FPGA 以太网通信（二）

一、ARP协议

ARP（Address Resolution Protocol Protocol），即地址解析协议，是根据IP地址获取MAC地址的一种TCP/IP 协议。ARP协议分为ARP请求和ARP应答，源主机发起查询目的MAC地址的报文称为ARP请求，目的主机响应源主机并发送包含本地MAC地址的报文称为ARP应答。因为发送方不知道接收方的物理地址，所以这个查询分组会在网络层中进行广播，即ARP请求时发送的接收方物理地址为广播地址，用48’hff_ff_ff_ff_ff_ff 表示。

TCP/IP协议

TCP/IP协议实际上是一组协议，TCP、IP 、ARP 、ICMP、UDP都属于TCP/IP协议簇。

以太网MAC帧格式

以太网的标准是IEEE 802.3，它规定了以太网传输数据的帧结构。

ARP数据包格式

ARP数据包

由于以太网数据段最少为46个字节，而ARP数据包总长度为28个字节，因此在ARP数据段后面需要填充18个字节的数据，以满足以太网传输格式的要求。这个填充的过程称为Padding（填充），填充的数据可以为任意值，但一般为0 。

二、RGMII接口

FPGA和以太网PHY芯片之间常见的接口有 GMII 和 RGMII ，GMII数据接口为8位，时钟上升沿传输；RGMII数据接口为4位，时钟上升沿和下降沿都可以传输。

RGMII时序

RGMII的时钟和数据信号之间增加90°相移可以更加准确地对数据信号进行采样！

未延时的RGMII时序

延时后的RGMII时序

三、IDDR 与 ODDR 原语

FPGA使用IDDR原语将双边沿数据(DDR)转换成单边沿数据(SDR)，IDDR有三种输出模式，一般选择 SAME_EDGE_PIPELINED_PIPELINED 模式。
FPGA使用ODDR原语将单边沿数据(SDR)转换成双边沿数据(DDR)，ODDR有三种输出模式，一般选择 SAME_EDGE 模式。

IDDR原语结构：

IDDR - SAME_EDGE_PIPELINED_PIPELINED 模式：

ODDR原语结构：

ODDR - SAME_EDGE 模式：

Vivado 模板：

四、FPGA实现

1. rgmii_rx 模块

BUFG：全局缓冲，给FPGA内部提供时钟。
BUGIO：IO 时钟网络，给IO数据采样提供时钟，但不能给FPGA内部提供时钟。
IDELAY2：调节信号时延。
IDELAYCTRL：IDELAYCTRL和IDELAYE2 一般同时使用，IDELAYCTRL 对IDELAYE2 延时进行校准。

2. rgmii_tx 模块

3. ARP模块

ARP模块由ARP接收模块（arp_rx）、ARP发送模块（arp_tx）和CRC校验模块（crc32_d8）组成。

ARP接收模块可以通过状态机来解析以太网帧

ARP发送模块可以通过状态机来组建以太网帧

只需先将通信帧划分成若干状态，然后在每个状态下使用计数器输入/输出对应的bit即可。

4. CRC校验模块

CRC校验使用的是CRC32，通过生成多项式来定义。

CRC校验