项目简述
前面的文章讲解了TCP客户机与主机在ZYNQ上面的实现,其实说白了就是调用现成的API函数,这点与FPGA的设计其安全不同,因为进行FPGA设计必须要完全理解底层才可以进行相应的设计。本篇博客我们将讲解ZYNQ实现UDP协议。关于UDP的理论部分,我们在使用FPGA实现的时候已经进行了完整的讲解,详细请查看基于FPGA的千兆以太网的实现,上面对UDP的特点、组包、CRC进行了详细的论证。这里建议大家一定要学习, 虽然即使不明白UDP原理也可以进行相应的学习,但是那样一来我们和嵌入式工程师相比就完全没了优势。
工程描述:讲ZYNQ当作UDP来进行与上位机通信,实现千兆网的循环测试。
本次实验所用到的软硬件环境如下:
1、VIVADO 2019.1
2、米联客MZ7015FA开发板
3、NetAssist网络调试助手
UDP简述
UDP不像TCP一样又三次握手甚至四次握手,UDP协议是不可靠传输,通常为了提高其可靠性会在其之上设计额外的传输协议, 并加上类似传输握手的功能。
用户数据报协议(UDP):UDP(用户数据报协议)是一个简单的面向数据报的传输层协议。提供的是非面向连接的、不可靠的数据流传输。UDP不提供可靠性,也不提供报文到达确认、排序以及流量控制等功能。它只是把应用程序传给IP层的数据报发送出去,但是并不能保证它们能到达目的地。因此报文可能会丢失、重复以及乱序等。但由于UDP在传输数据报前不用在客户和服务器之间建立一个连接,且没有超时重发等机制,故而传输速度很快。
更加详细的论述请查看博主之前的博客。
PL端设计
童颜我们主要讲解的千兆网的ZYNQ实现,在PL段没有进行设计,所以我们PL端的设计没有任何代码只是例化了一个ZYNQ的IP,如下:
关于ZYNQ实现千兆网的三篇文章其实都是这个PL设计,一模一样。
PS端设计
这篇文章也用到了开源的系统框架,所以我们也需要设置BSP文件。
首先右击相应工程的bsp文件,选择Board Support Package Setting
然后点击相应的lwip
然后重新生成相应的bsp文件即可。
本例程使用 RAW API,即函数调用不依赖操作系统。传输效率也比 SOCKET API 高, (具体可参考 xapp1026)。
将 use_axieth_on_zynq 和 use_emaclite_on_zynq 设为 0。如下图所示。
修改 lwip_memory_options 设置,将 mem_size, memp_n_pbuf, mem_n_tcp_pcb, memp_n_tcp_seg 这 4 个参数
值设大,这样会提高 TCP 传输效率。如下图所示。
修改 pbuf_options 设置,将 pbuf_pool_size 设大,增加可用的 pbuf 数量,这样同样会提高 TCP 传输效率。如下
图所示。
修改 tcp_options 设置,将 tcp_snd_buf, tcp_wnd 参数设大,这样同样会提高 TCP 传输效率。如下图所示。
修改 temac_adapter_options 设置,将 n_rx_descriptors 和 n_tx_descriptors 参数设大。这样可以提高 zynq 内部 emac
dma 的数据迁移效率,同样能提高 TCP 传输效率。如下图所示。
需要手动修改 LWIP 库让网口芯片工作于 1000Mbps。
其余选项的参数默认即可,不用修改。点击 OK,重建 bsp。 一般情况下,修改完会自动更新,如果没有更新,手动更新一下,选中 bsp—>右键—> Re-generate BSP Sources。重新生成一下 BSP 包。上面进行这样设置的原因是为了增加lwip的缓存,进而提高千兆网的通信速度。
这里的代码设计与UDP做Server的设计非常相似,这里总结出几个不同点,如下:
1、UDP协议没法设置发送中断,TCP设置了发送中断
2、UDP Server自动匹配port,UDP需要我们进行手动设置
3、UDP相应的发送函数udp_send并不是指向数据指针,而是一个网络变量,TCP则完全是个数据指针,并写上发送数据的长度,UDP的长度是依靠动态分配内存区间的大小,这里没有TCP灵活。
4、UDP代码不用每隔固定时间就开始测试连接是否正常,但是TCP网络需要,官方给出的代码是0.25s。
代码如下:
#include <stdio.h>
#include "xscugic.h"
#include "xparameters.h"
#include "sleep.h"
#include "xscutimer.h"
#include "lwip/err.h"
#include "lwip/udp.h"
#include "lwip/init.h"
#include "lwipopts.h"
#include "netif/xadapter.h"
#include "lwipopts.h"
#include "lwip/priv/tcp_priv.h"
#define GIC_ID XPAR_PS7_SCUGIC_0_DEVICE_ID
#define TCP_RXBUFFER_BASE_ADDR 0x10000000
int initSwIntr();
int initudp(struct netif *netif);
int udp_recv_init();
void udp_recv_callback(void *arg, struct udp_pcb *tpcb