FPGA以太网接口设计，纯Verilog实现UDPTCP协议，支持校验和重发功能，适合学习和简单通信
fpga以太网接口设计，支持udp和tcp协议，纯verilog手写代码，纯逻辑实现udptcp协议，接口类似于axi stream 。 mac层和tcp/ip层模块是分开的，物理接口可根据要求定制，目前的百兆网版本接口为RMII,千兆网版本接口为GMII转RGMII，Gmii和rgmii均下板测试过，tcp模块支持校验和重发功能，可和电脑端进行一对一通信。 可封装为axi接口(axi stream 或 axi lite)。 适合简单基础通信和参考学习，工程基于vivado，已有代码框图如下，其中图三为soc版本，网口为从机，riscv核为主机，通过axi interconnect桥接，也可灵活增加其他从设备。 非soc版本就只有网口的硬件代码，如图四。 可以和网络调试助手和python或c的socket通信。 注:资源消耗将近2000lut(xilinx fpga) 附带四份文档，1为抓包实测的文档说明，2为以太网协议介绍的ppt，3为tcp实现的代码说明，4为报文基本概念
最近在搞一个FPGA的以太网接口设计，支持UDP和TCP协议，纯Verilog手写代码，没有用任何现成的IP核，完全从底层逻辑实现。这个设计的目标是做一个简单、基础的通信模块，适合学习和参考。整个工程基于Vivado，资源消耗大概2000个LUT（Xilinx FPGA），不算特别大，但功能还算齐全。
模块划分
整个设计分为两个主要模块：MAC层和TCP/IP层。MAC层负责处理物理接口，TCP/IP层则负责协议栈的实现。物理接口可以根据需求定制，目前有百兆网的RMII接口和千兆网的GMII转RGMII接口。GMII和RGMII都已经下板测试过，稳定性还不错。
MAC层
MAC层的代码相对简单，主要是处理物理接口的数据收发。以RMII为例，代码大致如下：
module rmii_rx ( input wire clk_50m, input wire rst_n, input wire [1:0] rxd, input wire crs_dv, output reg [7:0] rx_data, output reg rx_valid ); // 这里省略了一些状态机和数据处理逻辑 always @(posedge clk_50m or negedge rst_n) begin if (!rst_n) begin rx_data <= 8'b0; rx_valid <= 1'b0; end else begin // 根据crs_dv和rxd信号解析数据 // 这里省略了具体的数据解析逻辑 end end endmodule这个模块的核心是根据crsdv和rxd信号解析出有效的数据，并输出rxdata和rxvalid信号。rxvalid信号表示当前rx_data是有效的。
TCP/IP层
TCP/IP层的实现稍微复杂一些，特别是TCP协议，涉及到校验和、重发等功能。这里简单看一下TCP的校验和计算部分：
function [15:0] tcp_checksum; input [15:0] data [0:9]; reg [31:0] sum; integer i; begin sum = 0; for (i = 0; i < 10; i = i + 1) begin sum = sum + data[i]; end while (sum >> 16) begin sum = (sum & 16'hFFFF) + (sum >> 16); end tcp_checksum = ~sum; end endfunction这个函数计算TCP报文的校验和，输入是一个16位的数据数组，输出是16位的校验和。计算过程是将所有数据相加，然后对结果进行进位处理，最后取反得到校验和。
AXI接口封装
为了方便集成到SoC系统中，这个设计还支持封装为AXI接口，可以是AXI Stream或AXI Lite。以AXI Stream为例，代码大致如下：
module axi_stream_interface ( input wire aclk, input wire aresetn, input wire [31:0] tdata, input wire tvalid, output reg tready, output reg [31:0] rdata, output reg rvalid, input wire rready ); // 这里省略了一些状态机和数据处理逻辑 always @(posedge aclk or negedge aresetn) begin if (!aresetn) begin tready <= 1'b0; rdata <= 32'b0; rvalid <= 1'b0; end else begin // 根据tvalid和tready信号处理数据 // 这里省略了具体的数据处理逻辑 end end endmodule这个模块的核心是根据tvalid和tready信号处理数据流，并输出rdata和rvalid信号。rvalid信号表示当前rdata是有效的。
测试与通信
这个设计可以和电脑端的网络调试助手、Python或C的Socket进行通信。测试时，我用Wireshark抓包验证了数据的正确性，抓包文档也附在了工程里。TCP模块支持校验和重发功能，和电脑端进行一对一通信时，稳定性还不错。
总结
这个FPGA以太网接口设计虽然不算特别复杂，但涵盖了从MAC层到TCP/IP层的完整实现，适合初学者学习和参考。代码全部手写，没有依赖任何现成的IP核，理解起来相对容易。如果你对FPGA和网络协议感兴趣，这个工程应该能给你一些启发。
附带的文档里还有以太网协议的介绍、TCP实现的代码说明和报文基本概念，感兴趣的话可以深入了解一下。
