以太网ICMP协议(ping指令)——FPGA学习笔记25
--素材来源原子哥
一、IP协议
1、IP简介
IP是Internet Protocol(网际互连协议)的缩写。IP 协议是 TCP/IP 协议簇中的核心协议，它为上层协议提供无状态、无连接、不可靠的服务。IP 协议规定了数据传输时的基本单元和格式 。
IP协议是 OSI 参考模型中网络层的重要成员，与 ICMP协议及 IGMP 协议共同构成OSI 参考模型模型中的网络层 。
2、OSI参考模型
3、IP协议格式
4、IP包详细格式
前 20 个字节和紧跟其后的可选字段是 IP 数据报的首部，前 20 个字节是固定的，后面可选字段是可有可无的，首部的每一行以 32 位（4 个字节）为单位。每个字节传输规则为由比特最高位到最低位的顺序逐一进行发送， 4 字节的 32bit 值按照以下次序传输：首先 7-0bit，其次 15-8 bit，然后 23-16bit，最后是 31-24bit。
版本： 4 位 IP 版本号（Version），这个值设置为二进制的 0100 时表示 IPv4，设置为 0110 时表示 IPv6，目前使用比较多的 IP 协议版本号是 4。
首部长度： 4 位首部长度（IHL， Internet Header Length），表示 IP 首部一共有多少个 32 位（4 个字节） 。在没有可选字段时， IP 首部长度为 20 个字节， 因此首部长度的值为 5。
服务类型： 8 位服务类型（TOS， Type of service），该字段被划分成两个子字段： 3 位优先级字段（现在已经基本忽略掉了）和 4 位 TOS 字段，最后一位固定为 0。服务类型为 0 时表示一般服务。
总长度： 16 位 IP 数据报总长度（Total Length），包括 IP 首部和 IP 数据部分，以字节为单位。我们利用 IP 首部长度和 IP 数据报总长度，就可以知道 IP 数据报中数据内容的起始位置和长度。由于该字段长16bit，所以 IP 数据报最长可达 65535 字节。尽管理论上可以传输长达 65535 字节的 IP 数据报，但实际上还要考虑网络的最大承载能力等因素。
标识字段： 16 位标识（Identification）字段，用来标识主机发送的每一份数据报。通常每发送一份报文它的值就会加 1。
标志字段： 3 位标志（Flags）字段，第 1 位为保留位；第 2 位表示禁止分片（1 表示不分片 0：允许分片）；第 3 位标识更多分片（除了数据报的最后一个分片外，其它分片都为 1）。
片偏移： 13 位片偏移（Fragment Offset），在接收方进行数据报重组时用来标识分片的顺序。
生存时间： 8 位生存时间字段， TTL（Time To Live）域防止丢失的数据包在无休止的传播，一般被设置为 64 或者 128。
协议： 8 位协议（Protocol）类型，表示此数据报所携带上层数据使用的协议类型， ICMP 为 1， TCP 为6， UDP 为 17。
首部校验和： 16 位首部校验和（Header Checksum），该字段只校验数据报的首部，不包含数据部分；校验 IP 数据报头部是否被破坏、篡改和丢失等。
源 IP 地址： 32 位源 IP 地址（Source Address），即发送端的 IP 地址， 如 192.168.1.123。
目的 IP 地址： 32 位目的 IP 地址（Destination Address），即接收端的 IP 地址， 如 192.168.1.102。
可选字段： 是数据报中的一个可变长度的可选信息，选项字段以 32bit 为界，不足时插入值为 0 的填充字节，保证 IP 首部始终是 32bit 的整数倍（一般为0）
5、IP首部校验和
0x4500 + 0x003C + 0x0000 + 0x4000 + 0x4001 + 0x0000(计算时强制置0) + 0xc0a8
+ 0x010a + 0xc0a8 + 0x0166 = 0x248FD
进位拿出来与低位相加。
0x0002 + 0x48FD = 0x000048FF（此种情况并未出现进位）
0x0000+ 0x48FF= 0x48FF（此种情况并未出现进位）
check_sum = ~0x48FF（按位取反）= 0xb700
对各个单元采用反码加法运算（即高位溢出位会加到低位，通常的补码运算是直接丢掉溢出的高位）
二、ICMP协议
1、简介
ICMP是Internet Control Message Protocol的缩写，即互联网控制消息协议。它用于TCP/IP网络中发送控制消息，提供可能发生在通信环境中的各种问题反馈，通过这些信息，使网络管理者可以对所发生的问题作出诊断，然后采取适当的措施解决问题。
2、ICMP协议包格式
（1）查询报文
常用类型有：类型 0，代码 0：表示回显应答(ping 应答)。 类型 8，代码 0：表示回显请求(ping 请求)。 类型 11，代码 0：超时； 类型 3，代码 0：网络不可达； 类型 3，代码 1：主机不可达； 类型 5，代码 0：重定向。
代码(code)：占用了 8 bit 位，根据 ICMP 差错报文的类型，进一步分析错误的原因，代码值不同对应的错误也不同，例如：类型为 11 且代码为 0，表示数据传输过程中超时了，超时的具体原因是 TTL 值为 0，数据报被丢弃。
校验和(checksum)：占用了 16 bit 位， 校验的方法同上述 IP 首部校验和的方法一致。 数据发送到目的地后需要对 ICMP 数据报文做一个校验，用于检查数据报文是否有错误。
标识符(Identifier)：占用了 16 bit 位，对于每一个发送的数据报进行标识。
序列号(Sequence number)：占用了 16 bit 位，对于发送的每一个数据报文进行编号，比如：发送的第一个数据报序列号为 1，第二个序列号为 2。
数据（Data）：要发送的 ICMP 数据。
3、常用ICMP报文类型
三、程序设计
目标：电脑ping开发板实现开发板应答
1、整体框图：
2、ICMP编写：
（1）icmp_rx
前导码+帧起始界定符->以太网帧头->IP 首部->ICMP 首->ICMP 数据(有效数据) ->接收结束
`timescale 1ns / 1ps
//
// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 2024/12/26 15:41:37
// Design Name:
// Module Name: icmp_rx
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//
module icmp_rx(
input clk ,
input rst_n ,
input gmii_rx_dv ,
input [ 7:0] gmii_rxd ,
output reg rec_pkt_done , //以太网单包数据接收完成信号
output reg rec_en , //以太网接收数据使能信号 ---fifo_en
output reg [ 7:0] rec_data , //以太网接收数据 ---fifo_data
output reg [15:0] rec_byte_num , //以太网接收有效字数 bit
output reg [15:0] icmp_id , //ICMP标识符
output reg [15:0] icmp_seq , //ICMP序列号
output reg [31:0] reply_checksum //接收数据校验
);
//开发板MAC地址 00-11-22-33-44-55
parameter BOARD_MAC = 48'h00_11_22_33_44_55;
//开发板IP地址 192.168.1.10
parameter BOARD_IP = {8'd192,8'd168,8'd1,8'd10};
//状态机状态定义
localparam st_idle = 7'b000_0001 ; //初始状态，等待接收前导码
localparam st_preamble = 7'b000_0010 ; //接收前导码状态
localparam st_eth_head = 7'b000_0100 ; //接收以太网帧头
localparam st_ip_head = 7'b000_1000 ; //接收IP首部
localparam st_icmp_head = 7'b001_0000 ; //接收ICMP首部
localparam st_rx_data = 7'b010_0000 ; //接收有效数据
localparam st_rx_end = 7'b100_0000 ; //接收结束
//以太网类型定义
localparam ETH_TYPE = 16'h0800 ; //以太网协议类型 IP协议
localparam ICMP_TYPE = 8'd1 ; //ICMP协议类型
//ICMP报文类型:回显请求
localparam ECHO_REQUEST = 8'h08 ;
reg [6 :0] cur_state ; //当前状态
reg [6 :0] next_state ; //下一状态
reg skip_en ; //状态跳转信号
reg error_en ; //状态错误信号
reg [4 :0] cnt ; //状态数据计数器
reg [47:0] des_mac ; //目的MAC
reg [15:0] eth_type ; //以太网类型
reg [5 :0] ip_head_byte_num ; //IP首部长度
reg [15:0] total_length ; //接收数据字节长度
reg [15:0] icmp_data_length ; //有效数据长度
reg [31:0] des_ip ; //目的IP
reg [7 :0] icmp_type ; //ICMP报文类型:用于标识错误类型的差错报文或者查询类型的报告报文
reg [7 :0] icmp_code ; //ICMP报文代码:根据ICMP差错报文的类型，进一步分析错误的原因，代码值不同对应的错误也不同
//例如：类型为11且代码为0，表示数据传输过程中超时了，超时的具体原因是TTL值为0，数据报被丢弃。
reg [15:0] icmp_checksum ; //接收校验和:数据发送到目的地后需要对ICMP数据报文做一个校验，用于检查数据报文是否有错误
reg [1 :0] rec_en_cnt ; //8bit转32bit计数器
reg [15:0] icmp_rx_cnt ; //接收数据计数
reg [7 :0] icmp_rx_data_d0 ;
reg [31:0] reply_checksum_add ;
//(三段式状态机)同步时序描述状态转移
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (!rst_n) begin
cur_state <= st_idle ;
end
else begin
cur_state <= next_state ;
end
end
//
always @(*) begin
if (!rst_n) begin
next_state = st_idle ;
end
else begin
case (cur_state)
st_idle :begin //等待接收前导码
if (skip_en) begin
next_state = st_preamble ;
end
else begin
next_state = st_idle ;
end
end
st_preamble :begin //接收前导码
if (skip_en ) begin
next_state = st_eth_head ;
end
else if(error_en)begin
next_state = st_rx_end ;
end
else begin
next_state = st_preamble ;
end
end
st_eth_head :begin //接收以太网帧头
if (skip_en ) begin
next_state = st_ip_head ;
end
else if(error_en)begin
next_state = st_rx_end ;
end
else begin
next_state = st_eth_head ;
end
end
st_ip_head :begin //接收IP首部
if (skip_en ) begin
next_state = st_icmp_head;
end
else if(error_en)begin
next_state = st_rx_end ;
end
else begin
next_state = st_ip_head ;
end
end
st_icmp_head :begin //接收ICMP首部
if (skip_en ) begin
next_state = st_rx_data ;
end
else if(error_en)begin
next_state = st_rx_end ;
end
else begin
next_state = st_icmp_head;
end
end
st_rx_data :begin //接收有效数据
if (skip_en ) begin
next_state = st_rx_end ;
end
else begin
next_state = st_rx_data ;
end
end
st_rx_end :begin //接收结束
if (skip_en ) begin
next_state = st_idle ;
end
else begin
next_state = st_rx_end ;
end
end
default: next_state = st_idle ;
endcase
end
end
//
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (!rst_n) begin
skip_en <= 1'b0 ;
error_en <= 1'b0 ;
cnt <= 5'd0 ;
des_mac <= 48'd0 ;
eth_type <= 16'd0 ;
des_ip <= 32'd0 ;
ip_head_byte_num <= 6'd0 ;
total_length <= 16'd0 ;
icmp_type <= 8'd0 ;
icmp_code <= 8'd0 ;
icmp_checksum <= 16'd0 ;
icmp_id <= 16'd0 ;
icmp_seq <= 16'd0 ;
icmp_rx_data_d0 <= 8'd0 ;
reply_checksum <= 32'd0 ; //累加
reply_checksum_add <= 32'd0 ;
icmp_rx_cnt <= 16'd0 ;
icmp_data_length <= 16'd0 ;
rec_en_cnt <= 2'd0 ;
rec_en <= 1'b0 ;
rec_data <= 32'd0 ;
rec_pkt_done <= 1'b0 ;
rec_byte_num <= 16'd0 ;
end
else begin
skip_en <= 1'b0;
error_en <= 1'b0;
rec_pkt_done <= 1'b0; //以太网单包数据接收完成信号
case (cur_state)
st_idle :begin //等待接收前导码
if ((gmii_rx_dv == 1'b1) && (gmii_rxd == 8'h55)) begin
skip_en <= 1'b1;
end
else begin
skip_en <= 1'b0;
end
end
st_preamble :begin //接收前导码
if (gmii_rx_dv == 1'b1) begin
cnt <= cnt + 1'b1;
if ((cnt < 5'd6 ) && (gmii_rxd != 8'h55)) begin
error_en <= 1'b1;
end
else if (cnt == 5'd6) begin
cnt <= 5'd0;
if (gmii_rxd == 8'hd5) begin
skip_en <= 1'b1;
error_en <= 1'b0;
end
else begin
skip_en <= 1'b0;
error_en <= 1'b1;
end
end
else begin
skip_en <= skip_en ;
error_en <= error_en;
end
end
else begin
skip_en <= 1'b0;
error_en <= 1'b1;
end
end
st_eth_head :begin //接收以太网帧头
if (gmii_rx_dv == 1'b1) begin
cnt <= cnt + 1'b1;
if (cnt < 5'd6) begin
des_mac <= {des_mac[39:0],gmii_rxd};
end
else if( cnt == 5'd12)begin
eth_type[15:8] <= gmii_rxd;
end
else if (cnt == 5'd13) begin
eth_type[ 7:0] <= gmii_rxd;
cnt <= 5'd0;
if (((des_mac == BOARD_MAC)||(des_mac == 48'hff_ff_ff_ff_ff_ff))&&(eth_type[15:8] == ETH_TYPE[15:8])&&(gmii_rxd == ETH_TYPE[7:0])) begin
skip_en <= 1'b1;
error_en <= 1'b0;
end
else begin
skip_en <= 1'b0;
error_en <= 1'b1;
end
end
else begin
skip_en <= skip_en ;
error_en <= error_en ;
end
end
else begin
skip_en <= 1'b0;
error_en <= 1'b1;
end
end
st_ip_head :begin //接收IP首部
if (gmii_rx_dv == 1'b1) begin
cnt <= cnt + 1'b1;
if (cnt == 5'd0) begin
ip_head_byte_num <= {gmii_rxd[3:0],2'd0};
end
else if (cnt == 5'd2) begin
total_length[15:8] <= gmii_rxd ;
end
else if (cnt == 5'd3) begin
total_length[7:0] <= gmii_rxd ;
end
else if (cnt == 5'd4) begin //有效数据字节长度，（IP首部20个字节，icmp首部8个字节，所以减去28）
icmp_data_length <= total_length - 16'd28;
end
else if (cnt == 5'd9) begin
if (gmii_rxd != ICMP_TYPE) begin //如果当前接收的数据不是ICMP协议，停止解析数据
error_en <= 1'b1 ;
skip_en <= 1'b0 ;
cnt <= 5'd0 ;
end
else begin
error_en <= 1'b0 ;
skip_en <= skip_en ;
end
end
else if ((cnt >= 5'd16)&&(cnt <= 5'd18)) begin
des_ip <= {des_ip[23:0],gmii_rxd};
end
else if (cnt == 5'd19) begin
des_ip <= {des_ip[23:0],gmii_rxd};
if ({des_ip[23:0],gmii_rxd} == BOARD_IP) begin
skip_en <= 1'b1;
error_en <= 1'b0;
cnt <= 5'd0;
end
else begin
skip_en <= 1'b0;
error_en <= 1'b1;
cnt <= 5'd0;
end
end
else begin
skip_en <= skip_en ;
error_en <= error_en ;
end
end
else begin
skip_en <= 1'b0;
error_en <= 1'b1;
end
end
st_icmp_head :begin //接收ICMP首部
if (gmii_rx_dv == 1'b1) begin
cnt <= cnt + 1 'b1;
if (cnt == 5'd0) begin
icmp_type <= gmii_rxd ;
end
else if (cnt == 5'd1) begin
icmp_code <= gmii_rxd ;
end
else if ((cnt == 5'd2)||(cnt == 5'd3)) begin
icmp_checksum <= {icmp_checksum[7:0],gmii_rxd} ;
end
else if ((cnt == 5'd4)||(cnt == 5'd5)) begin
icmp_id <= {icmp_id[7:0],gmii_rxd} ;
end
else if (cnt == 5'd6) begin
icmp_seq[15:8] <= gmii_rxd ;
end
else if (cnt == 5'd7) begin
icmp_seq[7:0] <= gmii_rxd ;
if (icmp_type == ECHO_REQUEST) begin
skip_en <= 1'b1;
error_en <= 1'b0;
cnt <= 5'd0;
end
else begin
skip_en <= 1'b0;
error_en <= 1'b1;
cnt <= 5'd0;
end
end
else begin
skip_en <= skip_en ;
error_en <= error_en ;
cnt <= cnt ;
end
end
else begin
skip_en <= 1'b0;
error_en <= 1'b1;
cnt <= 5'd0;
end
end
st_rx_data :begin //接收有效数据
if (gmii_rx_dv == 1'b1) begin
rec_en_cnt <= rec_en_cnt + 1'b1 ;
icmp_rx_cnt <= icmp_rx_cnt + 1'b1 ;
rec_data <= gmii_rxd ; //以太网接收数据
rec_en <= 1'b1 ;
if (icmp_rx_cnt == icmp_data_length - 1'b1) begin
icmp_rx_data_d0 <= 8'd0;
if (icmp_data_length[0] == 1'b1) begin //奇数
reply_checksum_add <= {8'h0,gmii_rxd} + reply_checksum_add ;
end
else begin //偶数
reply_checksum_add <= {icmp_rx_data_d0,gmii_rxd} + reply_checksum_add ;
end
end
else if (icmp_rx_cnt < icmp_data_length) begin
icmp_rx_data_d0 <= gmii_rxd ;
icmp_rx_cnt <= icmp_rx_cnt + 1'b1 ;
if (icmp_rx_cnt[0] == 1'b1) begin
reply_checksum_add <= {icmp_rx_data_d0,gmii_rxd} + reply_checksum_add ;
end
else begin
reply_checksum_add <= reply_checksum_add ;
end
end
else begin
error_en <= 1'b1;
end
if (icmp_rx_cnt == icmp_data_length - 1'b1) begin
skip_en <= 1'b1;
error_en <= 1'b0;
rec_en_cnt <= 2'd0;
rec_pkt_done <= 1'b1;
rec_byte_num <= icmp_data_length ;
end
else begin
skip_en <= 1'b0;
error_en <= 1'b1;
rec_en_cnt <= 2'd0;
rec_pkt_done <= 1'b1;
rec_byte_num <= icmp_data_length ;
end
end
else begin
error_en <= 1'b1;
end
end
st_rx_end :begin //接收结束
rec_en <= 1'b0;
if ((gmii_rx_dv == 1'b0)&&(skip_en == 1'b0)) begin
reply_checksum <= reply_checksum_add ;
skip_en <= 1'b1 ;
reply_checksum_add <= 32'd0 ;
end
else begin
reply_checksum <= reply_checksum ;
skip_en <= skip_en ;
reply_checksum_add <= reply_checksum_add ;
end
end
default: error_en = 1'b1 ;
endcase
end
end
endmodule
（2）icmp_tx
`timescale 1ns / 1ps
//
// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 2024/12/28 20:19:55
// Design Name:
// Module Name: icmp_tx
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//
module icmp_tx(
input clk , //时钟信号
input rst_n , //复位信号，低电平有效
input [31:0] reply_checksum , //ICMP数据部分校验和
input [15:0] icmp_id , //ICMP标识符
input [15:0] icmp_seq , //ICMP序列号
input tx_start_en , //以太网开始发送信号
input [ 7:0] tx_data , //以太网待发送数据
input [15:0] tx_byte_num , //以太网发送的有效字节数
input [47:0] des_mac , //发送的目标MAC地址
input [31:0] des_ip , //发送的目标IP地址
input [31:0] crc_data , //CRC校验数据
input [7:0] crc_next , //CRC下次校验完成数据
output reg tx_done , //以太网发送完成信号
output reg tx_req , //读数据请求信号
output reg gmii_tx_en , //GMII输出数据有效信号
output reg [7:0] gmii_txd , //GMII输出数据
output reg crc_en , //CRC开始校验使能
output reg crc_clr //CRC数据复位信号
);
//parameter define
//开发板MAC地址 00-11-22-33-44-55
parameter BOARD_MAC = 48'h00_11_22_33_44_55;
//开发板IP地址 192.168.1.10
parameter BOARD_IP = {8'd192,8'd168,8'd1,8'd10};
//目的MAC地址 ff_ff_ff_ff_ff_ff
parameter DES_MAC = 48'hff_ff_ff_ff_ff_ff;
//目的IP地址 192.168.1.102
parameter DES_IP = {8'd192,8'd168,8'd1,8'd102};
//状态机状态定义
localparam st_idle = 8'b0000_0001 ; //初始状态，等待开始发送信号
localparam st_check_sum = 8'b0000_0010 ; //IP首部校验和
localparam st_check_icmp = 8'b0000_0100 ; //ICMP首部+数据校验
localparam st_preamble = 8'b0000_1000 ; //发送前导码+帧起始界定符
localparam st_eth_head = 8'b0001_0000 ; //发送以太网帧头
localparam st_ip_head = 8'b0010_0000 ; //发送IP首部+ICMP首部
localparam st_tx_data = 8'b0100_0000 ; //发送数据
localparam st_crc = 8'b1000_0000 ; //发送CRC校验值
//以太网类型定义
localparam ETH_TYPE = 16'h0800 ; //以太网协议类型 IP协议
//以太网数据最小46个字节，IP首部20个字节+ICMP首部8个字节
//所以数据至少46-20-8=18个字节
localparam MIN_DATA_NUM = 16'd18 ;
//parameter define
//ICMP报文类型:回显应答
parameter ECHO_REPLY = 8'h00 ;
reg [7:0] cur_state ;//当前状态
reg [7:0] next_state ;//下一状态
reg start_en_d0 ;//
reg start_en_d1 ;//
reg start_en_d2 ;//
reg [15:0] tx_data_num ;//发送数据长度
reg [15:0] total_num ;//总长度
reg trig_tx_en ;//使能触发信号
reg skip_en ;//状态跳转信号
reg [4:0] cnt ;//发送数据计数器
reg [31:0] check_buffer ;//IP首部校验和
reg [31:0] check_buffer_icmp ;//ICMP首部校验和
reg [7:0] preamble [7:0] ;//前导码
reg [7:0] eth_head [13:0] ;//以太网首部
reg [31:0] ip_head [6:0] ;//IP首部 + ICMP首部
reg [1:0] tx_bit_sel ;//bit计数器
reg tx_done_t ;//发送完成标志
reg [15:0] data_cnt ;//发送数据计数器
reg [4:0] real_add_cnt ;//多发送数据计数器
wire [15:0] real_tx_data_num ; //发送有效长度
wire pos_start_en ; //触发信号上升沿
assign pos_start_en = (~start_en_d2) & start_en_d1;
assign real_tx_data_num = (tx_data_num >= MIN_DATA_NUM) ? tx_data_num : MIN_DATA_NUM;
//采tx_start_en的上升沿
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n) begin
start_en_d0 <= 1'b0;
start_en_d1 <= 1'b0;
start_en_d2 <= 1'b0;
end
else begin
start_en_d0 <= tx_start_en;
start_en_d1 <= start_en_d0;
start_en_d2 <= start_en_d1;
end
end
//寄存数据有效字节
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n) begin
tx_data_num <= 16'd0;
total_num <= 16'd0;
end
else begin
if(pos_start_en && cur_state==st_idle) begin
//数据长度
tx_data_num <= tx_byte_num;
//IP长度：有效数据+IP首部长度(20bytes)+ICMP首部长度(8bytes)
total_num <= tx_byte_num + 16'd28;
end
else begin
tx_data_num <= tx_data_num ;
total_num <= total_num ;
end
end
end
//触发发送信号
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n) begin
trig_tx_en <= 1'b0;
end
else begin
trig_tx_en <= pos_start_en;
end
end
//(三段式状态机)同步时序描述状态转移
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (!rst_n) begin
cur_state <= st_idle ;
end
else begin
cur_state <= next_state ;
end
end
//
always @(*) begin
next_state = st_idle;
case(cur_state)
st_idle : begin //等待发送数据
if(skip_en)
next_state = st_check_sum;
else
next_state = st_idle;
end
st_check_sum: begin //IP首部校验
if(skip_en)
next_state = st_check_icmp;
else
next_state = st_check_sum;
end
st_check_icmp: begin //ICMP首部校验
if(skip_en)
next_state = st_preamble;
else
next_state = st_check_icmp;
end
st_preamble : begin //发送前导码+帧起始界定符
if(skip_en)
next_state = st_eth_head;
else
next_state = st_preamble;
end
st_eth_head : begin //发送以太网首部
if(skip_en)
next_state = st_ip_head;
else
next_state = st_eth_head;
end
st_ip_head : begin //发送IP首部+icmp首部
if(skip_en)
next_state = st_tx_data;
else
next_state = st_ip_head;
end
st_tx_data : begin //发送数据
if(skip_en)
next_state = st_crc;
else
next_state = st_tx_data;
end
st_crc: begin //发送CRC校验值
if(skip_en)
next_state = st_idle;
else
next_state = st_crc;
end
default : next_state = st_idle;
endcase
end
//
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if (!rst_n) begin
skip_en <= 1'b0 ;
cnt <= 5'd0 ;
check_buffer <= 32'd0 ;
check_buffer_icmp <= 32'd0 ;
ip_head[1][31:16] <= 16'd0 ;
tx_bit_sel <= 2'b0 ;
crc_en <= 1'b0 ;
gmii_tx_en <= 1'b0 ;
gmii_txd <= 8'd0 ;
tx_req <= 1'b0 ;
tx_done_t <= 1'b0 ;
data_cnt <= 16'd0 ;
real_add_cnt <= 5'd0 ;
//初始化数组
//前导码 7个8'h55 + 1个8'hd5
preamble[0] <= 8'h55;
preamble[1] <= 8'h55;
preamble[2] <= 8'h55;
preamble[3] <= 8'h55;
preamble[4] <= 8'h55;
preamble[5] <= 8'h55;
preamble[6] <= 8'h55;
preamble[7] <= 8'hd5;
//目的MAC地址 //目的MAC地址 ff_ff_ff_ff_ff_ff
eth_head[0] <= DES_MAC[47:40];
eth_head[1] <= DES_MAC[39:32];
eth_head[2] <= DES_MAC[31:24];
eth_head[3] <= DES_MAC[23:16];
eth_head[4] <= DES_MAC[15:8];
eth_head[5] <= DES_MAC[7:0];
//源MAC地址 //开发板MAC地址 00-11-22-33-44-55
eth_head[6] <= BOARD_MAC[47:40];
eth_head[7] <= BOARD_MAC[39:32];
eth_head[8] <= BOARD_MAC[31:24];
eth_head[9] <= BOARD_MAC[23:16];
eth_head[10] <= BOARD_MAC[15:8];
eth_head[11] <= BOARD_MAC[7:0];
//以太网类型 //0800 IP协议
eth_head[12] <= ETH_TYPE[15:8];
eth_head[13] <= ETH_TYPE[7:0];
end
else begin
skip_en <= 1'b0 ;
crc_en <= 1'b0 ;
gmii_tx_en <= 1'b0 ;
tx_done_t <= 1'b0 ;
case (cur_state)
st_idle :begin
if (trig_tx_en) begin
skip_en <= 1'b1;
//版本号：4 首部长度：5(单位:32bit,20byte/4=5)
ip_head[0] <= {8'h45,8'h00,total_num};
//16位标识，每次发送累加1
ip_head[1][31:16] <= ip_head[1][31:16] + 1'b1;
//bit[15:13]: 010表示不分片
ip_head[1][15:0] <= 16'h4000;
//8'h80：表示生存时间
//8'd01：1代表ICMP，2代表IGMP，6代表TCP，17代表UDP
ip_head[2] <= {8'h80,8'd01,16'h0000};
//源IP地址
ip_head[3] <= BOARD_IP;
//目的IP地址
if (des_ip != 32'd0) begin
ip_head[4] <= des_ip ;
end
else begin
ip_head[4] <= DES_IP ;
end
// 8位icmp TYPE ，8位 icmp CODE
ip_head[5][31:16] <= {ECHO_REPLY,8'h00};
//16位identifier 16位sequence
ip_head[6] <= {icmp_id,icmp_seq};
//更新MAC地址
if (des_mac != 48'd0) begin
//目的MAC地址
eth_head[0] <= des_mac[47:40] ;
eth_head[1] <= des_mac[39:32] ;
eth_head[2] <= des_mac[31:24] ;
eth_head[3] <= des_mac[23:16] ;
eth_head[4] <= des_mac[15:8] ;
eth_head[5] <= des_mac[7:0] ;
end
end
end
st_check_sum :begin //IP首部校验
cnt <= cnt + 1'b1;
if (cnt == 5'd0) begin
check_buffer <= ip_head[0][31:16] + ip_head[0][15:0]
+ ip_head[1][31:16] + ip_head[1][15:0]
+ ip_head[2][31:16] + ip_head[2][15:0]
+ ip_head[3][31:16] + ip_head[3][15:0]
+ ip_head[4][31:16] + ip_head[4][15:0];
end
else if (cnt == 5'd1) begin //可能出现进位,累加一次
check_buffer <= check_buffer[31:16] + check_buffer[15:0];
end
else if (cnt == 5'd2) begin //可能再次出现进位,累加一次
check_buffer <= check_buffer[31:16] + check_buffer[15:0];
end
else if (cnt == 5'd3) begin
skip_en <= 1'b1 ;
cnt <= 5'd0 ;
ip_head[2][15:0] <= ~check_buffer[15:0] ;
end
else begin
check_buffer <= check_buffer;
end
end
st_check_icmp :begin //ICMP首部+数据校验
cnt <= cnt + 1'b1 ;
if (cnt == 5'd0) begin
check_buffer_icmp <= ip_head[5][31:16]
+ ip_head[6][31:16] + ip_head[6][15:0]
+ reply_checksum;
end
else if(cnt == 5'd1) begin //可能出现进位,累加一次
check_buffer_icmp <= check_buffer_icmp[31:16] + check_buffer_icmp[15:0];
end
else if(cnt == 5'd2) begin //可能再次出现进位,累加一次
check_buffer_icmp <= check_buffer_icmp[31:16] + check_buffer_icmp[15:0];
end
else if(cnt == 5'd3) begin //按位取反
skip_en <= 1'b1;
cnt <= 5'd0;
// ICMP:16位校验和
ip_head[5][15:0] <= ~check_buffer_icmp[15:0];
end
else begin
check_buffer_icmp <= check_buffer_icmp;
end
end
st_preamble :begin //发送前导码+帧起始界定符
gmii_tx_en <= 1'b1 ;
gmii_txd <= preamble[cnt];
if (cnt == 5'd7) begin
skip_en <= 1'b1 ;
cnt <= 5'd0 ;
end
else begin
cnt <= cnt + 1'b1 ;
end
end
st_eth_head :begin //发送以太网首部
gmii_tx_en <= 1'b1 ;
crc_en <= 1'b1 ;
gmii_txd <= eth_head[cnt] ;
if (cnt == 5'd13) begin
skip_en <= 1'b1 ;
cnt <= 5'd0 ;
end
else begin
cnt <= cnt + 1'b1 ;
end
end
st_ip_head :begin //发送IP+ICMP首部
gmii_tx_en <= 1'b1 ;
crc_en <= 1'b1 ;
tx_bit_sel <= tx_bit_sel + 1'b1 ;
if (tx_bit_sel == 2'd0) begin
gmii_txd <= ip_head[cnt][31:24] ;
end
else if (tx_bit_sel == 2'd1) begin
gmii_txd <= ip_head[cnt][23:16] ;
end
else if (tx_bit_sel == 2'd2) begin
gmii_txd <= ip_head[cnt][15:8] ;
if(cnt == 5'd6)begin
tx_req <= 1'b1 ;
end
end
else if (tx_bit_sel == 2'd3) begin
gmii_txd <= ip_head[cnt][7:0] ;
if (cnt == 5'd6) begin //提前读请求数据，等待数据有效时发送
skip_en <= 1'b1 ;
cnt <= 5'd0 ;
end
else begin
cnt <= cnt + 1'b1 ;
end
end
else begin
gmii_txd <= gmii_txd ;
end
end
st_tx_data :begin //发送数据
gmii_tx_en <= 1'b1 ;
crc_en <= 1'b1 ;
tx_bit_sel <= 2'd0 ;
gmii_txd <= tx_data ;
if (data_cnt < tx_data_num - 1'b1) begin
data_cnt <= data_cnt + 1'b1 ;
end
else if (data_cnt == tx_data_num - 1'b1) begin
//如果发送的有效数据少于18个字节，在后面填补充位
//补充的值为最后一次发送的有效数据
if (data_cnt + real_add_cnt < real_tx_data_num - 1'b1) begin
real_add_cnt <= real_add_cnt + 1'b1 ;
end
else begin
skip_en <= 1'b1 ;
data_cnt <= 16'd0 ;
real_add_cnt <= 5'd0 ;
end
end
else begin
data_cnt <= data_cnt ;
end
if (data_cnt == tx_data_num - 2'd2) begin
tx_req <= 1'b0 ;
end
else begin
tx_req <= tx_req ;
end
end
st_crc :begin
gmii_tx_en <= 1'b1;
tx_bit_sel <= tx_bit_sel + 3'd1;
tx_req <= 1'b0;
if(tx_bit_sel == 3'd0)
gmii_txd <= {~crc_next[0], ~crc_next[1], ~crc_next[2],~crc_next[3],
~crc_next[4], ~crc_next[5], ~crc_next[6],~crc_next[7]};
else if(tx_bit_sel == 3'd1)
gmii_txd <= {~crc_data[16], ~crc_data[17], ~crc_data[18],~crc_data[19],
~crc_data[20], ~crc_data[21], ~crc_data[22],~crc_data[23]};
else if(tx_bit_sel == 3'd2) begin
gmii_txd <= {~crc_data[8], ~crc_data[9], ~crc_data[10],~crc_data[11],
~crc_data[12], ~crc_data[13], ~crc_data[14],~crc_data[15]};
end
else if(tx_bit_sel == 3'd3) begin
gmii_txd <= {~crc_data[0], ~crc_data[1], ~crc_data[2],~crc_data[3],
~crc_data[4], ~crc_data[5], ~crc_data[6],~crc_data[7]};
tx_done_t <= 1'b1;
skip_en <= 1'b1;
end
else;
end
default: ;
endcase
end
end
//发送完成信号及crc值复位信号
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
if(!rst_n) begin
tx_done <= 1'b0;
crc_clr <= 1'b0;
end
else begin
tx_done <= tx_done_t;
crc_clr <= tx_done_t;
end
end
endmodule
（3）icmp
`timescale 1ns / 1ps
//
// Company:
// Engineer:
//
// Create Date: 2024/12/29 15:29:13
// Design Name:
// Module Name: icmp
// Project Name:
// Target Devices:
// Tool Versions:
// Description:
//
// Dependencies:
//
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
//
//
module icmp(
input sys_clk , //ila系统时钟
input rst_n , //复位信号，低电平有效
//GMII接口
input gmii_rx_clk , //GMII接收数据时钟
input gmii_rx_dv , //GMII输入数据有效信号
input [7:0] gmii_rxd , //GMII输入数据
input gmii_tx_clk , //GMII发送数据时钟
output gmii_tx_en , //GMII输出数据有效信号
output [7:0] gmii_txd , //GMII输出数据
//用户接口
output rec_pkt_done , //以太网单包数据接收完成信号
output rec_en , //以太网接收的数据使能信号
output [ 7:0] rec_data , //以太网接收的数据
output [15:0] rec_byte_num , //以太网接收的有效字节数 单位:byte
input tx_start_en , //以太网开始发送信号
input [ 7:0] tx_data , //以太网待发送数据
input [15:0] tx_byte_num , //以太网发送的有效字节数 单位:byte
input [47:0] des_mac , //发送的目标MAC地址
input [31:0] des_ip , //发送的目标IP地址
output tx_done , //以太网发送完成信号
output tx_req //读数据请求信号
);
//parameter define
//开发板MAC地址 00-11-22-33-44-55
parameter BOARD_MAC = 48'h00_11_22_33_44_55;
//开发板IP地址 192.168.1.10
parameter BOARD_IP = {8'd192,8'd168,8'd1,8'd10};
//目的MAC地址 ff_ff_ff_ff_ff_ff
parameter DES_MAC = 48'hff_ff_ff_ff_ff_ff;
//目的IP地址 192.168.1.102
parameter DES_IP = {8'd192,8'd168,8'd1,8'd102};
wire crc_en ; //CRC开始校验使能
wire crc_clr ; //CRC数据复位信号
wire [7:0] crc_d8 ; //输入待校验8位数据
wire [31:0] crc_data ; //CRC校验数据
wire [31:0] crc_next ; //CRC下次校验完成数据
wire [15:0] icmp_id ; //ICMP标识符:对于每一个发送的数据报进行标识
wire [15:0] icmp_seq ; //ICMP序列号:对于发送的每一个数据报文进行编号
//比如:发送的第一个数据报序列号为1，第二个序列号为2
wire [31:0] reply_checksum ; //接收的icmp数据部分校验和
assign crc_d8 = gmii_txd ;
icmp_rx
#(
.BOARD_MAC (BOARD_MAC ) , //参数例化
.BOARD_IP (BOARD_IP )
)
u_icmp_rx(
.clk (gmii_rx_clk ) ,
.rst_n (rst_n ) ,
.gmii_rx_dv (gmii_rx_dv ) , //GMII输入数据有效信号
.gmii_rxd (gmii_rxd ) , //GMII输入数据
.rec_pkt_done (rec_pkt_done ) , //以太网单包数据接收完成信号
.rec_en (rec_en ) , //以太网接收数据使能信号 ---fifo_en
.rec_data (rec_data ) , //以太网接收数据 ---fifo_data
.rec_byte_num (rec_byte_num ) , //以太网接收有效字数 bit
.icmp_id (icmp_id ) , //ICMP标识符
.icmp_seq (icmp_seq ) , //ICMP序列号
.reply_checksum (reply_checksum ) //接收数据校验
);
icmp_tx
#(
.BOARD_MAC (BOARD_MAC ) , //参数例化
.BOARD_IP (BOARD_IP ) ,
.DES_MAC (DES_MAC ) ,
.DES_IP (DES_IP )
)
u_icmp_tx(
//input
.clk (gmii_tx_clk ) , //时钟信号
.rst_n (rst_n ) , //复位信号，低电平有效
.reply_checksum (reply_checksum ) , //ICMP数据部分校验和
.icmp_id (icmp_id ) , //ICMP标识符
.icmp_seq (icmp_seq ) , //ICMP序列号
.tx_start_en (tx_start_en ) , //以太网开始发送信号
.tx_data (tx_data ) , //以太网待发送数据
.tx_byte_num (tx_byte_num ) , //以太网发送的有效字节数
.des_mac (des_mac ) , //发送的目标MAC地址
.des_ip (des_ip ) , //发送的目标IP地址
.crc_data (crc_data ) , //CRC校验数据
.crc_next (crc_next ) , //CRC下次校验完成数据
//output
.tx_done (tx_done ) , //以太网发送完成信号
.tx_req (tx_req ) , //读数据请求信号
.gmii_tx_en (gmii_tx_en ) , //GMII输出数据有效信号
.gmii_txd (gmii_txd ) , //GMII输出数据
.crc_en (crc_en ) , //CRC开始校验使能
.crc_clr (crc_clr ) //CRC数据复位信号
);
crc32_d8 u_crc32_d8(
.clk (gmii_tx_clk ) , //时钟信号
.rst_n (rst_n ) , //复位信号，低电平有效
.data (crc_d8 ) , //输入待校验8位数据
.crc_en (crc_en ) , //crc使能，开始校验标志
.crc_clr (crc_clr ) , //crc数据复位信号
.crc_data (crc_data ) , //CRC校验数据
.crc_next (crc_next ) //CRC下次校验完成数据
);
endmodule
3、整体代码框架
四、下载测试
