MAC层接收逻辑处理及CRC校验接收数据

前言

在上一章节中，笔者就以太网的CRC计算规则做了简单介绍，并对实现流程进行了讲解，以及代码仿真验证，在本节中，笔者将就以太网MAC层的接收代码做逻辑实现，并且做CRC计算，只有当板卡计算得到的CRC计算结果，与接收数据中的CRC校验结果一致，才认为本帧数据可靠，进行进一步接收利用，并且还需要判断MAC地址是否符合以及接收的报文类型是IP报文还是ARP报文，以传给不同的协议层模块进行处理，对于MAC地址的判断，主要判断当前数据要发送给的MAC地址是否是本机MAC地址或者是广播地址，这两类地址都进行接收，而对于源MAC地址，在初次建立连接时，可能不会配置上位机的MAC地址，所以这里不做校验，但做接收处理，在后续的IP层或者ARP层，进行IP地址判断，或者ARP表缓存即可。

代码实现逻辑梳理

1. 接收到有效数据流
2. 对有效数据流进行时序打拍，启动计数器，判断前导码和帧界定起始符是否正确，对于前导码，以太网的PHY芯片在接收过程中，可能7个H55，只会接收6个H55，所以在计数器计数时，当计数到6时，若此时数据为H55，应做一个计数器值的时钟周期保留，以保证在后面的数据流提取，以及MAC地址提取时，计数值的指向正确，否则，目的MAC的起始计数器值会存在差异，当只有6个H55，目的MAC在第8个数据开始，当有7个H55，目的MAC在第九个数据开始，造成后续差异，数据流处理会复杂。
3. 缓存目的MAC地址，源MAC地址，协议类型，并启动CRC计算，若在CRC计算过程中，判断出MAC地址不符合，停止CRC计算，输出MAC地址错误信号。
4. 去除MAC头部信息，将数据流存入RAM中，当MAC地址错误时，不进行数据缓存，当数据缓存完成，但CRC计算结果最终错误，清除本帧在RAM的地址存放，不进行数据的输出。
5. 当CRC计算正确，根据报文类型，输入至IP处理模块或ARP处理模块。
6. 注意事项，当以太网传来两帧数据，假设第一帧长度为500，第二帧长度为80，第三帧长度为90，会在输出第一帧数据时，第二帧数据到来，也要进行缓存，第三帧数也要进行缓存，对于这两帧的数据长度，为避免混淆，所以需要对每帧的数据长度进行FIFO缓存，保证CRC计算后，每帧输出数据的完整性与准确性。
7. 注意事项，以太网PHY层处理后的数据，并没有数据长度信号，需要在该层进行实现，而FCS字段，位于末尾四个字节，不参与CRC计算，而数据流情况下，无法判断数据何时到达了FCS校验字段，故进入CRC计算的数据应该延迟5个时钟周期（4个计算周期+1个CRC计算延迟周期）,在检测到，输入输入数据流下降沿时，在时序上，也正好吻合除了FCS字段外，全部进行了CRC校验，在下面的仿真测试中，会就该时序现象做重点观察，对于这类时序延迟处理，在编写代码时，首先明白原理，计算延迟，代码实现，再经过仿真调试，一次成功是比较困难的，仿真是必不可少的环节。

FPGA代码实现及仿真测试

在本节中，不对数据的缓存做详细介绍，如果后续有必要，会在之后的章节做详细的逻辑介绍，本节中，只实现逻辑梳理的所有功能。
仿真测试1，上位机传来一批数据，目的MAC为8’h11,8’h22,8’h33,8’h44,8’h55,8’h66，源MAC为
8’hA5,8’h67,8’hB3,8’hA6,8’hD5,8’hE6，目的MAC地址与板卡MAC地址一致

其中o_cache总线是输出去除MAC以及末尾FCS字段的数据报文，从图中可以看出，CRC计算结果与上位机发送来的CRC一致，r_rec_fcs即为上位机传来的CRC结果。仿真结果正确。

仿真测试2，上位机传来一批数据，目的MAC为8’h11,8’h22,8’h33,8’h44,8’h55,8’h77，源MAC为
8’hA5,8’h67,8’hB3,8’hA6,8’hD5,8’hE6，目的MAC地址与板卡MAC地址不一致。

仿真可真，校验出MAC地址不符合，不对本帧数据进行输出，且停止CRC校验。