[发明专利]一种基于UDP的上层协议与以太网MAC层的数据传输方法

摘要

本发明涉及一种基于UDP的上层协议与以太网MAC层的数据传输方法，基于UDP协议实现对网络数据的封装，并将其模块接口化。将该模块与以太网MAC子层连接，实现了不同数据长度、不同数据率的FPGA与计算机的数据传输。本发明的创新点在于：将以太网MAC帧封装接口化，可以方便快速的添加到以太网系统中，实现上层协议与用户逻辑和以太网MAC层的连接。添加UDP和IP协议报头，根据首部校验和和数据校验和字段，检测数据在传输中是否有错，提高数据传输的可靠性。

主权项

一种基于UDP的上层协议与以太网MAC层的数据传输方法，其特征在于上层协议与用户逻辑之间的接口通过一个异步FIFO连接，FPGA与计算机之间通过以太网进行通信时数据以MAC帧格式传输；具体步骤如下：步骤1：将用户要发送的数据先存入FIFO中，根据FIFO的空满信号控制FIFO写数据和封装开始信号；所述FIFO深度根据发送数据包长度自行决定，FIFO宽度为32bit；步骤2：当封装开始信号标志数据开始封装时，在数据前面添加UDP、IP以及MAC帧首部，组成以太网MAC帧格式，其中MAC帧头插入的8字节和FCS字段是由以太网MAC核自动添加；数据封装的具体实现由状态机控制，状态机包括三个状态：TX_IDLE初始状态、TX_UDP_HEAD帧头封装状态、TX_UDP_READ数据封装状态；1、上层协议接到封装开始信号时，控制状态机进入TX_UDP_HEAD状态，帧头计数器累加；标识字段在系统中是一个计数器，每产生一个数据报，标识计数器就加1，帧头计数器为0时执行此操作；当帧头计数器为3时开始计算头部校验和，头部校验和字段只检验IP数据报的首部；所述计算头部校验和：首先把IP数据报首部划分为许多16bit的序列，并把校验和字段置零；其次用反码算术运算把所有16bit相加，将得到的和的反码写入校验和字段；当帧头计数器为4时，开始对IP数据首部协议字段之前的字段封装；当帧头计数器为9时，进入TX_UDP_READ状态，数据计数器进行累加；当计数器为0时，开始IP首部的其他字段以及UDP首部和发送数据部分封装，将IP首部的剩余字段和UDP首部字段完全封装；在发送状态机将数据从FIFO读出的过程中同时进行UDP校验；所述UDP校验和是把UDP伪首部、UDP首部以及发送数据一起检验；当计数器为2时开始从FIFO读取数据；当计数器为3时开始计算数据校验和，首先置UDP校验和初始值为0x0000，并添加到UDP校验和字段；当计数器为4时，开始数据封装；当计数器值等于数据长度加4时，从FIFO读出的数据封装结束；当计数器值等于数据长度加7时，校验和计算完成，进入TX_IDLE状态；步骤3：将封装数据和校验和分别存入FIFO中，当FIFO的写计数器长度为发送数据长度时，开始从FIFO中将数据读出，写入FIFO的校验和在写入的下一个周期立即读出，当校验和使能有效时，将计算所得的校验和重新写入MAC帧的UDP校验和字段；将所得MAC帧数据再经过FIFO缓存，根据以太网速度要求，控制读出数据宽度；步骤4：将FIFO缓存的MAC帧数据末尾多加的数据截掉，传输数据至以太网MAC层。