TCP/IP协议栈设计—UDP/IP协议栈设计与实现（发送部分）
TCP/IP协议栈设计—UDP/IP协议栈设计与实现（发送部分）
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：
设计部分：一、ARP数据的发送；二、UDP数据的发送；三、IP数据的发送；
测试部分：一、ARP回复测试；二、UDP测试问题：问题1、UDP校验和问题。问题2、CRC校验问题。问题3、RAM下降沿存数，上升沿读数，造成数据错位
应用拓展：WireShark开启校验和核对功能
发送部分的设计
20191103 周日
经过这两天的设计，发现，没法像最初想的那样，一层层往上封装，直到MAC层发送。因为每类数据功能不同，应用场景不同。如，若接收到UDP帧，那建立连接的肯定是UDP。所以针对具体特性，经过反复考虑，最佳的方式，便是分类型，单独给出发送数据接口，再在顶层进行数据输出仲裁。
在此版本中，将ARP和IP分开进行发送。后面，还要对IP下层的UDP，TCP，ICMP都进行单独发送才行。
经过这两天的奋战，终于得到了如下的仿真结果。
仿真文件为：tb1_tcpip_stack.v 顶层全局仿真。具体模块发送测试如下。
一、ARP数据的发送
模块代码文件：arp_tx_framing.v ，mac_tx_control.v
下图为ARP接收到发送的过程。
展开的ARP发送数据前端，和后端如下：
二、UDP数据的发送
顶层接口如下：
三、IP数据的发送
模块代码文件：ip_tx_framing.v
其顶层接口：
UDP数据接收到发送如下：
前端：
中部：从RAM中读取第一个UDP数据，如下。RAM地址要提前给。
末端：CRC正确
MAC层控制数据发送，100us发送一次UDP，仿真如下
功能测试部分
20191105 周二
一、ARP回复测试
PC端通过默认网关请求ARP，FPGA解析该请求帧，然后回复ARP请求。如下图，成功收到ARP回复。
二、UDP测试问题
问题1：UDP校验和问题。
如下图，网络调试助手发的UDP校验和不对，正确的应该是，0xfa90 。
很奇怪，直接测试UDP收发，是正常的。我加了校验位，反而不对。
UDP校验和问题：经过反复测试，我加上正确的UDP校验和，网络调试助手反而不通过，接收不到数据。反而是置0后，就接收正常了。
问题2：CRC校验问题
网络调试助手为什么在WireShark打开时,能接收数据,关闭时,就接收不到数据。
网上解答：wireshark默认启用混杂模式，CRC校验错误的包也能显示。网络调试助手是需要校验FCS的，错误的包是不会显示的。——这个说法有道理。我仔细核查了UDP数据，都是正确的。那么出错地方真的很可能在CRC了。
网上解答2：是因为下位机的端口在发送的时候MAC地址不对，网卡直接屏蔽了数据，当用wireshark工具打开监听的时候相当于屏蔽了网卡mac地址屏蔽的功能 数据就直接进来了。——我仔细核对的MAC地址，是对的。不是这个问题。
CRC前仿真的计算结果。Crc2
CRC后仿真，上看，除了时钟转换期间有很多杂数据，中间数据还是对的和前仿真一致。
经过仔细仿真、分析，结合以前ok的程序进行对比分析，才发现，这个CRC是真的有问题。程序设计中，CRC计算在上升沿，那么就不能在上升沿取数，“那时那刻”的数据是亚稳态的。程序中，将发送时钟改为下降沿取数，就好了！（这个问题，从去年困扰我，到现在才找到原因！）
问题3：RAM下降沿存数，上升沿读数，造成数据错位
因为问题2的存在，在发送时改为下降沿取数，测试时发现，第一个数被正确读取。因此，回到程序，再修改RAM读写时的细节控制。
仿真程序为：tb1_tcpip_stack_for_udp_ram.v
程序未改之前的仿真，可见第一个字节FF没正确取出来。
思路：下降沿给地址，上升沿取数，不用地址超前准备。因此，初始时，地址=0，就好了。改了程序之后的仿真如下：
本程序中UDP测试小结：
经过前面的调试，终于调通。测试结果如下，可随意更改发送数据，不用开启wireshark都能正常接收。完成UDP的以太网传输功能，定位tcpip_stack_v1，算是初版。
其中，未加UDP校验和。加入了ARP应答功能。未加ICMP和TCP功能。
网络调试助手测试如下：前面测试了随意长度的包，都可以跟新数据回传。下面是1380字节的包，也是正常接收的。
马上用TCP&UDP助手测试，任意数据，如下，均正常接收。
PS：遗留问题：为什么UDP校验和加上，测试软件竟然接收不到数据呢？反而校验和=0000时，接收正常。
WireShark开启校验和核对功能
前面做了很多测试，发现WireShark把各个校验和都屏蔽了，也就是，数据中的校验和对不对，它没做判断。为了验证我加的IP、UDP等校验和的正确性，在起初，我是用手算的方式，真的累扁我了。今天才发现，原来可以开启WireShark的校验和核对功能，真是涨了见识。软件中设置开启方式如下图：
开启这个功能后，我就能很方便地查看自己计算的对不对了。从上图中可以看出，我在程序中的计算是对的。害我还在前面，手动算了那么多次。
针对遗留问题的解答：
文中的CRC问题，后面经仔细研究，终于找到问题。原因在于，CRC计算是组合逻辑的，如果在上升沿赋值，并在上升沿又取结果，在这个时刻，CRC结果存在亚稳态，导致实际工作过程中的CRC检验是错的。
通过优化代码，在时钟上升沿进行CRC计算，下降沿取计算结果，这样就避免亚稳态了。经测试，调试助手正确接收数据，功能完全正常了。
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