当前位置：首页 > news >正文

UDP协议栈之整体架构处理

news 来源：原创 2025/8/17 19:26:42

在之前的章节中，笔者就UDP、ICMP、IP、ARP、MAC层的报文格式，以及组帧解帧、CRC校验、分片处理等操作进行了具体介绍以及详细代码实现，并且通过了仿真测试。但之前的仿真测试都是对单层报文的组帧解帧进行的，这些模块仍处于“孤立”状态，缺乏协同工作的能力。在本章节中，笔者将上述实现的各个模块，进行总线互联，实现一个UDP协议栈的整体架构，用户通过顶层接口，可以实现数据的发送、接收、ARP请求包、IP、MAC、PORT设置等关键操作。架构文字示意如下，其中PHY层物理接口，在之后的还章节会进行介绍
±--------------------+
| 用户接口层 | ← 配置MAC/IP/端口，发送/接收数据
±--------------------+
| UDP传输层 | ← 封装/解封装UDP头，端口校验
±--------------------+
| IP网络层 | ← IP头处理、分片与重组、ICMP响应
±--------------------+
| ARP & MAC链路层 | ← ARP表维护、MAC帧组帧/解帧、CRC校验
±--------------------+
| 物理接口（PHY） | ← RMII/GMII等硬件接口
±--------------------+
流程示意框图如下所示
在这里插入图片描述
接下来进行代码的整体组合，最终用户可操作的接口如下所示

	/*MAC IP PORTp配置*/input   [31:0]      i_port_info     ,input               i_port_valid    ,input   [63:0]      i_ip_info       ,input               i_ip_valid      ,input   [79:0]      i_macip_info    ,input               i_info_valid    ,input   [47:0]      i_mac_sinfo     ,input               i_mac_svalid    ,/*ARP请求包配置*/input   [15:0]      i_op_code       ,input               i_op_valid      ,input   [31:0]      i_request_ip    ,input               i_request_valid ,/*输入数据总线*/input   [15:0]      i_user_len      ,input   [7 :0]      i_user_data     ,input               i_user_valid    ,input               i_user_last     ,output              o_trans_ready   ,/*输出接收数据总线*/output  [15:0]      o_user_len      ,output  [7 :0]      o_user_data     ,output              o_user_valid    ,output              o_user_last     ,

接下来进行代码仿真测试
仿真测试条件如下，两个UDP相互发送指令

首先，两台UDP协议栈向对方发送ARP请求包，请求MAC地址
之后，两台UDP协议栈向对方发送数据，单包1024字节，发送三帧
观察交互信息流
标号为1的UDP协议栈，信息如下
MAC地址：8’h11,8’h22,8’h33,8’h44,8’h55,8’h66
IP地址：192.168.1.10
PORT：16‘h8080
标号为2的UDP协议栈，信息如下
MAC地址：8’ha5,8’hd5,8’hff,8’hff,8’hff,8’he5
IP地址：192.168.1.20
PORT：16‘h8081
首先观察ARP测试
观察第一副图,ARP_T接收到用户的ARP请求操作码一级请求IP地址，并进行了ARP报文的输出。
接口功能如下

	/*ARP操作码及请求IP地址*/input   [15:0]      i_op_code       ,input               i_op_valid      ,input   [31:0]      i_request_ip    ,input               i_request_valid ,/*输出给MAC层的报文端口*/output  [15:0]      o_mac_len       ,output  [7 :0]      o_mac_data      ,output              o_mac_valid     ,output              o_mac_last

在这里插入图片描述
接下来观察ARP_RX模块仿真图，是否接收到UDP站点2的ARP响应。

在这里插入图片描述
观察红框中的有效数据，c0a80114其IP地址即为192.168.1.20，而mac地址为8’ha5,8’hd5,8’hff,8’hff,8’hff,8’he5，检验出，站点2接收到站点1的ARP请求，正确进行了ARP响应，站点1成功收到MAC地址。

接下来观察ARP_LIST模块仿真图，当输入进缓存的IP、MAC地址，是否进行了正确的地址查询，确定不存在后进行缓存

在这里插入图片描述
可以观察图中红框处的RAM使能读写以及数据地址控制信号，由于协议栈运行初始，RAM中不会缓存MAC、IP信息，所以有效搜索范围只有地址0，当检测到当前MAC、IP在ARP缓存表中不存在后，将该MAC、IP信息进行缓存。
可以看出ARP_LISRT模块正常进行了工作

接下来查看单包信息的传递情况，需知道MAC层使用的目的AMC地址，是在ARP缓存表中进行读取的，在数据报文到达IP层时，向ARP缓存表进行读取，寻找目的IP的MAC地址是否存在于ARP缓存表中，将寻找到的MAC地址发送给MAC层，所以在仿真中进行检验，是否使用了正确的MAC地址

观察下图，为ARP_LIST接收到搜寻IP对应MAC地址命令，并进行响应的时序波形

在这里插入图片描述
观察红框处，可以看出ARP缓存表正确输出了MAC地址

观察下图，为MAC层的发送仿真图

在这里插入图片描述
观察红框处，可以看出MAC_TX正确接收到MAC地址，并在发送报文时，进行了使用。

关于各层之间的处理，因为之前在各个章节已经仿真过，便不再赘述，直接观察UDP_RX的输出，是否正确接收到1024字节的数据包即可，UDP_RX的输出如下图所示

在这里插入图片描述
可以看出，UDP_RX正确输出三帧1024的字节包。

至此,UDP协议栈的仿真告一段落，本章节中涉及到的许多知识，在之前的章节都有讲述，对哪部分有疑问的小伙伴可以查找对应章节，进行学习。接下来，笔者将其应用层协议进行讲解，初步打算是讲解IEEE1588V2协议，并在仿真中进行时间同步测验，觉得本文章写的不错，并且对之后的更新内容感兴趣的小伙伴，可以点个关注，不迷路，感谢你的阅读，谢谢！

相关文章：