FPGA纯verilog实现 2.5G UDP协议栈，基于1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII，提供14套工程源码和技术支持

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FPGA纯verilog实现 2.5G UDP协议栈，基于1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII，提供14套工程源码和技术支持

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FPGA纯verilog实现 2.5G UDP协议栈，基于1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII，提供14套工程源码和技术支持

FPGA-2.5G-UDP

1、前言

目前网上的FPGA实现UDP基本生态如下：
1：verilog编写的精简版udp收发器，不带ping功能，这样的代码功能正常也能用，但不带ping功能基本就是废物，在实际项目中不会用这样的代码，试想，多机互联，出现了问题，你的网卡都不带ping功能，连基本的问题排查机制都不具备，这样的代码谁敢用？
2：带ping功能的完整版udp收发器，代码优秀也好用，但基本不开源，不会提供源码给你，这样的代码也有不足，那就是出了问题不知道怎么排查，毕竟你没有源码，无可奈何；

FPGA实现UDP网络通信现状如下：
Xilinx系列FPGA实现UDP网络通信主要有两种方案，其一是使用PHY芯片实现物理层功能，比如常见的RTL8211、B50610等芯片，UDP协议栈部分很简单，可使用verilog代码直接实现；其二是使用Xilinx官方的IP核实现物理层功能，比如常见的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII、AXI 1G/2.5G Ethernet Subsystem、10G/25G Ethernet Subsystem、10G Ethernet Subsystem等，UDP协议栈部分很简单，可使用verilog代码直接实现；本设计使用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能；

工程概述

本设计FPGA基于1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII实现2.5G UDP以太网通信，能实现电脑端网卡与FPGA开发板之间的双向通信，为了方便测试，设计了UDP数据回环和网络测速两个功能；

UDP数据回环功能如下：
电脑端网络调试助手发送测试数据，然后电脑端操作系统的Socket实现发送数据的以太网帧组包，然后发送给电脑端网卡后通过网线连接到FPGA开发板的RJ45网口；然后差分网络数据进入FPGA开发板板载的SFP光口或PHY芯片后进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现高速串行接口到GMII接口的转换；然后数据进入UDP协议栈实现以太网帧解包，解析各种头部信息，并提取输出UDP报文的有效数据段；有效数据再经过回环FIFO后回灌到UDP协议栈实现以太网帧组包，即加上各种头部信息和校验；然后数据进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现GMII接口到高速串行接口的转换；然后数据进入板载SFP光口或PHY芯片输出差分信号，并通过网线发送到电脑端；电脑端操作系统的Socket实现接收数据以太网解包，然后数据给网络调试助手显示；网络调试助手同时显示发送和接收数据，以此观察UDP数据回环的正确性；

网络测速功能如下：
PGA自动循环产生从0开始的累加数作为UDP用户发送数据，发送数据然后进入UDP协议栈实现以太网帧组包，即加上各种头部信息和校验，每包数据长度为1472；然后数据进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现GMII接口到高速串行接口的转换；然后数据进入板载SFP光口或PHY芯片输出差分信号，并通过网线发送到电脑端；然后打开电脑端的资源管理器，查看网卡，即可看到通信速率；
针对目前市面上主流的FPGA应用，本工程共移植了14套工程，具体如下：

在这里插入图片描述


现对上述14套工程源码解释如下：

工程源码1

开发板FPGA型号为Xilinx–Artix7–35T–xc7a35tfgg484-2；
电脑端网络调试助手发送测试数据，然后电脑端操作系统的Socket实现发送数据的以太网帧组包，然后发送给电脑端网卡后通过网线连接到FPGA开发板的RJ45网口；然后差分网络数据进入FPGA开发板板载的SFP光口或PHY芯片后进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现高速串行接口到GMII接口的转换；然后数据进入UDP协议栈实现以太网帧解包，解析各种头部信息，并提取输出UDP报文的有效数据段；有效数据再经过回环FIFO后回灌到UDP协议栈实现以太网帧组包，即加上各种头部信息和校验；然后数据进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现GMII接口到高速串行接口的转换；然后数据进入板载SFP光口或PHY芯片输出差分信号，并通过网线发送到电脑端；电脑端操作系统的Socket实现接收数据以太网解包，然后数据给网络调试助手显示；网络调试助手同时显示发送和接收数据，以此观察UDP数据回环的正确性；
本设计调用1路1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核，使用1路SFP光口，在FPGA内部实现了1路2.5G UDP网卡，适用于Xilinx 7系列FPGA实现以太网应用；

工程源码2

开发板FPGA型号为Xilinx–Artix7–35T–xc7a35tfgg484-2；
电脑端网络调试助手发送测试数据，然后电脑端操作系统的Socket实现发送数据的以太网帧组包，然后发送给电脑端网卡后通过网线连接到FPGA开发板的RJ45网口；然后差分网络数据进入FPGA开发板板载的SFP光口或PHY芯片后进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现高速串行接口到GMII接口的转换；然后数据进入UDP协议栈实现以太网帧解包，解析各种头部信息，并提取输出UDP报文的有效数据段；有效数据再经过回环FIFO后回灌到UDP协议栈实现以太网帧组包，即加上各种头部信息和校验；然后数据进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现GMII接口到高速串行接口的转换；然后数据进入板载SFP光口或PHY芯片输出差分信号，并通过网线发送到电脑端；电脑端操作系统的Socket实现接收数据以太网解包，然后数据给网络调试助手显示；网络调试助手同时显示发送和接收数据，以此观察UDP数据回环的正确性；
本设计调用2路1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核，形成1主+1从的级联使用，2路IP核共享GT BANK参考时钟，使用2路SFP光口，在FPGA内部实现了2路2.5G UDP网卡，以此技术方案可扩展至多路，适用于Xilinx 7系列FPGA实现多路以太网应用；

工程源码3

开发板FPGA型号为Xilinx–Kintex7–325T-xc7k325tffg900-2；
电脑端网络调试助手发送测试数据，然后电脑端操作系统的Socket实现发送数据的以太网帧组包，然后发送给电脑端网卡后通过网线连接到FPGA开发板的RJ45网口；然后差分网络数据进入FPGA开发板板载的SFP光口或PHY芯片后进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现高速串行接口到GMII接口的转换；然后数据进入UDP协议栈实现以太网帧解包，解析各种头部信息，并提取输出UDP报文的有效数据段；有效数据再经过回环FIFO后回灌到UDP协议栈实现以太网帧组包，即加上各种头部信息和校验；然后数据进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现GMII接口到高速串行接口的转换；然后数据进入板载SFP光口或PHY芯片输出差分信号，并通过网线发送到电脑端；电脑端操作系统的Socket实现接收数据以太网解包，然后数据给网络调试助手显示；网络调试助手同时显示发送和接收数据，以此观察UDP数据回环的正确性；
本设计调用1路1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核，使用1路SFP光口，在FPGA内部实现了1路2.5G UDP网卡，适用于Xilinx 7系列FPGA实现以太网应用；

工程源码4

开发板FPGA型号为Xilinx–Kintex7–325T-xc7k325tffg900-2；
电脑端网络调试助手发送测试数据，然后电脑端操作系统的Socket实现发送数据的以太网帧组包，然后发送给电脑端网卡后通过网线连接到FPGA开发板的RJ45网口；然后差分网络数据进入FPGA开发板板载的SFP光口或PHY芯片后进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现高速串行接口到GMII接口的转换；然后数据进入UDP协议栈实现以太网帧解包，解析各种头部信息，并提取输出UDP报文的有效数据段；有效数据再经过回环FIFO后回灌到UDP协议栈实现以太网帧组包，即加上各种头部信息和校验；然后数据进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现GMII接口到高速串行接口的转换；然后数据进入板载SFP光口或PHY芯片输出差分信号，并通过网线发送到电脑端；电脑端操作系统的Socket实现接收数据以太网解包，然后数据给网络调试助手显示；网络调试助手同时显示发送和接收数据，以此观察UDP数据回环的正确性；
本设计调用2路1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核，形成1主+1从的级联使用，2路IP核共享GT BANK参考时钟，使用2路SFP光口，在FPGA内部实现了2路2.5G UDP网卡，以此技术方案可扩展至多路，适用于Xilinx 7系列FPGA实现多路以太网应用；

工程源码5

开发板FPGA型号为Xilinx–>Zynq7100—xc7z100ffg900-2；
电脑端网络调试助手发送测试数据，然后电脑端操作系统的Socket实现发送数据的以太网帧组包，然后发送给电脑端网卡后通过网线连接到FPGA开发板的RJ45网口；然后差分网络数据进入FPGA开发板板载的SFP光口或PHY芯片后进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现高速串行接口到GMII接口的转换；然后数据进入UDP协议栈实现以太网帧解包，解析各种头部信息，并提取输出UDP报文的有效数据段；有效数据再经过回环FIFO后回灌到UDP协议栈实现以太网帧组包，即加上各种头部信息和校验；然后数据进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现GMII接口到高速串行接口的转换；然后数据进入板载SFP光口或PHY芯片输出差分信号，并通过网线发送到电脑端；电脑端操作系统的Socket实现接收数据以太网解包，然后数据给网络调试助手显示；网络调试助手同时显示发送和接收数据，以此观察UDP数据回环的正确性；
本设计调用1路1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核，使用1路SFP光口，在FPGA内部实现了1路2.5G UDP网卡，适用于Xilinx Zynq7000系列FPGA实现以太网应用；

工程源码6

开发板FPGA型号为Xilinx–>Zynq7100—xc7z100ffg900-2；
电脑端网络调试助手发送测试数据，然后电脑端操作系统的Socket实现发送数据的以太网帧组包，然后发送给电脑端网卡后通过网线连接到FPGA开发板的RJ45网口；然后差分网络数据进入FPGA开发板板载的SFP光口或PHY芯片后进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现高速串行接口到GMII接口的转换；然后数据进入UDP协议栈实现以太网帧解包，解析各种头部信息，并提取输出UDP报文的有效数据段；有效数据再经过回环FIFO后回灌到UDP协议栈实现以太网帧组包，即加上各种头部信息和校验；然后数据进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现GMII接口到高速串行接口的转换；然后数据进入板载SFP光口或PHY芯片输出差分信号，并通过网线发送到电脑端；电脑端操作系统的Socket实现接收数据以太网解包，然后数据给网络调试助手显示；网络调试助手同时显示发送和接收数据，以此观察UDP数据回环的正确性；
本设计调用2路1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核，形成1主+1从的级联使用，2路IP核共享GT BANK参考时钟，使用2路SFP光口，在FPGA内部实现了2路2.5G UDP网卡，以此技术方案可扩展至多路，适用于Xilinx Zynq7000系列FPGA实现多路以太网应用；

工程源码7

开发板FPGA型号为Xilinx–Virtex7–xc7vx690tffg1761-3；
电脑端网络调试助手发送测试数据，然后电脑端操作系统的Socket实现发送数据的以太网帧组包，然后发送给电脑端网卡后通过网线连接到FPGA开发板的RJ45网口；然后差分网络数据进入FPGA开发板板载的SFP光口或PHY芯片后进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现高速串行接口到GMII接口的转换；然后数据进入UDP协议栈实现以太网帧解包，解析各种头部信息，并提取输出UDP报文的有效数据段；有效数据再经过回环FIFO后回灌到UDP协议栈实现以太网帧组包，即加上各种头部信息和校验；然后数据进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现GMII接口到高速串行接口的转换；然后数据进入板载SFP光口或PHY芯片输出差分信号，并通过网线发送到电脑端；电脑端操作系统的Socket实现接收数据以太网解包，然后数据给网络调试助手显示；网络调试助手同时显示发送和接收数据，以此观察UDP数据回环的正确性；
本设计调用1路1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核，使用1路SFP光口，在FPGA内部实现了1路2.5G UDP网卡，适用于Xilinx 7系列FPGA实现以太网应用；

工程源码8

开发板FPGA型号为Xilinx–Virtex7–xc7vx690tffg1761-3；
电脑端网络调试助手发送测试数据，然后电脑端操作系统的Socket实现发送数据的以太网帧组包，然后发送给电脑端网卡后通过网线连接到FPGA开发板的RJ45网口；然后差分网络数据进入FPGA开发板板载的SFP光口或PHY芯片后进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现高速串行接口到GMII接口的转换；然后数据进入UDP协议栈实现以太网帧解包，解析各种头部信息，并提取输出UDP报文的有效数据段；有效数据再经过回环FIFO后回灌到UDP协议栈实现以太网帧组包，即加上各种头部信息和校验；然后数据进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现GMII接口到高速串行接口的转换；然后数据进入板载SFP光口或PHY芯片输出差分信号，并通过网线发送到电脑端；电脑端操作系统的Socket实现接收数据以太网解包，然后数据给网络调试助手显示；网络调试助手同时显示发送和接收数据，以此观察UDP数据回环的正确性；
本设计调用2路1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核，形成1主+1从的级联使用，2路IP核共享GT BANK参考时钟，使用2路SFP光口，在FPGA内部实现了2路2.5G UDP网卡，以此技术方案可扩展至多路，适用于Xilinx 7系列FPGA实现多路以太网应用；

工程源码9

开发板FPGA型号为Xilinx-- Kintex UltraScale–xcku060-ffva1156-2-i；
电脑端网络调试助手发送测试数据，然后电脑端操作系统的Socket实现发送数据的以太网帧组包，然后发送给电脑端网卡后通过网线连接到FPGA开发板的RJ45网口；然后差分网络数据进入FPGA开发板板载的SFP光口或PHY芯片后进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现高速串行接口到GMII接口的转换；然后数据进入UDP协议栈实现以太网帧解包，解析各种头部信息，并提取输出UDP报文的有效数据段；有效数据再经过回环FIFO后回灌到UDP协议栈实现以太网帧组包，即加上各种头部信息和校验；然后数据进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现GMII接口到高速串行接口的转换；然后数据进入板载SFP光口或PHY芯片输出差分信号，并通过网线发送到电脑端；电脑端操作系统的Socket实现接收数据以太网解包，然后数据给网络调试助手显示；网络调试助手同时显示发送和接收数据，以此观察UDP数据回环的正确性；
本设计调用1路1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核，使用1路SFP光口，在FPGA内部实现了1路2.5G UDP网卡，适用于Xilinx UltraScale系列FPGA实现以太网应用；

工程源码10

开发板FPGA型号为Xilinx-- Kintex UltraScale–xcku060-ffva1156-2-i；
电脑端网络调试助手发送测试数据，然后电脑端操作系统的Socket实现发送数据的以太网帧组包，然后发送给电脑端网卡后通过网线连接到FPGA开发板的RJ45网口；然后差分网络数据进入FPGA开发板板载的SFP光口或PHY芯片后进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现高速串行接口到GMII接口的转换；然后数据进入UDP协议栈实现以太网帧解包，解析各种头部信息，并提取输出UDP报文的有效数据段；有效数据再经过回环FIFO后回灌到UDP协议栈实现以太网帧组包，即加上各种头部信息和校验；然后数据进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现GMII接口到高速串行接口的转换；然后数据进入板载SFP光口或PHY芯片输出差分信号，并通过网线发送到电脑端；电脑端操作系统的Socket实现接收数据以太网解包，然后数据给网络调试助手显示；网络调试助手同时显示发送和接收数据，以此观察UDP数据回环的正确性；
本设计调用2路1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核，形成1主+1从的级联使用，2路IP核共享GT BANK参考时钟，使用2路SFP光口，在FPGA内部实现了2路2.5G UDP网卡，以此技术方案可扩展至多路，适用于Xilinx UltraScale系列FPGA实现多路以太网应用；

工程源码11

开发板FPGA型号为Xilinx-- Kintex UltraScale±-xcku5p-ffvb676-1-i；
电脑端网络调试助手发送测试数据，然后电脑端操作系统的Socket实现发送数据的以太网帧组包，然后发送给电脑端网卡后通过网线连接到FPGA开发板的RJ45网口；然后差分网络数据进入FPGA开发板板载的SFP光口或PHY芯片后进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现高速串行接口到GMII接口的转换；然后数据进入UDP协议栈实现以太网帧解包，解析各种头部信息，并提取输出UDP报文的有效数据段；有效数据再经过回环FIFO后回灌到UDP协议栈实现以太网帧组包，即加上各种头部信息和校验；然后数据进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现GMII接口到高速串行接口的转换；然后数据进入板载SFP光口或PHY芯片输出差分信号，并通过网线发送到电脑端；电脑端操作系统的Socket实现接收数据以太网解包，然后数据给网络调试助手显示；网络调试助手同时显示发送和接收数据，以此观察UDP数据回环的正确性；
本设计调用1路1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核，使用1路SFP光口，在FPGA内部实现了1路2.5G UDP网卡，适用于Xilinx UltraScale+系列FPGA实现以太网应用；

工程源码12

开发板FPGA型号为Xilinx-- Kintex UltraScale±-xcku5p-ffvb676-1-i；
电脑端网络调试助手发送测试数据，然后电脑端操作系统的Socket实现发送数据的以太网帧组包，然后发送给电脑端网卡后通过网线连接到FPGA开发板的RJ45网口；然后差分网络数据进入FPGA开发板板载的SFP光口或PHY芯片后进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现高速串行接口到GMII接口的转换；然后数据进入UDP协议栈实现以太网帧解包，解析各种头部信息，并提取输出UDP报文的有效数据段；有效数据再经过回环FIFO后回灌到UDP协议栈实现以太网帧组包，即加上各种头部信息和校验；然后数据进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现GMII接口到高速串行接口的转换；然后数据进入板载SFP光口或PHY芯片输出差分信号，并通过网线发送到电脑端；电脑端操作系统的Socket实现接收数据以太网解包，然后数据给网络调试助手显示；网络调试助手同时显示发送和接收数据，以此观察UDP数据回环的正确性；
本设计调用2路1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核，形成1主+1从的级联使用，2路IP核共享GT BANK参考时钟，使用2路SFP光口，在FPGA内部实现了2路2.5G UDP网卡，以此技术方案可扩展至多路，适用于Xilinx UltraScale+系列FPGA实现多路以太网应用；

工程源码13

开发板FPGA型号为Xilinx-- Zynq UltraScale±xczu9eg-ffvb1156-2-i；
电脑端网络调试助手发送测试数据，然后电脑端操作系统的Socket实现发送数据的以太网帧组包，然后发送给电脑端网卡后通过网线连接到FPGA开发板的RJ45网口；然后差分网络数据进入FPGA开发板板载的SFP光口或PHY芯片后进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现高速串行接口到GMII接口的转换；然后数据进入UDP协议栈实现以太网帧解包，解析各种头部信息，并提取输出UDP报文的有效数据段；有效数据再经过回环FIFO后回灌到UDP协议栈实现以太网帧组包，即加上各种头部信息和校验；然后数据进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现GMII接口到高速串行接口的转换；然后数据进入板载SFP光口或PHY芯片输出差分信号，并通过网线发送到电脑端；电脑端操作系统的Socket实现接收数据以太网解包，然后数据给网络调试助手显示；网络调试助手同时显示发送和接收数据，以此观察UDP数据回环的正确性；
本设计调用1路1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核，使用1路SFP光口，在FPGA内部实现了1路2.5G UDP网卡，适用于Xilinx UltraScale+MPSoCs系列FPGA实现以太网应用；

工程源码14

开发板FPGA型号为Xilinx-- Zynq UltraScale±xczu9eg-ffvb1156-2-i；
电脑端网络调试助手发送测试数据，然后电脑端操作系统的Socket实现发送数据的以太网帧组包，然后发送给电脑端网卡后通过网线连接到FPGA开发板的RJ45网口；然后差分网络数据进入FPGA开发板板载的SFP光口或PHY芯片后进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现高速串行接口到GMII接口的转换；然后数据进入UDP协议栈实现以太网帧解包，解析各种头部信息，并提取输出UDP报文的有效数据段；有效数据再经过回环FIFO后回灌到UDP协议栈实现以太网帧组包，即加上各种头部信息和校验；然后数据进入高速收发器BANK，调用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII方案实现物理层功能，即实现GMII接口到高速串行接口的转换；然后数据进入板载SFP光口或PHY芯片输出差分信号，并通过网线发送到电脑端；电脑端操作系统的Socket实现接收数据以太网解包，然后数据给网络调试助手显示；网络调试助手同时显示发送和接收数据，以此观察UDP数据回环的正确性；
本设计调用2路1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核，形成1主+1从的级联使用，2路IP核共享GT BANK参考时钟，使用2路SFP光口，在FPGA内部实现了2路2.5G UDP网卡，以此技术方案可扩展至多路，适用于Xilinx UltraScale+MPSoCs系列FPGA实现多路以太网应用；

本文详细描述了FPGA基于1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII实现2.5G UDP以太网通信的设计方案，经过反复大量测试稳定可靠，可在项目中直接移植使用，工程代码可综合编译上板调试，可直接项目移植，适用于在校学生、研究生项目开发，也适用于在职工程师做项目开发，可应用于医疗、军工等行业的数字通信领域；
提供完整的、跑通的工程源码和技术支持；
工程源码和技术支持的获取方式放在了文章末尾，请耐心看到最后；

免责声明

本工程及其源码即有自己写的一部分，也有网络公开渠道获取的一部分(包括ZEEKLOG、Xilinx官网、Altera官网等等)，若大佬们觉得有所冒犯，请私信批评教育；基于此，本工程及其源码仅限于读者或粉丝个人学习和研究，禁止用于商业用途，若由于读者或粉丝自身原因用于商业用途所导致的法律问题，与本博客及博主无关，请谨慎使用。。。

2、相关方案推荐

我已有的所有工程源码总目录----方便你快速找到自己喜欢的项目

其实一直有朋友反馈，说我的博客文章太多了，乱花渐欲迷人，自己看得一头雾水，不方便快速定位找到自己想要的项目，所以本博文置顶，列出我目前已有的所有项目，并给出总目录，每个项目的文章链接，当然，本博文实时更新。。。以下是博客地址：
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我这里已有的以太网方案

目前我这里有大量UDP协议的工程源码，包括UDP数据回环，视频传输，AD采集传输等，也有TCP协议的工程，还有RDMA的NIC 10G 25G 100G网卡工程源码，对网络通信有需求的兄弟可以去看看：
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本设计用到的UDP协议栈在RGMII接口PHY芯片上的应用方案

本设计用Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII实现物理层，或者针对于直连FPGA GT高速收发器BANK的SGMII接口的PHY，其中用到的UDP协议栈，在RGMII接口的PHY芯片上也有应用，之前写过一篇博客，对RGMII接口的PHY芯片上使用本博客UDP协议栈有需求的兄弟可以去看看：
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本设计用在1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII中的1G应用

本设计基于Xilinx的1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII实现2.5G UDP协议栈，但1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII也可以配置为1G模式，对1G模式有应用需求的用户，可以参考我之前的博客，链接如下：
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3、详细设计方案

设计原理框图

设计原理框图如下：

在这里插入图片描述

电脑端网络调试助手

电脑端网络调试助手很简单，几乎干这一行的都用过，为Windows版本.exe文件，无需安装直接使用，界面如下：

在这里插入图片描述


这个软件使用教程可自行百度，如果连这个都不会用，说明。。。

PHY(SGMII)或SFP光口转RJ45电口

在准备SFP光口转RJ45电口前，请确认你的电脑网卡支持2.5G速率，如下：

在这里插入图片描述


本设计适用于以下两种物理接口：
1:、FPGA开发板无需网络PHY芯片，而使用光口做UDP以太网通信，此时的物理接口为SFP光口，进而需要SFP光口转RJ45电口实现与PC的网络连接，SFP光口转RJ45电口某宝几十块钱很便宜，大概长这样：

在这里插入图片描述


光电转换口必须要支持2.5G，如下：

在这里插入图片描述


2、FPGA开发板有网络PHY芯片，且PHY必须为SGMII模式且必须连接到了FPGA高速收发器BANK，典型的PHY芯片有88E1111、DP83867ISRGZ、RTL8211B等型号，此时直接用网线即可实现与PC的网络连接。

1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII 简介

1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII实现了类似于网络PHY芯片的功能，其功能框图如下：

在这里插入图片描述


接收端：
数据首先经过GT资源解串，将串行数据解为并行数据；然后经过弹性Buffer做数据缓冲处理，主要是为了去频偏，使板与板之间的数据稳定，然后进行8b/10b解码，恢复正常数据；然后经过PCS接收同步器，对数据进行跨时钟处理，同步到GMII时序下；最后将数据放入GMII总线下输出；

发送端：
发送端则简单得多，输入时序为GMII；然后进入PCS发送引擎；然后对数据进行8b/10b编码；最后放入GT串化后输出；

1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII 配置

1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII配置为2.5G，其与MAC的接口为GMII，配置如下：

在这里插入图片描述


核心配置如下：

在这里插入图片描述


无PHY，使用光口做网络通信时，配置为2500BASEX；
有PHY、且为SGMII接口、且直连FPGA 高速收发器BANK时，配置为2.5G SGMII模式；

1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII可运行于1G和2.5G线速率，对GT时钟有严格研究，按照官方数据手册，对于Xilinx 7系列FPGA而言，运行1G线速率时，GT差分时钟必须为125M，运行2.5G线速率时，GT差分时钟必须为312.5M，如下：

在这里插入图片描述


对于Xilinx UltraScale和UltraScale+系列FPGA而言，无论配置为1G或2.5G模式，GT差分时钟没有特性要求，可以使125M或者156.25M等等。

多个1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII 主从级联使用

多个1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII 的主从搭配使用的应用场景是FPGA开发板充当多光口的网卡使用，即一个FPGA挂载多个光口，每一个光口相当于一个独立的网卡，有独立的IP地址和MAC地址，类似于交换机；主从搭配使用框架如下：

在这里插入图片描述


主从级联使用时，多个1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMIIIP核共享1路GT BANK参考时钟；

2.5G UDP协议栈

2.5G UDP协议栈是以太网的协议层，由纯verilog代码实现，具有动态ARP、ICMP功能，占用逻辑资源少，性能不错，设计精简等特点，代码有详细中文注释，这里就不过多赘述，模块代码架构如下：

在这里插入图片描述

2.5G UDP数据回环+测速

2.5G UDP数据回环使用FIFO缓存用户接收数据后转发给发送接口，功能简单，不多赘述
测速则是FPGA向PC端单向发送数据，PGA自动循环产生从0开始的累加数作为UDP用户发送数据
代码架构如下：

在这里插入图片描述

IP地址、端口号的修改

工程留出了IP地址、端口号的修改端口供用户自由修改，位置在顶层模块如下：

在这里插入图片描述


多路网卡工程时如下：

在这里插入图片描述

工程源码架构

提供14套工程源码，以工程源码1为例，工程源码架构如下，此工程仅用1路Ethernet：

在这里插入图片描述


提供14套工程源码，以工程源码2为例，工程源码架构如下，此工程使用2路Ethernet：

在这里插入图片描述

4、vivado工程1详解：Artix7-35T，单核2.5G Ethernet架构

开发板FPGA型号：Xilinx–>Artix7–>xc7a35tfgg484-2；
FPGA开发环境：Vivado2019.1；
以太网物理接口：1路SFP光口；
以太网物理层方案：Xilinx官方1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核；
使用高速收发器类型：GTP；
以太网MAC方案：纯verilog方案；
以太网协议层方案：纯verilog的UDP/IP协议栈，2.5G 网速率；
以太网测试功能：数据收发回环测试+FPGA向PC单发测速；
工程目的：让读者掌握FPGA基于1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII实现UDP以太网通信的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程代码架构请参考第3章节的《工程源码架构》小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：

在这里插入图片描述

5、vivado工程2详解：Artix7-35T，双核2.5G Ethernet主从级联架构

开发板FPGA型号：Xilinx–>Artix7–>xc7a35tfgg484-2；
FPGA开发环境：Vivado2019.1；
以太网物理接口：2路SFP光口；
以太网物理层方案：2路1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核主从级联方案；
使用高速收发器类型：GTP；
以太网MAC方案：纯verilog方案；
以太网协议层方案：纯verilog的UDP/IP协议栈，2.5G网速率；
以太网测试功能：数据收发回环测试+FPGA向PC单发测速；
工程目的：让读者掌握FPGA基于1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII实现UDP以太网通信的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程代码架构请参考第3章节的《工程源码架构》小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：

在这里插入图片描述

6、vivado工程3详解：Kintex7-325T，单核2.5G Ethernet架构

开发板FPGA型号：Xilinx–>Kintex7–>xc7k325tffg900-2；
FPGA开发环境：Vivado2019.1；
以太网物理接口：1路SFP光口；
以太网物理层方案：Xilinx官方1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核；
使用高速收发器类型：GTX；
以太网MAC方案：纯verilog方案；
以太网协议层方案：纯verilog的UDP/IP协议栈，2.5G 网速率；
以太网测试功能：数据收发回环测试+FPGA向PC单发测速；
工程目的：让读者掌握FPGA基于1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII实现UDP以太网通信的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程代码架构请参考第3章节的《工程源码架构》小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：

在这里插入图片描述

7、vivado工程4详解：Kintex7-325T，双核2.5G Ethernet主从级联架构

开发板FPGA型号：Xilinx–>Kintex7–>xc7k325tffg900-2；
FPGA开发环境：Vivado2019.1；
以太网物理接口：2路SFP光口；
以太网物理层方案：2路1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核主从级联方案；
使用高速收发器类型：GTX；
以太网MAC方案：纯verilog方案；
以太网协议层方案：纯verilog的UDP/IP协议栈，2.5G 网速率；
以太网测试功能：数据收发回环测试+FPGA向PC单发测速；
工程目的：让读者掌握FPGA基于1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII实现UDP以太网通信的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程代码架构请参考第3章节的《工程源码架构》小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：

在这里插入图片描述

8、vivado工程5详解：Zynq7100，单核2.5G Ethernet架构

开发板FPGA型号：Xilinx–Zynq7100–xc7z100ffg900-2；
FPGA开发环境：Vivado2019.1；
以太网物理接口：1路SFP光口；
以太网物理层方案：Xilinx官方1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核；
使用高速收发器类型：GTX；
以太网MAC方案：纯verilog方案；
以太网协议层方案：纯verilog的UDP/IP协议栈，2.5G 网速率；
以太网测试功能：数据收发回环测试+FPGA向PC单发测速；
工程目的：让读者掌握FPGA基于1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII实现UDP以太网通信的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程代码架构请参考第3章节的《工程源码架构》小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：

在这里插入图片描述

9、vivado工程6详解：Zynq7100，双核2.5G Ethernet主从级联架构

开发板FPGA型号：Xilinx–Zynq7100–xc7z100ffg900-2；
FPGA开发环境：Vivado2019.1；
以太网物理接口：2路SFP光口；
以太网物理层方案：2路1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核主从级联方案；
使用高速收发器类型：GTX；
以太网MAC方案：纯verilog方案；
以太网协议层方案：纯verilog的UDP/IP协议栈，2.5G 网速率；
以太网测试功能：数据收发回环测试+FPGA向PC单发测速；
工程目的：让读者掌握FPGA基于1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII实现UDP以太网通信的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程代码架构请参考第3章节的《工程源码架构》小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：

在这里插入图片描述

10、vivado工程7详解：Virtex7-690T，单核2.5G Ethernet架构

开发板FPGA型号：Xilinx–Virtex7–xc7vx690tffg1761-3；
FPGA开发环境：Vivado2019.1；
以太网物理接口：1路SFP光口；
以太网物理层方案：Xilinx官方1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核；
使用高速收发器类型：GTH；
以太网MAC方案：纯verilog方案；
以太网协议层方案：纯verilog的UDP/IP协议栈，2.5G 网速率；
以太网测试功能：数据收发回环测试+FPGA向PC单发测速；
工程目的：让读者掌握FPGA基于1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII实现UDP以太网通信的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程代码架构请参考第3章节的《工程源码架构》小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：

在这里插入图片描述

11、vivado工程8详解：Virtex7-690T，双核2.5G Ethernet主从级联架构

开发板FPGA型号：Xilinx–Virtex7–xc7vx690tffg1761-3；
FPGA开发环境：Vivado2019.1；
以太网物理接口：2路SFP光口；
以太网物理层方案：2路1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核主从级联方案；
使用高速收发器类型：GTH；
以太网MAC方案：纯verilog方案；
以太网协议层方案：纯verilog的UDP/IP协议栈，2.5G 网速率；
以太网测试功能：数据收发回环测试+FPGA向PC单发测速；
工程目的：让读者掌握FPGA基于1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII实现UDP以太网通信的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程代码架构请参考第3章节的《工程源码架构》小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：

在这里插入图片描述

12、vivado工程9详解：KU060，单核2.5G Ethernet架构

开发板FPGA型号：Xilinx-- Kintex UltraScale–xcku060-ffva1156-2-i；
FPGA开发环境：Vivado2019.1；
以太网物理接口：1路SFP光口；
以太网物理层方案：Xilinx官方1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核；
使用高速收发器类型：GTH；
以太网MAC方案：纯verilog方案；
以太网协议层方案：纯verilog的UDP/IP协议栈，2.5G 网速率；
以太网测试功能：数据收发回环测试+FPGA向PC单发测速；
工程目的：让读者掌握FPGA基于1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII实现UDP以太网通信的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程代码架构请参考第3章节的《工程源码架构》小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：

在这里插入图片描述

13、vivado工程10详解：KU060，双核2.5G Ethernet主从级联架构

开发板FPGA型号：Xilinx-- Kintex UltraScale–xcku060-ffva1156-2-i；
FPGA开发环境：Vivado2019.1；
以太网物理接口：2路SFP光口；
以太网物理层方案：2路1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核主从级联方案；
使用高速收发器类型：GTH；
以太网MAC方案：纯verilog方案；
以太网协议层方案：纯verilog的UDP/IP协议栈，2.5G 网速率；
以太网测试功能：数据收发回环测试+FPGA向PC单发测速；
工程目的：让读者掌握FPGA基于1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII实现UDP以太网通信的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程代码架构请参考第3章节的《工程源码架构》小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：

在这里插入图片描述

14、vivado工程11详解：KU5P，单核2.5G Ethernet架构

开发板FPGA型号：Xilinx-- Kintex UltraScale±-xcku5p-ffvb676-1-i；
FPGA开发环境：Vivado2019.1；
以太网物理接口：1路SFP光口；
以太网物理层方案：Xilinx官方1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核；
使用高速收发器类型：GTY；
以太网MAC方案：纯verilog方案；
以太网协议层方案：纯verilog的UDP/IP协议栈，2.5G 网速率；
以太网测试功能：数据收发回环测试+FPGA向PC单发测速；
工程目的：让读者掌握FPGA基于1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII实现UDP以太网通信的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程代码架构请参考第3章节的《工程源码架构》小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：

在这里插入图片描述

15、vivado工程12详解：KU5P，双核2.5G Ethernet主从级联架构

开发板FPGA型号：Xilinx-- Kintex UltraScale±-xcku5p-ffvb676-1-i；
FPGA开发环境：Vivado2019.1；
以太网物理接口：2路SFP光口；
以太网物理层方案：2路1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核主从级联方案；
使用高速收发器类型：GTY；
以太网MAC方案：纯verilog方案；
以太网协议层方案：纯verilog的UDP/IP协议栈，2.5G 网速率；
以太网测试功能：数据收发回环测试+FPGA向PC单发测速；
工程目的：让读者掌握FPGA基于1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII实现UDP以太网通信的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程代码架构请参考第3章节的《工程源码架构》小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：

在这里插入图片描述

15、vivado工程13详解：ZU9EG，单核2.5G Ethernet架构

开发板FPGA型号：Xilinx-- Zynq UltraScale±xczu9eg-ffvb1156-2-i；
FPGA开发环境：Vivado2019.1；
以太网物理接口：1路SFP光口；
以太网物理层方案：Xilinx官方1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核；
使用高速收发器类型：GTH；
以太网MAC方案：纯verilog方案；
以太网协议层方案：纯verilog的UDP/IP协议栈，2.5G 网速率；
以太网测试功能：数据收发回环测试+FPGA向PC单发测速；
工程目的：让读者掌握FPGA基于1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII实现UDP以太网通信的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程代码架构请参考第3章节的《工程源码架构》小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：

在这里插入图片描述

16、vivado工程14详解：ZU9EG，双核2.5G Ethernet主从级联架构

开发板FPGA型号：Xilinx-- Zynq UltraScale±xczu9eg-ffvb1156-2-i；
FPGA开发环境：Vivado2019.1；
以太网物理接口：2路SFP光口；
以太网物理层方案：2路1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII IP核主从级联方案；
使用高速收发器类型：GTH；
以太网MAC方案：纯verilog方案；
以太网协议层方案：纯verilog的UDP/IP协议栈，2.5G 网速率；
以太网测试功能：数据收发回环测试+FPGA向PC单发测速；
工程目的：让读者掌握FPGA基于1G/2.5G Ethernet PCS/PMA or SGMII实现UDP以太网通信的设计能力，以便能够移植和设计自己的项目；
工程代码架构请参考第3章节的《工程源码架构》小节内容；
工程的资源消耗和功耗如下：

在这里插入图片描述

17、工程移植说明

vivado版本不一致处理

1：如果你的vivado版本与本工程vivado版本一致，则直接打开工程；
2：如果你的vivado版本低于本工程vivado版本，则需要打开工程后，点击文件–>另存为；但此方法并不保险，最保险的方法是将你的vivado版本升级到本工程vivado的版本或者更高版本；

在这里插入图片描述


3：如果你的vivado版本高于本工程vivado版本，解决如下：

在这里插入图片描述


打开工程后会发现IP都被锁住了，如下：

在这里插入图片描述


此时需要升级IP，操作如下：

在这里插入图片描述


在这里插入图片描述

FPGA型号不一致处理

如果你的FPGA型号与我的不一致，则需要更改FPGA型号，操作如下：

在这里插入图片描述


在这里插入图片描述


在这里插入图片描述


更改FPGA型号后还需要升级IP，升级IP的方法前面已经讲述了；

其他注意事项

1：由于每个板子的DDR不一定完全一样，所以MIG IP需要根据你自己的原理图进行配置，甚至可以直接删掉我这里原工程的MIG并重新添加IP，重新配置；
2：根据你自己的原理图修改引脚约束，在xdc文件中修改即可；
3：纯FPGA移植到Zynq需要在工程中添加zynq软核；

18、上板调试验证并演示

准备工作

试验需要准备以下设备：
FPGA开发板，可以自行购买，也可以找本博主购买同款开发板；
测试电脑；
2.5GSFP转RJ45电口，2.5G网线；
网络调试助手；
以工程源码1的开发板为例进行上板调试；
连接如下：

在这里插入图片描述


然后将电脑端IP地址设置为如下：

在这里插入图片描述


然后下载bit或者固化bin文件，即可开始测试；

ping测试

打开电脑CMD，输入ping指令；
单次ping测试如下：

在这里插入图片描述


连续ping测试如下：

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ARP测试

打开电脑CMD，输入ARP指令；如下：

在这里插入图片描述

UDP数据回环测试

打开电脑端网络调试助手，测试如下：

在这里插入图片描述


在这里插入图片描述

网络测速

首先关闭网络调试助手；
然后配置电脑网卡，开启巨型帧之类的，把网卡配置为最佳性能；
然后打开vivado加载的VIO，然后将VIO设置为1，开启数据发送，如下：

在这里插入图片描述


然后在电脑的任务栏右击鼠标–>任务管理器–>性能，找到网卡，如下：

在这里插入图片描述


注意，这个测速只代表可能的最高的速度，不代表电脑真实的不丢包速度，UDP 的点到点不丢包速度和电脑的网卡、CPU 速度、内存速度、操作系统都有关系。。。

综合测试效果演示

综合测试效果演示如下：

FPGA-2.5G-UDP

19、福利：工程代码的获取

代码太大，无法邮箱发送，以某度网盘链接方式发送，
资料获取方式：私，或者文章末尾的V名片。
网盘资料如下：

在这里插入图片描述


此外，有很多朋友给本博主提了很多意见和建议，希望能丰富服务内容和选项，因为不同朋友的需求不一样，所以本博主还提供以下服务：

在这里插入图片描述

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