FPGA基于SFP光口实现10G万兆网UDP通信 10G Ethernet Subsystem替代网络PHY芯片 提供工程源码和技术支持

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了FPGA基于SFP光口实现10G万兆网UDP通信 10G Ethernet Subsystem替代网络PHY芯片 提供工程源码和技术支持。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

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Tri Mode Ethernet MAC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,三速网IP实现了rgmii到gmii再到axis的转换;
4:使用FPGA的GTX资源利用SFP光口实现UDP,通信,这种方案不需要外接网络变压器即可完成,本方案就是此种设计;

本设计使用米联客的UDP协议栈实现UDP通信的MAC层设计,调用Xilinx官方的10G Ethernet Subsystem IP核实现了网络变压器的功能,从而实现无需外挂网络芯片即可实现UDP通信的方案,轻松实现时下热门的10G万兆网通信;米联客的UDP该协议栈目前并不开源,只提供网表文件,但不影响使用,该协议栈带有用户接口,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;本设计通过一个fifo实现UDP数据的回环收发,并在电脑端使用网络调试助手进行UDP收发验证;

本设计链接2路SFP光口,一路配置为UDP服务器,另一路配置为客户端;本设计经过反复大量测试稳定可靠,可在项目中直接移植使用,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项目开发,可应用于医疗、军工等行业的数字通信领域;
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官网等等),若大佬们觉得有所冒犯,请私信批评教育;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、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,既有常规千兆网也有万兆网方案,对网络通信有需求的兄弟可以去看看:直接点击前往

3、详细设计方案

在讲述设计方案之前,我们先来看看FPGA实现UDP通信方案应具备什么条件,大体如下:
FPGA基于SFP光口实现10G万兆网UDP通信 10G Ethernet Subsystem替代网络PHY芯片 提供工程源码和技术支持
1:用户逻辑:
开发者需要收发的实际数据,可以以多种形势存在,比如自定义格式、AXIS数据流格式等等,用户逻辑的接口时序必须与MAC层的接口时序一致;
2:MAC层
主要由UDP、IP、ARP、ICMP等具体的协议逻辑组成,实现网络数据的组包与拆包,相当于做了软件里Sockte做的事儿,Sockte依赖CPU做网络数据包,而这里的MAC层直接使用硬件资源做网络数据包,解放了网络数据包对CPU的奴役,在当今时髦儿的RDMA中得以完美体现。。。本设计的MAC层采用米联客的UDP协议栈,关于这部分,请参考我之前写的文章
3:网络变压器
主要由PCS/PMA组成,PCS主要实现并行数据的编解码,比如经典的8b/10编解码,PMA主要实现并串/串并转换,输出接口是高速差分信号,可直接与SFP或者RG45网口连接;
4:RJ45网口:俗称水晶头,插网线的。。。
5:远端节点
本FPGA开发板可以理解为一个网卡,远端节点就是与之连接的另一个网卡;

本设计与上述传统的FPGA实现UDP方案不同的是网络变压器部分,前面的网络变压器是真实的网络PHY芯片,比如我常用到的RTL8211、B50610、88E1518等等;本设计没有用到网络变压器,而是调用Xilinx官方的10G Ethernet Subsystem IP核实现了网络变压器的功能,通过SFP光口输出实现与远端节点的连接,设计框图如下:
FPGA基于SFP光口实现10G万兆网UDP通信 10G Ethernet Subsystem替代网络PHY芯片 提供工程源码和技术支持
本设计在电脑端使用网络调试助手和开发板通信,实现UDP数据环回试验,本设计没有使用外接网络变压器,而是调用Xilinx官方的10G Ethernet Subsystem IP核,利用SFP光口输出的形式完成。

这里重点讲一讲Xilinx官方的10G Ethernet Subsystem IP核;
注意!!!
10G Ethernet Subsystem IP核只有在K7及其以上FPGA才有
IP配置如下:
FPGA基于SFP光口实现10G万兆网UDP通信 10G Ethernet Subsystem替代网络PHY芯片 提供工程源码和技术支持
FPGA基于SFP光口实现10G万兆网UDP通信 10G Ethernet Subsystem替代网络PHY芯片 提供工程源码和技术支持
FPGA基于SFP光口实现10G万兆网UDP通信 10G Ethernet Subsystem替代网络PHY芯片 提供工程源码和技术支持
FPGA基于SFP光口实现10G万兆网UDP通信 10G Ethernet Subsystem替代网络PHY芯片 提供工程源码和技术支持

4、vivado工程详解

开发板FPGA型号:Xilinx xc7k325tffg900-2;
开发环境:vivado2020.2;
输入/输出:SFP光口;
网卡速度:10G;
测试项:UDP数据回环,ping等;
FPGA基于SFP光口实现10G万兆网UDP通信 10G Ethernet Subsystem替代网络PHY芯片 提供工程源码和技术支持
综合编译后的FPGA资源消耗和功耗预估如下:
FPGA基于SFP光口实现10G万兆网UDP通信 10G Ethernet Subsystem替代网络PHY芯片 提供工程源码和技术支持

5、上板调试验证并演示

FPGA基于SFP光口实现10G万兆网UDP通信 10G Ethernet Subsystem替代网络PHY芯片 提供工程源码和技术支持
需要买一个SFP转RJ45的模块插入SFP光口,然后用网线连接开发板和电脑,如下:
板子上电下载bit后,先测试ping功能,如下:
FPGA基于SFP光口实现10G万兆网UDP通信 10G Ethernet Subsystem替代网络PHY芯片 提供工程源码和技术支持
单次ping还不够,直接上连续ping,如下:
FPGA基于SFP光口实现10G万兆网UDP通信 10G Ethernet Subsystem替代网络PHY芯片 提供工程源码和技术支持
然后是用网络调试助手进行数据收发测试,如下:
FPGA基于SFP光口实现10G万兆网UDP通信 10G Ethernet Subsystem替代网络PHY芯片 提供工程源码和技术支持
既有手动收发测试,也有循环12小时的长时间收发测试,测试结果没有出现丢包的情况。。。
测速如下:
FPGA基于SFP光口实现10G万兆网UDP通信 10G Ethernet Subsystem替代网络PHY芯片 提供工程源码和技术支持
在电脑上观察开发板以太网网口的发送速率,这个测速只代表可能的最高的速度,不代表电脑真实的不丢包速度,UDP 的点到点不丢包速度和电脑的网卡、CPU 速度、内存速度、操作系统都有关系。。。

6、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:
FPGA基于SFP光口实现10G万兆网UDP通信 10G Ethernet Subsystem替代网络PHY芯片 提供工程源码和技术支持文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-428995.html

到了这里,关于FPGA基于SFP光口实现10G万兆网UDP通信 10G Ethernet Subsystem替代网络PHY芯片 提供工程源码和技术支持的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处: 如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请点击违法举报进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

领支付宝红包 赞助服务器费用

相关文章

觉得文章有用就打赏一下文章作者

支付宝扫一扫打赏

博客赞助

微信扫一扫打赏

请作者喝杯咖啡吧~博客赞助

支付宝扫一扫领取红包,优惠每天领

二维码1

领取红包

二维码2

领红包