大猪蹄子的个人博客

大猪蹄子

【技术 FPGA-6】猪蹄UDP开源接口

2026 / 8 / 12

简介

  • Github链接：GitHub - BigPig-Bro/UDP

  • 这是一个UDP（带ARP\ICMP（ping)）的通用接口工程汇总，目前提供了各种平台上的RGMII、GMII接口10/100/1000M范例，调试答疑见【技术 FPGA-5】调试FPGA网口（UDP）常见问题

  • UDP已单独整理封装接口，范例提供回环和主动发送两个外围测试

  • 目前该UDP接口参数如下：

    1. 支持被动ARP（PC可以ARP访问到FPGA支持被动ICMP部分（PC可以ping到FPGA，该功能固定Windows默认32字节，linux测试请注意）

    2. 支持自动计算FCS（你只管喂中间的数据就行

    3. 支持自动增加Preamble+SFD（你只管喂中间的数据就行

    4. 支持自动补0（数据段低于18个字符的自动补零，避免触发以太网帧最小60字符限制

    5. 支持巨型帧（按8KB一个包回环测试

UDP核文件结构

（以下以Xilinx版本为例，其他厂家的不再重复说明）

rgmii_1g_8b（gmii和10/100M版本几乎一样，不再单独说明）

udp_top：接口的顶层文件，负责模块连接

  • gmii_top：对外的顶层文件，负责输入输出gmii格式的数据

    • gmii_tx：负责将数据添加SFD头、补0以及FCS尾

    • gmii_rx：负责检测数据并去掉SFD头

    • gmii2rgmii：负责gmii和rgmii接口互转

      • rx_dly_pll：idelay需要的200M时钟

      • IDDR：rgmii需要的串并转换

      • ODDR：rgmii需要的串并转换

  • rx_mux：负责识别icmp和arp单独发出去，其余发给user

  • icmp：负责识别是不是当前FPGA的ping报文，并响应回复

  • arp：负责识别是不是当前FPGA的arp报文，并响应回复

  • tx_mux：负责轮询icmp\arp\user数据需求

接口时序

目前所有例程的UDP对User接口相同（8b为8位，64b为64位）

  • i_rst_n：低电平复位

  • 输出接口

    • o_usr_rx_data ：输出的用户数据，从MAC开始，无SFD，有补0和FCS

    • o_usr_rx_valid：输出的用户数据 valid，高电平有效

    • o_usr_rx_last ：输出的用户数据 valid last，高电平有效

  • 输入接口

    • i_usr_tx_data ：输入的用户数据，从MAC开始，无SFD、补0和FCS

    • i_usr_tx_wr ：输入的用户数据 valid，高电平有效

    • i_usr_tx_last ：输入的用户数据 valid last，高电平有效

  • o_tx_busy ：发送接口忙，高电平有效

范例介绍

  • 仓库范例工程说明

    • 厂家二位编码+芯片系列编码+工程接口

    • 厂商编码：XI（Xilinx)、AL（Altera）、GW（Gowin）

    • 芯片系列：C4（Cyclone IV）、C5（Cyclone V）、C10（Cyclone 10）、5A（GW5A）、2A（GW2A）、A7（Artix-7)、K7（Kintex-7)（力竭了

    • 工程接口：

      • rgmii_10_100M_1G_8b：基于RGMII、10/100M/1G速度、用户接口8位的测试例程

      • gmii_xxx_8b：基于GMII、其余参数同上

      • sfp_sgmii_1g_8b：基于XILINX 1G/2.5G PCS/PMA IP、单1G速度、用户接口64位，从板子SFP光口接光转电模块（国产同理

      • sfp_sgmii_2g5_8b：基于XILINX 1G/2.5G PCS/PMA IP、单2.5G速度、其余参数同上

      • sfp_xgmii_10g_64b：基于XILINX 10G PCS/PMA IP、单10G速度、其余参数同上

  • 测试工程环境：（如果你想1:1复刻的话）

    • GW_2A_gmii_10_100M_1G_8b：

      • Gowin GW2A，猪蹄板GW020AB+猪蹄gmii

    • GW_5A_gmii_10_100M_1G_8b_138：

      • Gowin GW5A，猪蹄板GW138/060AB（138K）+猪蹄gmii

    • AL_C4_gmii_10_100M_1G_8b：

      • Altera Cyclone IV，黑金AX301+猪蹄gmii

    • AL_C5_gmii_10_100M_1G_8b：

      • Altera Cyclone V，猪蹄板XI077AB+猪蹄gmii

    • AL_C5_rgmii_10_100M_1G_8b：

      • Altera Cyclone V，猪蹄板XI077AB板载网口

    • XI_A7_rgmii_10_100M_1G_8b：

      • Xilinx Artix-7，猪蹄板XI050CD/AB板载网口

    • XI_A7_gmii_10_100M_1G_8b：

      • Xilinx Artix-7，猪蹄板XI050CD+猪蹄gmii

    • XI_K7_rgmii_10_100M_1G_8b：

      • Xilinx Kintex-7，学校某退役7K325T板载网口

  • 范例其他工程文件：

    • loop_top：将用户数据原文返回

    • test_top：根据串口字符0 1 2执行不同测试数据，优先级高于loop_top

      • 0-什么也不干（上电默认）

      • 1-每秒发送一个Payload包（默认1024字节，Parameter可配）

      • 2-以最小帧间隔发送Payload包（测试最大带宽，rgmii/gmii一般在970Mbps

测试流程

  1. 所有例程接口一致，因此以下测试流程也一致（不同速度，实际带宽不一样）

  2. PC网口配置IP为192.168.1.100，子网掩码255.255.255.0，网关（不需要）192.168.1.1，DNS（不需要）4.4.4.4

  3. 如果只尝试ARP和PING，直接给对应开发板烧录工程自带的bit；如果想要测试串口指令，需要自行修改为自己电脑的MAC

  4. 连接PC网口与工程对应约束的网口（别插错了

  5. 打开CMD，尝试ping 192.168.1.210，能通

  6. 打开任务管理器，打开串口助手对应FPGA的端口，波特率9600，发送字符1，回复>1，此时能看到网口带宽8Kbps（设定的每个包1024字节，每秒发一次）。当然你愿意开网络调试助手，也看得到，就是字符有点多

  7. 发送字符2，回复>2，此时能看到网口带宽970Mbps（如果你开了Wireshark或者网络调试助手会更低一点，因为显示不出来卡死了

  8. 发送字符0，回复>0，一切归于平静

  9. 打开网络调试助手，在UDP模式，目的IP192.168.1.210：8000，随便发点12345，FPGA回复原文

  10. 测试全部完成

可能的问题

通用问题

  1. IDELAY及相关OUTPUT时序参数是在我手上板子调的，你手上那个需要自己调

  2. 没有MDIO接口，除了读一下link和连接速度，不知道还需要干啥。

  3. o_tx_busy会有一定延迟，万一你发出去的数据刚好和icmp\arp撞了呢？（虽然概率极小，因为arp一般只会执行一次，icmp的ping也需要人为执行，我在想要不要做个Err提示用户呢

  4. 没有处理rx_err和tx_err。真有人在乎这个？

  5. UDP报文的ID号固定，Windows通信不查这个。真有人在乎这个？

  6. UDP报文的check sum固定0，Windows通信不查这个。真有人在乎这个？

  7. ARP的目的IP MAC 端口应该引出来，谁来arp，FPGA就跟谁通信，而不是现在这样写死，然后重编译

  8. 例程简化了loop_top和test_top对同一用户端口仲裁，可能冲突，你别两个一起测就行

  9. 默认MTU 1500，支持巨型帧（例程可以处理回环测试，电脑这边自己去网卡设置里开使能，测试时第一个包好像会丢，后面几十个都正常回环，暂时没精力处理这个）

  10. 不支持握手速度10/100/1000等自动切换，理论上可以读MDIO，但是感觉一般都是写死用的；但是FPGA写死不会影响到PHY和电脑握手，如果你要测试RGMII接口连到10/100M，要么真的找个10M或者100M的网口，要么去设备管理器->对应网卡->属性->高级->连接速度，手动改成10M或100M 全双工即可

  11. 不支持10/100M Half/Full识别和处理，老古董留下来的石山，2026年应该找不到纯Half的设备

SFP特定问题

  1. 虽然PCS/PMA IP支持10/100M，但是实现方式是通过重复收发数据（比如1G到10M就会把收发的每个字节x100遍）实在不想支持这种在SFP上跑10/100M场景的，只会做固定速率例程

版本更新

260812：初始版本
260814：更新GMII版本
260815：更新版本接口描述
260816：更新Altera Cyclone V版本、Gowin GW2A版本
260817：更新Gowin GW5A版本
260818：更新Xilinx Kintex-7版本
260819：更新10/100/1000三速版本，更新对应描述
260822：更新Altera Cyclone IV版本、测试巨型帧回环