
软件版本:Anlogic -TD5.9.1-DR1_ES1.1
操作系统:WIN10 64bit
硬件平台:适用安路(Anlogic)FPGA
实验平台:米联客-MLK-L1-CZ06-DR1M90G开发板
板卡获取平台:https://milianke.tmall.com/
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3.4 ARP
该层具有接收ARP请求、发送ARP回复,和发送ARP请求、接收ARP回复的功能,并将接收到的对端的地址信息存入cache中。
3.4.1 ARP接收模块
该模块通过计数器接收28字节ARP信息字段。信息接收完成后,通过接收到的操作码判断接收到的数据包是ARP请求包还是ARP应答包。如果是应答包,将接收到的地址信息写入cache中;如果是请求包,判断目的IP地址与本地IP地址是否一致,若一致,将地址信息写入cache中,且发送至uiarp_rx模块,若不一致,则过滤该包。
  1. if(OPER == ARP_REQUEST) begin//如果是ARP请求 ARP_REQUEST = 16'h0001(16’h01 ARP请求包 ; 16’h02 ARP应答)
  2.                     if(TPA == I_ip_local_addr) begin        //比较接收到的ARP包里面的IP地址是否和本地IP地址一致
  3.                         O_arp_req_ip_addr       <=  SPA;    //发送IP(远端源IP地址)
  4.                         O_arp_req_mac_addr      <=  SHA;    //发送方MAC(远端源地址MAC)
  5.                         O_arp_req_valid         <=  1'b1;   //设置ARP请求有效(通知发送ARP发送模块发送一个ARP应答给远端主机),保存远端主机的IP地址和MAC地址到cache
  6.                         O_arp_reply_done        <=  1'b0;
  7.                     end
  8.                     else begin  
  9.                         O_arp_req_ip_addr       <=  32'd0;
  10.                         O_arp_req_mac_addr      <=  48'd0;
  11.                         O_arp_req_valid         <=  1'b0;
  12.                         O_arp_reply_done        <=  1'b0;
  13.                     end
  14.                 end
复制代码
3.4.2 ARP发送模块
该模块对ARP应答和ARP请求同时进行处理,首先对这两种逻辑进行仲裁,以避免发送冲突。如果既没有ARP应答也没有ARP请求,且内部ARP包发送逻辑非忙,则处理缓存的有效信号;如果只有ARP应答,没有ARP请求,且发送逻辑非忙,则请求发送ARP应答包,若发送逻辑忙,则将发送ARP应答包的请求缓存至reply_buffer_valid中,等待非忙时发出;如果只有ARP请求,没有ARP应答,且发送逻辑非忙,则请求发送ARP请求包,若发送逻辑忙,则将发送ARP请求包的请求缓存至request_buffer_valid中,等待非忙时发出;若ARP应答和ARP请求同时为高,则优先发送ARP请求,缓存ARP应答。
  1. case({I_arp_treq_en, I_arp_rreply_en})//本状态机实现了即便是同时有ARP应答或者ARP请求,都能确保完成发送
  2.             2'b00:begin
  3.                 if((!O_arp_treq) && (!O_arp_tvalid)) begin//没有arp_treq请求,并且arp_tvalid为0 代表没有要发送的ARP数据
  4.                     if(request_buffer_valid) begin//如果有未发送完的ARP请求,则继续发送
  5.                         OPER                    <=  ARP_REQUEST;
  6.                         TPA                     <=  ip_request_buffer;
  7.                         THA                     <=  48'd0;
  8.                         request_buffer_valid    <=  1'b0;//清除request_buffer_valid
  9.                         O_arp_treq              <=  1'b1;
  10.                     end
  11.                     else if(reply_buffer_valid) begin//如果有未发送完的ARP应答,则继续发送
  12.                         OPER                    <=  ARP_REPLY;
  13.                         TPA                     <=  ip_reply_buffer;
  14.                         THA                     <=  mac_reply_buffer;
  15.                         reply_buffer_valid      <=  1'b0;//清除request_buffer_valid
  16.                         O_arp_treq              <=  1'b1;                       
  17.                     end
  18.                 end
  19.             end
  20.             2'b01:begin//发送ARP应答
  21.                 if((!O_arp_treq) && (!O_arp_tvalid)) begin
  22.                     OPER                    <=  ARP_REPLY;
  23.                     TPA                     <=  I_arp_rreply_ip_addr;
  24.                     THA                     <=  I_arp_rreply_mac_addr;
  25.                     O_arp_treq              <=  1'b1;   
  26.                 end
  27.                 else begin//需要arp应答
  28.                     ip_reply_buffer         <=  I_arp_rreply_ip_addr;//寄存目的地址IP
  29.                     mac_reply_buffer        <=  I_arp_rreply_mac_addr;//寄存目的地址MAC   
  30.                     reply_buffer_valid      <=  1'b1;//需要发送ARP应答
  31.                 end
  32.             end
  33.             2'b10:begin//发送ARP请求,当ip_arp_tx发送IP包查询MAC没有查询到,执行ARP请求,请求远程主机提供MAC
  34.                 if((!O_arp_treq) && (!O_arp_tvalid)) begin
  35.                     OPER                    <=  ARP_REQUEST;
  36.                     TPA                     <=  I_arp_tip_addr;
  37.                     THA                     <=  48'd0;
  38.                     O_arp_treq              <=  1'b1;//ARP 发送               
  39.                 end
  40.                 else begin//arp请求包
  41.                     ip_request_buffer       <=  I_arp_tip_addr;
  42.                     request_buffer_valid    <=  1'b1;//ARP 请求有效标志
  43.                 end
  44.             end
  45.             2'b11:begin//既有ARP请求,又有ARP应答
  46.                 if((!O_arp_treq) && (!O_arp_tvalid)) begin
  47.                     OPER                    <=  ARP_REQUEST;
  48.                     TPA                     <=  I_arp_tip_addr;
  49.                     THA                     <=  48'd0;
  50.                     O_arp_treq              <=  1'b1;//ARP 发送
  51.                 end
  52.                 else begin
  53.                     ip_request_buffer       <=  I_arp_tip_addr;
  54.                     request_buffer_valid    <=  1'b1;//ARP请求有效
  55.                 end
  56.                 ip_reply_buffer         <=  I_arp_rreply_ip_addr;
  57.                 mac_reply_buffer        <=  I_arp_rreply_mac_addr;
  58.                 reply_buffer_valid      <=  1'b1;   //ARP应答有效
  59.             end
  60.         endcase
复制代码
若O_arp_treq和uiip_arp_tx模块发送的I_arp_tbusy完成握手,则开始发送ARP包,并且通过判断ARP包的类型来确定发送的目的地址。通过计数器cnt发送28字节有效数据,再通过计数器pad_cnt在末尾补18个字节的0,即完成发送,开始等待下一次握手。
  1. case(STATE)
  2.             WAIT_BUFFER_READY:begin
  3.                 if(O_arp_treq && I_arp_tbusy) begin
  4.                     O_arp_tdata     <=  HTYPE[15:8];    //硬件类型-以太网类型
  5.                     O_arp_tvalid    <=  1'b1;           //ARP数据有效
  6.                     cnt             <=  cnt + 1'b1;     
  7.                     if(OPER == ARP_REQUEST) begin       //如果是ARP请求
  8.                         O_arp_tdest_mac_addr    <=  48'hff_ff_ff_ff_ff_ff;  //ARP目的地址为广播地址
  9.                         O_arp_ttype             <=  1'b1;                   //通知ip_arp_tx ARP类型为ARP请求
  10.                     end
  11.                     else begin
  12.                         O_arp_tdest_mac_addr    <=  THA;
  13.                         O_arp_ttype             <=  1'b0;       //通知ip_arp_tx ARP类型为ARP应答   
  14.                     end
  15.                     O_arp_treq      <=  1'b0;
  16.                     STATE           <=  SEND_ARP_PACKET;
  17.                 end
  18.                 else
  19.                     STATE           <=  WAIT_BUFFER_READY;
  20.             end
  21.             SEND_ARP_PACKET:begin
  22.                 case(cnt)
  23.                     1:  begin   O_arp_tdata <=  HTYPE[7:0];                 cnt <= cnt + 1'b1;end
  24.                     2:  begin   O_arp_tdata <=  PTYPE[15:8];                cnt <= cnt + 1'b1;end
  25.                     3:  begin   O_arp_tdata <=  PTYPE[7:0];                 cnt <= cnt + 1'b1;end
  26.                     4:  begin   O_arp_tdata <=  HLEN;                       cnt <= cnt + 1'b1;end
  27.                     5:  begin   O_arp_tdata <=  PLEN;                       cnt <= cnt + 1'b1;end
  28.                     6:  begin   O_arp_tdata <=  OPER[15:8];                 cnt <= cnt + 1'b1;end
  29.                     7:  begin   O_arp_tdata <=  OPER[7:0];                  cnt <= cnt + 1'b1;end
  30.                     8:  begin   O_arp_tdata <=  I_mac_local_addr[47:40];    cnt <= cnt + 1'b1;end
  31.                     9:  begin   O_arp_tdata <=  I_mac_local_addr[39:32];    cnt <= cnt + 1'b1;end
  32.                     10: begin   O_arp_tdata <=  I_mac_local_addr[31:24];    cnt <= cnt + 1'b1;end
  33.                     11: begin   O_arp_tdata <=  I_mac_local_addr[23:16];    cnt <= cnt + 1'b1;end
  34.                     12: begin   O_arp_tdata <=  I_mac_local_addr[15:8];     cnt <= cnt + 1'b1;end
  35.                     13: begin   O_arp_tdata <=  I_mac_local_addr[7:0];      cnt <= cnt + 1'b1;end
  36.                     14: begin   O_arp_tdata <=  I_ip_local_addr[31:24];     cnt <= cnt + 1'b1;end
  37.                     15: begin   O_arp_tdata <=  I_ip_local_addr[23:16];     cnt <= cnt + 1'b1;end
  38.                     16: begin   O_arp_tdata <=  I_ip_local_addr[15:8];      cnt <= cnt + 1'b1;end
  39.                     17: begin   O_arp_tdata <=  I_ip_local_addr[7:0];       cnt <= cnt + 1'b1;end
  40.                     18: begin   O_arp_tdata <=  THA[47:40];                 cnt <= cnt + 1'b1;end
  41.                     19: begin   O_arp_tdata <=  THA[39:32];                 cnt <= cnt + 1'b1;end
  42.                     20: begin   O_arp_tdata <=  THA[31:24];                 cnt <= cnt + 1'b1;end
  43.                     21: begin   O_arp_tdata <=  THA[23:16];                 cnt <= cnt + 1'b1;end
  44.                     22: begin   O_arp_tdata <=  THA[15:8];                  cnt <= cnt + 1'b1;end
  45.                     23: begin   O_arp_tdata <=  THA[7:0];                   cnt <= cnt + 1'b1;end
  46.                     24: begin   O_arp_tdata <=  TPA[31:24];                 cnt <= cnt + 1'b1;end
  47.                     25: begin   O_arp_tdata <=  TPA[23:16];                 cnt <= cnt + 1'b1;end
  48.                     26: begin   O_arp_tdata <=  TPA[15:8];                  cnt <= cnt + 1'b1;end
  49.                     27: begin   O_arp_tdata <=  TPA[7:0];                   cnt <= cnt + 1'b1;end                  
  50.                     28: begin
  51.                         O_arp_tdata <=  8'd0;
  52.                         if(pad_cnt == 5'd17) begin  //通过在末尾添加0以确保数据长度为46
  53.                             cnt     <=  cnt + 1'b1;
  54.                             pad_cnt <=  5'd0;
  55.                         end
  56.                         else begin
  57.                             cnt     <=  cnt;
  58.                             pad_cnt <=  pad_cnt + 1'b1;
  59.                         end
  60.                     end
  61.                     29: begin
  62.                         O_arp_tdata     <=  8'd0;
  63.                         O_arp_tvalid    <=  1'b0;
  64.                         O_arp_tdest_mac_addr    <=  48'd0;
  65.                         O_arp_ttype     <=  1'b0;
  66.                         cnt             <=  5'd0;
  67.                         STATE           <=  WAIT_BUFFER_READY;
  68.                     end
  69.                     default:begin
  70.                         O_arp_tdata     <=  8'd0;
  71.                         O_arp_tvalid    <=  1'b0;
  72.                         cnt             <=  5'd0;
  73.                         STATE           <=  WAIT_BUFFER_READY;
  74.                     end
  75.                 endcase
  76.             end
  77.         endcase
  78.     end
  79. end
复制代码
3.4.3 CACHE模块
mac_cache模块相当于一个RAM,通过IP作为地址,写入或读出MAC地址。写入mac_cache模块的地址信息远程主机发送的ARP应答包或ARP请求包中的地址,在IP层发送UDP数据报文时,需要在mac_cache中读出和IP地址对应的MAC地址。
  1. `timescale 1ns/1ps
  2. module  mac_cache
  3. (
  4.     input   wire                I_wclk,
  5.     input   wire                I_reset,
  6.     input   wire                I_wen,
  7.     input   wire    [31:0]      I_wip_addr,
  8.     input   wire    [47:0]      I_wmac_addr,

  9.     input   wire                I_rclk,
  10.     input   wire                I_ren,
  11.     input   wire    [31:0]      I_rip_addr,
  12.     output  reg     [47:0]      O_rmac_addr,
  13.     output  reg                 O_rmac_done
  14. );
  15. reg             mac_cache_flag      [0:3];
  16. reg     [31:0]  ip_address_cache    [0:3];
  17. reg     [47:0]  mac_address_cache   [0:3];
  18. reg     [1:0]   index;

  19. always@(posedge I_wclk or posedge I_reset) begin
  20.     if(I_reset) begin
  21.         mac_cache_flag[0]       <=  1'b0;
  22.         ip_address_cache[0]     <=  32'd0;
  23.         mac_address_cache[0]    <=  48'd0;
  24.         mac_cache_flag[1]       <=  1'b0;
  25.         ip_address_cache[1]     <=  32'd0;
  26.         mac_address_cache[1]    <=  48'd0;
  27.         mac_cache_flag[2]       <=  1'b0;
  28.         ip_address_cache[2]     <=  32'd0;
  29.         mac_address_cache[2]    <=  48'd0;
  30.         mac_cache_flag[3]       <=  1'b0;
  31.         ip_address_cache[3]     <=  32'd0;
  32.         mac_address_cache[3]    <=  48'd0;
  33.         index                   <=  2'd0;
  34.     end
  35.     else begin
  36.         if(I_wen) begin
  37.             if(mac_cache_flag[0] && ip_address_cache[0] == I_wip_addr)
  38.                 mac_address_cache[0]        <=  I_wmac_addr;
  39.             else if(mac_cache_flag[1] && ip_address_cache[1] == I_wip_addr)
  40.                 mac_address_cache[1]        <=  I_wmac_addr;
  41.             else if(mac_cache_flag[2] && ip_address_cache[2] == I_wip_addr)
  42.                 mac_address_cache[2]        <=  I_wmac_addr;
  43.             else if(mac_cache_flag[3] && ip_address_cache[3] == I_wip_addr)
  44.                 mac_address_cache[3]        <=  I_wmac_addr;
  45.             else begin
  46.                 mac_cache_flag[index]       <=  1'b1;
  47.                 ip_address_cache[index]     <=  I_wip_addr;
  48.                 mac_address_cache[index]    <=  I_wmac_addr;
  49.                 index                       <=  index + 1'b1;
  50.             end
  51.         end
  52.         else begin
  53.             mac_cache_flag[0]       <=  mac_cache_flag[0];
  54.             ip_address_cache[0]     <=  ip_address_cache[0];        
  55.             mac_address_cache[0]    <=  mac_address_cache[0];   
  56.             mac_cache_flag[1]       <=  mac_cache_flag[1];      
  57.             ip_address_cache[1]     <=  ip_address_cache[1];   
  58.             mac_address_cache[1]    <=  mac_address_cache[1];   
  59.             mac_cache_flag[2]       <=  mac_cache_flag[2];      
  60.             ip_address_cache[2]     <=  ip_address_cache[2];        
  61.             mac_address_cache[2]    <=  mac_address_cache[2];   
  62.             mac_cache_flag[3]       <=  mac_cache_flag[3];      
  63.             ip_address_cache[3]     <=  ip_address_cache[3];        
  64.             mac_address_cache[3]    <=  mac_address_cache[3];   
  65.         end
  66.     end
  67. end

  68. always@(posedge I_rclk or posedge I_reset) begin
  69.     if(I_reset) begin
  70.         O_rmac_addr     <=  48'd0;
  71.         O_rmac_done     <=  1'b0;
  72.     end
  73.     else begin
  74.         if(I_ren) begin
  75.             O_rmac_done     <=  1'b1;
  76.             if(mac_cache_flag[0] && I_rip_addr == ip_address_cache[0])
  77.                 O_rmac_addr <=  mac_address_cache[0];
  78.             else if(mac_cache_flag[1] && I_rip_addr == ip_address_cache[1])
  79.                 O_rmac_addr <=  mac_address_cache[1];
  80.             else if(mac_cache_flag[2] && I_rip_addr == ip_address_cache[2])
  81.                 O_rmac_addr <=  mac_address_cache[2];
  82.             else if(mac_cache_flag[3] && I_rip_addr == ip_address_cache[3])
  83.                 O_rmac_addr <=  mac_address_cache[3];
  84.             else
  85.                 O_rmac_addr <=  48'd0;
  86.         end
  87.         else begin
  88.             O_rmac_addr <=  O_rmac_addr;
  89.             O_rmac_done <=  1'b0;
  90.         end
  91.     end
  92. end
  93. endmodule
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