1、前言

目前网上的fpga实现udp基本生态如下：
1：verilog编写的udp收发器，但不带ping功能，这样的代码功能正常也能用，但不带ping功能基本就是废物，在实际项目中不会用这样的代码，试想，多机互联，出现了问题，你的网卡都不带ping功能，连基本的问题排查机制都不具备，这样的代码谁敢用？
2：带ping功能的udp收发器，代码优秀也好用，但基本不开源，不会提供源码给你，这样的代码也有不足，那就是出了问题不知道怎么排查，毕竟你没有源码，无可奈何；
3：使用了Xilinx的三速网IP实现，这样的代码也很优秀，但还是那个问题，没有源码，且三速网IP需要licence，官方提供的licence有效期只有120天，其实三速网IP仅仅实现了rgmii到gmii再到axis的转换，完全可以不用这个ip；
本设计使用的UDP方案使用Micrel公司的KSZ9031RNX作为网络PHY芯片，使用verilog代码设计UDP协议，并带有用户接口，使得用户无需关心复杂的UDP协议而只需关心简单的用户接口时序即可操作UDP收发，非常简单；

本设计使用UDP传输FPGA采集的AD7606数据，上位机通过接收网口的 UDP 数据包，将AD7606的波形数据数据显示在电脑上。我们可以用更加直观的方式观察波形，是一个数字示波器雏形，并且可以保存 ADC 数据。

2、我这里已有的UDP方案

目前我这里有如下几种UDP方案和应用实例：
我的博客主页有个FPGA以太网通信专栏，专栏是免费的，里面有很多FPGA实现的UDP应用，对网络通信有需求的兄弟可以去看看：直接点击前往

3、AD7606采集详解

AD7606输出有串行和并行两种模式，要想玩儿转AD7606，首先要读懂数据手册，基于数据手册设计接口时许，我这里既有串行模式也有并行模式的采集，之前已经写过一篇文章详细讲解了，兄弟们可以先回头看看我那篇文章，打打基础：直接点击前往

4、UDP设计方案

本实验以千兆以太网 RGMII 通信为例来设计 verilog 程序，UDP分为两部分，分别为发送和接收，实现了动态ARP，UDP，Ping 和10/100/1000M网速自动协商仲裁功能。以下为原理实现框图：详细的设计请参考我之前写的文章：直接点击前往

5、AD7606 UDP传输详细设计方案

AD7606 UDP传输详细设计方案如下：
在这里插入图片描述
用示波器产生一个正弦波作为输入源给到AD7606，AD7606数据采集支持并行和串行模式，在工程代码的顶层文件里做了整合，如下：

采集后的AD数据送DDR3缓存，这个数据缓存模块不仅可以缓存AD数据，还可以缓存图像数据，并做了4帧缓存模式，因为本设计主要介绍UDP的组包，所以数据缓存模块不做过多介绍，感兴趣的可以查看详细的源码。

UDP应用的设计思路

UDP本身只是一种通信协议，用verilog实现并不难，他的精髓在于应用，而UDP应用的要点在于数据的组包与拆包，就本设计而言，FPGA作为发送者，需要将AD7606采集的数据进行组包，拆包是上位机软件干的事儿。
注意！！！
这里的组包指的是在以太网帧格式的UDP有效数据段人为的组包，并非UDP协议里固定的帧头等信息的组包，这里的组包是为了两个节点之间的收发对应。。。
通信开始后，上位机会发送查询命令给FPGA，FPGA则将本地网卡的基本信息和AD7606的数据信息发送给上位机，上位机得到FPGA网卡的信息后会选择对应的拆包和现实程序，FPGA会按照自己定义的UDP数据包向上位机发送数据，这样一来，一个简单的UDP通信应用就组件完成了。。。
本设计组包协议如下：

获取FPGA网卡信息

询问命令（共 5 字节，由上位机通过以太网发送）
在这里插入图片描述
应答命令（共 27 字节，由开发板通过以太网发送）

代码层面表现如下：(eth_cmd.v)

获取数据

控制命令（由上位机发送数据请求）
在这里插入图片描述
每个 UDP 包都包含有 Header，在第一个字节，其格式如下：

UDP发送数据组包

注意！！！
注意！！！
注意！！！
这里是整个工程的重点，AD7606的数据就是以这个格式发送出去的：
在这里插入图片描述
代码层面表现如下：(mac_ctrl.v)

UDP发送流程

首先在空闲状态，上位机会通过以太网广播发送询问命令，因此在 IP 层接收时要加上判断是否是广播 UDP 数据，如果是，也接收数据，此段代码在 ip_rx.v 中，如下所示：
在这里插入图片描述
之后在 eth_cmd.v 文件中判断接收到的数据信息，是否是询问命令或控制命令，从而产生出
命令的应答请求信号 cmd_reply_req，或请求数据的信号 ad_data_req。
eth_cmd.v 模块顶层接口如下：

mac_ctrl.v 文件实现以太网的传输控制，在 IDLE 状态下等待一定时间，进入 CMD_WAIT 状态，判断是否有命令请求 cmd_reply_req 或数据请求 ad_data_req，之后进入 CHECK_ARP 状态，检查对
应的 IP 地址是否在缓存列表中，如果没有，将发送 ARP 请求，等待应答。之后根据命令请求或数据请求进入相应的数据发送状态，CMD_SEND 或 AD_SEND 状态。
mac_ctrl.v 模块顶层接口如下：
在这里插入图片描述
上位机设置的缓存空间为 1M 字节，请求数据间隔为 100ms，因此在设置采样深度时要考虑到这两点。在 eth_top.v 程序中设置为 32’h00008000，即 32K 字节，采样频率为 200KHz，ADC 采样端数据为两个字节长度，因此采样长度为采样字节除以 2，即 32’h00004000，计算需要82ms 可采集完成。移除了 UDP 发送数据的检验和。
代码层面表现如下：(eth_top.v)
在这里插入图片描述

6、vivado工程详解

工程介绍：
开发板：Xilinx Artix7开发板；
开发环境：vivado2019.1；
网络PHY：KSZ9031；
输入：AD7606；
输出：UDP-RJ45网口；
工程代码架构如下：
在这里插入图片描述
FPGA资源消耗和功耗预估如下：

7、上板调试验证并演示

上位机软件位置如下：
在这里插入图片描述
上位机未收到数据时如下：

用示波器产生一个5V的正弦波接入AD7606转接板，上位机现实波形如下：

绿色框显示发送板卡的 MAC 和 IP 地址；
复位：点击复位可使波形显示到初始状态；
垂直：“垂直“与“水平”切换，点击此按钮可进行水平垂直方向缩放的切换，在垂直状态下，滚动鼠标滚轴可进行垂直方向的缩放，水平状态下，进行水平方向的缩放；
暂停：“暂停“与”继续“切换，点击暂停波形，可再点击“继续”显示波形；
保存：保存 ADC 数据为 TXT 文档，保存路径在“路径”按钮处设置，默认为软件所在路径；
数值：“数值”与“电压”切换，Y 方向坐标单位为原始值，即接收到的原始数据值，点击“电压”则显示电压值；
路径：选择保存路径；
打开：打开已保存的 TXT 波形文件；