基于ZYNQ的千兆网项目(3)

最新推荐文章于 2024-09-26 20:17:23 发布

原创

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#Xilinx FPGA开发 #ZYNQ VIVADO

本文详细介绍如何在ZYNQ平台上实现UDP协议，包括PL端和PS端的设计，以及使用开源系统框架设置BSP文件的过程。通过对比TCP，强调了UDP在传输速度上的优势。

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基于ZYNQ的UDP实现

项目简述
UDP简述
PL端设计
PS端设计
下板测试
总结

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：
在这里插入图片描述
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
在这里插入图片描述
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。
在这里插入图片描述
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。
在这里插入图片描述
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。
在这里插入图片描述
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。
在这里插入图片描述
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