基于FPGA的UDP协议栈设计第三章

基于FPGA的UDP协议栈设计第三章_ARP层设计

文章目录

前言：ARP层报文解析
一、ARP接收
二、ARP发送
三、ARP缓存表
总结

前言：ARP层报文解析

在这里插入图片描述

当要和一个目的IP进行通信时，首先检查自己的ARP缓存表，是否存在目的IP对应的目的MAC，如存在则不会触发ARP请求与应答过程，直接根据ARP缓存表项封装目的MAC；
不存在arp缓存表，触发arp请求，对方收到arp请求，根据arp报文中的目的IP判断，是否寻找的主机是自己，如果是则发送arp响应携带自己的MAC地址，回复对方。

一、ARP接收

该模块对接收到的ARP报文进行解析，主要是解析收到的是请求ARP还是回复ARP。
请求ARP：获取请求报文当中的源MAC和源IP，这些内容会作为回复ARP当中的目的地址，同时检测请求ARP当中的目的IP，如果是本机，则产生一个触发回复信号o_trig_reply给ARP_TX模块，发送模块会产生相应的回复报文；同时请求报文当中的源MAC和源IP也会被发送到ARP_table进行缓存。
回复ARP：获取请求报文当中的源MAC和源IP，将其缓存到ARP_table模块

二、ARP发送

首先系统上电会进行一次主动ARP，当ARP_TX模块收到主动ARP信号请求时，会产生一个ARP请求报文；其次当收到ARP_RX模块的o_trig_reply信号时，会产生一个回复ARP报文。就如何进行组帧的部分前俩章都进行了介绍，不做赘述。

always @(posedge i_clk or posedge i_rst)begin
    if(i_rst)
        ro_mac_data <= 'd0;
    else case (r_arp_cnt)
        0       : ro_mac_data <= 8'h00;             //硬件类型，对以太网，值为1
        1       : ro_mac_data <= 8'h01;             
        2       : ro_mac_data <= 8'h08;             //协议类型，IP 0x0800
        3       : ro_mac_data <= 8'h00;     
        4       : ro_mac_data <= 'd6;               //硬件地址长度
        5       : ro_mac_data <= 'd4;               //协议长度
        6       : ro_mac_data <= r_arp_op[15:8];    //操作类型
        7       : ro_mac_data <= r_arp_op[7 :0];
        8       : ro_mac_data <= r_src_mac[47:40];
        9       : ro_mac_data <= r_src_mac[39:32];
        10      : ro_mac_data <= r_src_mac[31:24];
        11      : ro_mac_data <= r_src_mac[23:16];
        12      : ro_mac_data <= r_src_mac[15: 8];
        13      : ro_mac_data <= r_src_mac[7 : 0];
        14      : ro_mac_data <= r_src_ip[31:24];
        15      : ro_mac_data <= r_src_ip[23:16];
        16      : ro_mac_data <= r_src_ip[15: 8];
        17      : ro_mac_data <= r_src_ip[7 : 0];
        18      : ro_mac_data <= r_arp_op == P_ARP_OP_REPLY ? ri_reply_mac[47:40] : 8'h00;
        19      : ro_mac_data <= r_arp_op == P_ARP_OP_REPLY ? ri_reply_mac[39:32] : 8'h00; 
        20      : ro_mac_data <= r_arp_op == P_ARP_OP_REPLY ? ri_reply_mac[31:24] : 8'h00;
        21      : ro_mac_data <= r_arp_op == P_ARP_OP_REPLY ? ri_reply_mac[23:16] : 8'h00;
        22      : ro_mac_data <= r_arp_op == P_ARP_OP_REPLY ? ri_reply_mac[15: 8] : 8'h00;
        23      : ro_mac_data <= r_arp_op == P_ARP_OP_REPLY ? ri_reply_mac[7 : 0] : 8'h00;
        24      : ro_mac_data <= r_dst_ip[31:24];
        25      : ro_mac_data <= r_dst_ip[23:16];
        26      : ro_mac_data <= r_dst_ip[15: 8];
        27      : ro_mac_data <= r_dst_ip[7 : 0];
        default : ro_mac_data <= 'd0; 
    endcase
end

三、ARP缓存表

该模块将接收到的回复ARP报文中的MAC和IP地址进行保存，主要通过俩个RAM实现。
当IP层进行组帧时，根据目标IP地址会发出一个寻找请求i_seek_valid和寻找IP信号i_seek_ip到该模块，该模块会查找相应的MAC地址，如果找到则返回对应的MAC地址，如果没有，则返回48’hffff_ffff_ffff，即广播MAC。

RAM_IP RAM_IP_u0 (
  .clka     (i_clk          ),     
  .ena      (r_ip_ram_en    ),     
  .wea      (r_ip_ram_we    ),     
  .addra    (r_ip_ram_addr  ),     
  .dina     (r_updata_ip    ),     
  .douta    (w_ip_ram_dout  )      
);
RAM_MAC RAM_MAC_u0 (
  .clka     (i_clk          ),     
  .ena      (r_mac_ram_en   ),     
  .wea      (r_mac_ram_we   ),     
  .addra    (r_mac_ram_addr ),     
  .dina     (r_updata_mac   ),     
  .douta    (w_mac_ram_dout )      
);