ICMP、UDP以及IP、ARP报文包的仲裁处理

在之前的章节中，笔者就UDP、ICMP、IP、ARP、MAC层以及巨型帧等做了详细介绍以及代码实现及仿真，从本章节开始，笔者将就各个模块组合在一起，实现UDP协议栈的整体收发，在实现模块的整体组合之前，还需要考虑一个问题：
UDP（传输层）和 ICMP（网络层）层级不同。
IP（网络层）和 ARP（网络接口层）层级不同。
ARP 是网络接口层协议，直接作用于以太网帧；IP 和 ICMP 是网络层协议，负责逻辑寻址与控制。
但UDP和ICMP的报文均封装在IP数据包中。在一个协议栈中，IP收发器只有一个，当FPGA的ICMP报文和UDP报文同时要进行发送时，则必需要缓存其中一个数据报文，等待另一个数据报文传输完毕，再进行缓存数据报文的发送，以及当UDP报文和ICMP报文缓存区存在有效载荷时，提示上一级，暂缓数据的发送，避免多帧数据，造成缓存的混乱，整体实现的缓存代码，起始是比较简单的，没有涉及太过复杂的处理，UDP和ICMP都有对应的数据缓存FIFO，且二者是不混合使用的，所以处理逻辑简单，同理IP报文和ARP报文也是如此，而在FPGA端，起始ICMP报文和ARP报文的发送量是远远少于UDP报文的，同理也少于IP报文，所以报文的仲裁处理是较为简单的。
如下图所示，是仲裁处理代码的工作示意框图
在这里插入图片描述
在数据缓存区，由两个FIFO组成，一个是数据报文，另一个FIFO则是缓存本帧的数据长度以及报文类型，因为这是一个通用的仲裁处理，不考虑是在仲裁UDP/ICMP还是IP/ARP。所以报文类型无法通过A包缓存区和B包缓存器进行直接判定。
例化FIFO如下面代码所示，分别例化A、B组即可

FIFO_8X256 FIFO_8X256_UA (.clk            (i_clk              ),.din            (ri_data_A          ),.wr_en          (ri_valid_A         ),.rd_en          (r_fifo_rden_A      ),.dout           (w_fifo_dout_A      ),.full           (),  .empty          (w_fifo_empty_A     )
);FIFO_32X16 FIFO_32X16_UA (.clk            (i_clk              ),.din            ({ri_type_A,ri_len_A}),.wr_en          (ri_valid_A         ),.rd_en          (w_type_rd_A        ),.dout           (w_type_len_A       ),.full           (),  .empty          ()
);

关于仲裁比较简单，当判断某一个缓存区的空心号为低时，则标记指示信号、如下面代码所示

always@(posedge i_clk,posedge i_rst)
beginif(i_rst)r_arbiter <= 2'b00;else if(ro_trans_last)r_arbiter <= 2'b00;else if(!w_fifo_empty_A && r_arbiter == 2'b00 && r_cnt == 'd10)r_arbiter <= 2'b01;else if(!w_fifo_empty_B && r_arbiter == 2'b00 && r_cnt == 'd10)r_arbiter <= 2'b11;
end

即根据指示信号的具体值，判断读取哪一个缓存区，而ro_trans_last标志着该缓冲区本次读取完毕的的指示信号为ro_trans_last，即当最后一个数据输出给下一级模块，则表示本次仲裁读取完毕。关于输出trans总线，根据读取的是哪一个缓冲区，进行FIFO数据数据的复制即可，以及类型、长度、都从FIFO中对读取，而ro_trans_last拉高则是在本次读取的数据长度等于FIOF中缓存的本帧数据长度信息确定。
而r_cnt变量，是对两帧数据的输出进行一定间隔处理，降低处理压力，后续会根据实际情况进行间隔处理。
关于流程图中的Frame_refuse，即帧拒绝信号，指示上一级模块，暂时不要进行数据的发送，
其判定逻辑为A、B缓冲区都存在有效载荷，如下代码所示

always@(posedge i_clk,posedge i_rst)
beginif(i_rst)ro_refuse_rec <= 'b0;else if(ro_refuse_rec == 'b1 && r_arbiter == 2'b11 && (w_fifo_empty_B || w_fifo_empty_A))ro_refuse_rec <= 'b0;else if(r_arbiter == 2'b01 && !w_fifo_empty_B)ro_refuse_rec <= 'b1;
end

至此，本模块的逻辑已经基本介绍完毕，接下来进行代码仿真测试。
仿真测试条件如下，给接收端口A总线以及接收端口B总线输入相同数据，而数据报文类型不同，观察输出是否正确，以及拒绝接收的指示信号是否正确。
接下来的代码仿真，都使用modelsim仿真
在这里插入图片描述
可以看出，由于同时输入了A、B数据包，refuse_rec信号进行了拉高，而由于判端逻辑中A包的数据读取是优先于B包数据读取的，所以先进行了A包数据的输出。
数据输出正确，测试通过。
在下一章节中，笔者将就之前的一个问题进行讨论，即巨型帧问题，之前的代码实现了接收IP分片，那么用户想要发送巨型帧时，应该如何处理呢，笔者将就这个问题进行讨论以及代码实现