《FPGA调试记录》Xilinx 7series FPGA 万兆网UDP

1 简介

第一次在Xilinx 7series FPGA上实现万兆网UDP设计。具体的实现思路参考米联客的实现方案，但是由于米联客的udp协议栈只提供了网表文件，所以对于他们的内容没有深究，只是用来作为前期链路通断的验证方案。
建议初次上板实现时最好先想办法验证一下硬件，防止硬件有问题导致网络连接不通。

2 硬件部分

2.1 开发板

开发板随意，只要带光口就可以。我使用的是米联客 MK7325FA开发板。（最好测试一下GTX的眼图，防止自己制板的不确定性）

2.2 万兆网卡

一定要选择可靠的厂家。各家质量参差不齐，我初次使用也不太清楚具体区别。最好选择主控芯片是intel 82599的网卡，支持PCIE3.0 X8。

2.3 光模块

SFP + 单模多模都可以。建议多模，单模的贵 =.=

2.4 光纤

要与光模块匹配，单模的光模块一定要买单模的光纤。

3 实现

3.1 搭建 10g Ethernet Subsystem

3.1.1 Ethernet Standard

1、PCS/PMA Standard 要选择BASE_R，具体BASE_R和BASE_KR有什么区别我没有深究，但是BASE_KR的lic是要收费的。
2、AXI4-Stream datapath width：选择64bit（8Bytes）。

3.1.2 MAC Options

1、勾选AXI4_lite接口，用于配置MAC和访问MAC的状态。时钟建议100MHz。
2、失能流控功能。

3.1.3 PCS/PMA Options

设置DRP时钟为100MHz。其他的默认即可。

3.1.4 IEEE 1588 Options

不使用1588协议功能。

3.1.5 Shared Logic

Include Shared Logic in core。

3.2 10G Ethernet Subsystem架构

接收数据简单来说就是光信号经光模块转换后的电信号经过xilinx FPGA的GT口进入PCS/PMA。PCS/PMA负责将信号进行数字化，并进行同步和解扰，进经过64b66b译码后送给MAC。PCS/PMA和MAC之间通过XGMII进行数据交换。

MAC 数据分为AXI4_stream和AXI4_lite两部分。AXI4_stream的数据就是以太网帧数据。AXI4_lite是配置MAC的工作方式和状态获取的接口。

3.3 例化IPCORE

3.3.1 接口

clk_in：输入， 156.25MHz。
reset ： 输入，高有效，与clk_in同步。
refclk_p、refclk_n： GT bank参考时钟输入，156.25MHz.
sfp_tx_dis：输出，光模块发送失能，高有效。
sfp_linkup：输出，用于监测光模块与开发板是否连接。
s_axis：MAC核发送数据接口（MAC_tx）。
m_axis：MAC核接收数据接口(MAC_rx）。

3.3.2 复位

== 一定要等待PCS/PMA复位完成后再复位MAC的相关信号！ ==

3.4 UDP

这部分就不细说了，有空再细说这部分。我使用的协议栈是在Git_hub上down下来后再自己修改了部分逻辑的。只提供接口，如果想了解内部逻辑的可以圈我。

3.5 工程整体架构

4 测试

4.1 发送速率测试

实现一边发送数据，一边不间断ping包应答。实测udp发送数据速率可达9.7Gbps。

4.2 回环数据测试

实现数据回环且不间断ping包应答。

5 更新

• 20221102 更新 == 修改了UDP协议栈数据缓存架构，现在支持巨帧模式，UDP单包payload最大支持4KB~ == == UDP发送速率稍微提升了一点，现在稳定在9.9Gbps~ ==
• 20221104 更新 == 优化了发送端fifo架构，一定程度上缓解了UDP发送时丢包的问题。~ ==

通过光纤实现板上两个SFP+接口互联，将SFPA作为UDP发送端，SFPB作为UDP接收端。
一次触发连续不间断发送200_0000个数据包。

SFPB对应的端口可以正常接收200_0000个数据包，并能正常解出UDP数据包。

测试工程架构如下