很多(duō)朋友在(zài)工程模块(kuài)劃(huà)分(fēn)的(de)时(shí)候總(zǒng)会(huì)遇到(dào)很多(duō)問(wèn)題(tí)，比如(rú)不(bù)知道(dào)如(rú)何下(xià)手(shǒu)、模块(kuài)劃(huà)分(fēn)不(bù)合理等；我(wǒ)開(kāi)始也(yě)是(shì)这(zhè)樣(yàng)的(de)，在(zài)学習了(le)明(míng)德揚的(de)幾(jǐ)項工程以(yǐ)後(hòu)，按照老(lǎo)师(shī)分(fēn)享的(de)思(sī)路(lù)，也(yě)对(duì)模块(kuài)劃(huà)分(fēn)有(yǒu)了(le)一(yī)定(dìng)的(de)小經(jīng)验(yàn)，今天(tiān)通(tòng)过(guò)案(àn)例的(de)方(fāng)式與(yǔ)大家(jiā)分(fēn)享。今天(tiān)分(fēn)享的(de)案(àn)例是(shì)千(qiān)兆(zhào)以(yǐ)太网(wǎng)工程。該工程是(shì)明(míng)德揚的(de)网(wǎng)絡班、就(jiù)業班的(de)其中(zhōng)一(yī)个(gè)項目，涉及(jí)到(dào)MAC協議、ARP協議、IP協議和(hé)UDP協議的(de)实現(xiàn)，協議較多(duō)，劃(huà)分(fēn)的(de)模块(kuài)也(yě)較多(duō)。
一(yī)、模块(kuài)劃(huà)分(fēn)要(yào)點(diǎn)總(zǒng)結
1、列出(chū)項目的(de)功能(néng)要(yào)求（客戶提(tí)出(chū)的(de)産品功能(néng)要(yào)求）
2、画(huà)出(chū)硬(yìng)件(jiàn)的(de)系(xì)統結構框图(tú)（添加外(wài)設）
3、框图(tú)中(zhōng)每个(gè)外(wài)圍接口(kǒu)都对(duì)應(yìng)有(yǒu)一(yī)个(gè)接口(kǒu)轉(zhuǎn)換模块(kuài)
接口(kǒu)轉(zhuǎn)換模块(kuài)的(de)作用(yòng)是(shì)将外(wài)圍器件(jiàn)的(de)接口(kǒu)时(shí)序轉(zhuǎn)为(wèi)通(tòng)用(yòng)的(de)接口(kǒu)时(shí)序，或(huò)者(zhě)将通(tòng)用(yòng)接口(kǒu)时(shí)序轉(zhuǎn)換为(wèi)外(wài)圍器件(jiàn)接口(kǒu)时(shí)序，这(zhè)樣(yàng)使得FPGA內(nèi)部(bù)其他(tā)模块(kuài)不(bù)用(yòng)再關(guān)心(xīn)外(wài)圍接口(kǒu)的(de)时(shí)序了(le)。
MDY規範通(tòng)用(yòng)接口(kǒu)时(shí)序：
l data以(yǐ)及(jí)对(duì)應(yìng)的(de)vld，傳輸單个(gè)數據(jù)格式
l MDY的(de)包(bāo)文(wén)格式，din，vld，SOP，EOP，MTY，ERR
l wren，waddr，wdata；rden，raddr，rdata，rdata_vld
4、考慮是(shì)否涉及(jí)指令系(xì)統（操作碼+數據(jù)格式）
上(shàng)位機(jī)，例如(rú)PC，ARM，DSP或(huò)者(zhě)其他(tā)的(de)器件(jiàn)，只(zhī)涉及(jí)到(dào)一(yī)个(gè)接口(kǒu)，但是(shì)卻有(yǒu)很多(duō)指令或(huò)者(zhě)命令功能(néng)要(yào)發(fà)送，因(yīn)此(cǐ)就(jiù)需要(yào)一(yī)个(gè)指令系(xì)統。
指令系(xì)統一(yī)定(dìng)会(huì)涉及(jí)到(dào)命令、地(dì)址和(hé)數據(jù)。这(zhè)種(zhǒng)情(qíng)況，肯定(dìng)会(huì)有(yǒu)一(yī)个(gè)“寄存器解(jiě)析模块(kuài)”，根(gēn)據(jù)命令、地(dì)址和(hé)數據(jù)，改變(biàn)相應(yìng)的(de)寄存器的(de)值。
5、考慮外(wài)圍器件(jiàn)是(shì)否涉及(jí)寄存器配置
項目中(zhōng)有(yǒu)某些外(wài)設，上(shàng)電(diàn)工作前(qián)需要(yào)進(jìn)行配置才能(néng)按要(yào)求工作。因(yīn)此(cǐ)需要(yào)对(duì)外(wài)設內(nèi)部(bù)寄存器進(jìn)行读(dú)写，这(zhè)一(yī)流程是(shì)通(tòng)过(guò)FPGA来(lái)進(jìn)行配置。
遇到(dào)这(zhè)个(gè)情(qíng)況，使用(yòng)MDY推薦的(de)模块(kuài)寄存器配置結構：
寄存器配置表(biǎo)模块(kuài)+寄存器读(dú)写配置模块(kuài)+外(wài)設配置接口(kǒu)时(shí)序轉(zhuǎn)換模块(kuài)
6、根(gēn)據(jù)实際情(qíng)況，增加、補充或(huò)者(zhě)拆分(fēn)，优化(huà)对(duì)應(yìng)模块(kuài)，随时(shí)調整
原則：根(gēn)據(jù)接口(kǒu)信(xìn)号(hào)，看(kàn)模块(kuài)間(jiān)是(shì)否方(fāng)便对(duì)接。接口(kǒu)就(jiù)決定(dìng)了(le)模块(kuài)功能(néng)。所(suǒ)以(yǐ)在(zài)这(zhè)一(yī)层的(de)調整，一(yī)定(dìng)要(yào)清(qīng)楚接口(kǒu)的(de)定(dìng)義。
7、考慮是(shì)否涉及(jí)多(duō)路(lù)進(jìn)一(yī)路(lù)出(chū)，要(yào)用(yòng)FIFO
調度(dù)FIFO要(yào)考慮自(zì)身(shēn)带(dài)宽(kuān)能(néng)否滿足多(duō)路(lù)一(yī)起突發(fà)發(fà)送时(shí)的(de)數據(jù)量(liàng)情(qíng)況。如(rú)果(guǒ)带(dài)宽(kuān)不(bù)滿足，就(jiù)要(yào)要(yào)輸出(chū)給(gěi)上(shàng)遊模块(kuài)RDY信(xìn)号(hào)。此(cǐ)时(shí)RDY信(xìn)号(hào)有(yǒu)效取(qǔ)決于(yú)自(zì)己設置FIFO的(de)Almost Full信(xìn)号(hào)。如(rú)果(guǒ)带(dài)宽(kuān)滿足則不(bù)必設RDY信(xìn)号(hào)。
8、考慮是(shì)否涉及(jí)到(dào)速率匹(pǐ)配問(wèn)題(tí)，要(yào)加上(shàng)RDY信(xìn)号(hào)或(huò)者(zhě)FIFO
首先(xiān)考慮與(yǔ)外(wài)圍器件(jiàn)通(tòng)信(xìn)的(de)接口(kǒu)上(shàng)是(shì)否需要(yào)rdy信(xìn)号(hào)（FPGA內(nèi)部(bù)運行頻率往往與(yǔ)設接口(kǒu)速率不(bù)一(yī)致(zhì)），然後(hòu)考慮FPGA內(nèi)部(bù)模块(kuài)間(jiān)數據(jù)带(dài)宽(kuān)是(shì)否不(bù)一(yī)致(zhì)，有(yǒu)等一(yī)等的(de)情(qíng)況。
二(èr)、千(qiān)兆(zhào)以(yǐ)太网(wǎng)工程案(àn)例分(fēn)析
根(gēn)據(jù)前(qián)面(miàn)總(zǒng)結的(de)要(yào)點(diǎn)，通(tòng)过(guò)实際項目案(àn)例来(lái)分(fēn)析一(yī)下(xià)FPGA內(nèi)部(bù)功能(néng)模块(kuài)是(shì)怎樣(yàng)劃(huà)分(fēn)的(de)。这(zhè)里(lǐ)我(wǒ)们(men)選取(qǔ)已經(jīng)做过(guò)的(de)千(qiān)兆(zhào)以(yǐ)太网(wǎng)工程，接下(xià)来(lái)按照上(shàng)面(miàn)總(zǒng)結的(de)模块(kuài)劃(huà)分(fēn)步驟，一(yī)步步完成(chéng)模块(kuài)初步劃(huà)分(fēn)！
1.列出(chū)項目的(de)功能(néng)要(yào)求
本(běn)項目功能(néng)要(yào)求：FPGA內(nèi)部(bù)産生(shēng)要(yào)發(fà)送的(de)包(bāo)文(wén)數據(jù)，通(tòng)过(guò)UDP協議，發(fà)送給(gěi)PC；PC發(fà)送UDP格式包(bāo)文(wén)數據(jù)，FPGA需要(yào)解(jiě)析UDP協議，提(tí)取(qǔ)出(chū)用(yòng)戶數據(jù)；ARP協議实現(xiàn)定(dìng)期(qī)發(fà)送ARP協議，獲取(qǔ)对(duì)方(fāng)電(diàn)腦的(de)物(wù)理地(dì)址。
功能(néng)分(fēn)析：
a) FPGA內(nèi)部(bù)産生(shēng)發(fà)送的(de)包(bāo)文(wén)數據(jù)；
b) 要(yào)通(tòng)过(guò)UDP協議發(fà)送，就(jiù)需要(yào)添加MAC協議头(tóu)部(bù)，IP協議头(tóu)部(bù)，UDP協議头(tóu)部(bù)；
c) FPGA接收(shōu)到(dào)PC發(fà)来(lái)的(de)UDP報文(wén)，要(yào)一(yī)层层解(jiě)析協議头(tóu)部(bù)信(xìn)息，先(xiān)解(jiě)析出(chū)MAC头(tóu)，然後(hòu)是(shì)IP头(tóu)，UDP头(tóu)，最(zuì)後(hòu)才能(néng)獲取(qǔ)用(yòng)戶數據(jù)；
d) FPGA定(dìng)期(qī)發(fà)送ARP協議請求報文(wén)；
e) FPGA接收(shōu)到(dào)PC發(fà)来(lái)的(de)ARP協議應(yìng)答(dá)報文(wén)，要(yào)解(jiě)析出(chū)源MAC地(dì)址；并在(zài)發(fà)送包(bāo)文(wén)數據(jù)中(zhōng)，将獲取(qǔ)的(de)MAC地(dì)址作为(wèi)目的(de)MAC地(dì)址進(jìn)行打(dǎ)包(bāo)發(fà)送。
2.画(huà)出(chū)硬(yìng)件(jiàn)系(xì)統結構框图(tú)
根(gēn)據(jù)步驟1總(zǒng)結出(chū)的(de)功能(néng)要(yào)求，找(zhǎo)到(dào)除FPGA外(wài)需要(yào)哪些外(wài)圍器件(jiàn)。分(fēn)析得出(chū)：
FPGA與(yǔ)PC通(tòng)信(xìn)是(shì)以(yǐ)千(qiān)兆(zhào)以(yǐ)太网(wǎng)的(de)形式，需要(yào)将FPGA輸出(chū)的(de)信(xìn)号(hào)調制成(chéng)千(qiān)兆(zhào)以(yǐ)太网(wǎng)信(xìn)号(hào)，本(běn)項目選取(qǔ)了(le)外(wài)部(bù)PHY芯片(piàn)RTL8211来(lái)实現(xiàn)此(cǐ)通(tòng)信(xìn)調制功能(néng)。同(tóng)理PC端發(fà)送的(de)數據(jù)通(tòng)过(guò)千(qiān)兆(zhào)以(yǐ)太网(wǎng)网(wǎng)線(xiàn)傳輸，需要(yào)經(jīng)过(guò)PHY解(jiě)調後(hòu)輸出(chū)給(gěi)FPGA；
为(wèi)了(le)設計(jì)方(fāng)便，FPGA發(fà)送的(de)報文(wén)數據(jù)中(zhōng)，完成(chéng)FCS校(xiào)验(yàn)的(de)計(jì)算交給(gěi)了(le)MAC IP核来(lái)完成(chéng)；同(tóng)理，接收(shōu)端接收(shōu)到(dào)PC發(fà)来(lái)的(de)報文(wén)數據(jù)也(yě)由(yóu)MAC IP核完成(chéng)FCS校(xiào)验(yàn)；
前(qián)期(qī)为(wèi)了(le)验(yàn)證設計(jì)，考慮添加按鍵作为(wèi)觸發(fà)MAC IP核初始化(huà)的(de)啟動(dòng)条(tiáo)件(jiàn)。
外(wài)圍器件(jiàn)總(zǒng)共(gòng)需要(yào)三(sān)个(gè)：
a) 按鍵
b) 2PHY（RTL8211）
c) 3PC
画(huà)出(chū)系(xì)統框图(tú)如(rú)下(xià)所(suǒ)示：
3.框图(tú)中(zhōng)每个(gè)外(wài)圍接口(kǒu)都对(duì)應(yìng)有(yǒu)一(yī)个(gè)接口(kǒu)轉(zhuǎn)換模块(kuài)
a) 按鍵对(duì)應(yìng)的(de)接口(kǒu)轉(zhuǎn)換模块(kuài)是(shì)按鍵消抖檢测模块(kuài)；
b) PHY对(duì)應(yìng)的(de)接口(kǒu)轉(zhuǎn)換模块(kuài)是(shì)MAC IP核模块(kuài)。
添加後(hòu)框图(tú)如(rú)下(xià)所(suǒ)示：
4.考慮是(shì)否涉及(jí)指令系(xì)統
本(běn)項目不(bù)涉及(jí)指令系(xì)統
5.考慮外(wài)圍器件(jiàn)是(shì)否涉及(jí)寄存器配置
本(běn)項目中(zhōng)MAC IP核涉及(jí)寄存器配置。使用(yòng)MDY推薦模板：寄存器配置表(biǎo)模块(kuài)+寄存器读(dú)写配置模块(kuài)+外(wài)設配置接口(kǒu)时(shí)序轉(zhuǎn)換模块(kuài)；
由(yóu)于(yú)MAC IP配置接口(kǒu)使用(yòng)的(de)是(shì)Avalon協議（與(yǔ)MDY接口(kǒu)協議不(bù)同(tóng)之处在(zài)于(yú)waitrequest信(xìn)号(hào)），所(suǒ)以(yǐ)外(wài)設配置接口(kǒu)时(shí)序轉(zhuǎn)換模块(kuài)对(duì)外(wài)接口(kǒu)也(yě)應(yìng)該是(shì)Avalon，对(duì)內(nèi)則是(shì)MDY規範接口(kǒu)。
完善後(hòu)如(rú)下(xià)所(suǒ)示：
6.根(gēn)據(jù)实際情(qíng)況，增加、補充或(huò)者(zhě)拆分(fēn)独立对(duì)應(yìng)模块(kuài)，随时(shí)調整
到(dào)第(dì)6步，根(gēn)據(jù)數據(jù)流向(xiàng)，需要(yào)对(duì)模块(kuài)間(jiān)的(de)接口(kǒu)進(jìn)行詳细(xì)分(fēn)析了(le)，補充模块(kuài)或(huò)者(zhě)将功能(néng)相同(tóng)的(de)模块(kuài)合并化(huà)簡。
從發(fà)送側數據(jù)流向(xiàng)思(sī)考：
a) FPGA內(nèi)部(bù)産生(shēng)要(yào)發(fà)送的(de)數據(jù)，因(yīn)此(cǐ)需要(yào)一(yī)个(gè)數據(jù)産生(shēng)模块(kuài)；
b) 産生(shēng)的(de)發(fà)送數據(jù)需要(yào)先(xiān)添加UDP头(tóu)部(bù)，所(suǒ)以(yǐ)需要(yào)一(yī)个(gè)添加UDP協議头(tóu)部(bù)模块(kuài)；
c) 然後(hòu)添加IP头(tóu)部(bù)，需要(yào)一(yī)个(gè)添加IP協議头(tóu)部(bù)模块(kuài)；
d) 最(zuì)後(hòu)添加MAC头(tóu)部(bù)，就(jiù)完成(chéng)了(le)完整的(de)發(fà)送UDP協議報文(wén)，因(yīn)此(cǐ)需要(yào)一(yī)个(gè)添加MAC協議头(tóu)部(bù)模块(kuài)；
e) 同(tóng)时(shí)需要(yào)定(dìng)期(qī)發(fà)送ARP協議請求報文(wén)，需要(yào)一(yī)个(gè)ARP請求報文(wén)模块(kuài)；
f) 由(yóu)于(yú)ARP報文(wén)需要(yào)定(dìng)时(shí)産生(shēng)，所(suǒ)以(yǐ)需要(yào)一(yī)个(gè)計(jì)时(shí)模块(kuài)。
從接收(shōu)側數據(jù)流向(xiàng)思(sī)考：
FPGA接收(shōu)到(dào)PHY解(jiě)調出(chū)的(de)PC發(fà)送来(lái)的(de)UDP報文(wén)或(huò)者(zhě)ARP應(yìng)答(dá)報文(wén)，經(jīng)过(guò)MAC IP核验(yàn)證FCS後(hòu)，解(jiě)析出(chū)正(zhèng)确或(huò)者(zhě)錯誤的(de)UDP、ARP報文(wén)：
a) 經(jīng)过(guò)MAC IP核輸出(chū)的(de)報文(wén)需要(yào)進(jìn)行MAC头(tóu)部(bù)檢查，正(zhèng)确則輸出(chū)UDP、ARP報文(wén)，錯誤則做丢包(bāo)处理。所(suǒ)以(yǐ)需要(yào)一(yī)个(gè)MAC头(tóu)部(bù)解(jiě)析模块(kuài)；
b) 經(jīng)过(guò)MAC头(tóu)部(bù)解(jiě)析模块(kuài)处理後(hòu)輸出(chū)的(de)是(shì)正(zhèng)确的(de)IP報文(wén)，此(cǐ)时(shí)需要(yào)進(jìn)行IP头(tóu)部(bù)檢查，正(zhèng)确則輸出(chū)報文(wén)，錯誤則做丢包(bāo)处理。所(suǒ)以(yǐ)需要(yào)一(yī)个(gè)IP头(tóu)部(bù)解(jiě)析模块(kuài)；
c) 經(jīng)过(guò)MAC头(tóu)部(bù)解(jiě)析模块(kuài)处理後(hòu)輸出(chū)的(de)是(shì)正(zhèng)确的(de)ARP應(yìng)答(dá)報文(wén)，此(cǐ)时(shí)需要(yào)進(jìn)行ARP報文(wén)解(jiě)析，獲取(qǔ)發(fà)送端MAC地(dì)址。所(suǒ)以(yǐ)需要(yào)一(yī)个(gè)ARP應(yìng)答(dá)解(jiě)析模块(kuài)；
d) 同(tóng)1、2两(liǎng)步原理，輸出(chū)UDP報文(wén)需要(yào)進(jìn)行UDP头(tóu)部(bù)檢查，所(suǒ)以(yǐ)需要(yào)一(yī)个(gè)UDP头(tóu)部(bù)解(jiě)析模块(kuài)。
經(jīng)过(guò)UDP头(tóu)部(bù)解(jiě)析模块(kuài)解(jiě)析出(chū)来(lái)的(de)報文(wén)數據(jù)即是(shì)PC端發(fà)来(lái)的(de)正(zhèng)确用(yòng)戶數據(jù)，輸出(chū)即可(kě)。
補充後(hòu)如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示：
接下(xià)来(lái)将功能(néng)互斥、數據(jù)流向(xiàng)相關(guān)，接口(kǒu)一(yī)致(zhì)的(de)模块(kuài)做合并化(huà)簡处理，如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示：
7.考慮是(shì)否涉及(jí)多(duō)路(lù)進(jìn)一(yī)路(lù)出(chū)，要(yào)用(yòng)FIFO
本(běn)項目數據(jù)流方(fāng)面(miàn)涉及(jí)多(duō)路(lù)進(jìn)一(yī)路(lù)出(chū)的(de)問(wèn)題(tí)。
在(zài)進(jìn)行模块(kuài)优化(huà)时(shí)，注意(yì)到(dào)産生(shēng)的(de)用(yòng)戶數據(jù)和(hé)定(dìng)时(shí)ARP請求報文(wén)不(bù)能(néng)同(tóng)时(shí)輸出(chū)給(gěi)MAC IP核，需要(yào)一(yī)个(gè)發(fà)送調度(dù)模块(kuài)来(lái)完成(chéng)多(duō)路(lù)輸入(rù)一(yī)路(lù)輸出(chū)的(de)調度(dù)，是(shì)發(fà)送打(dǎ)包(bāo)模块(kuài)送来(lái)的(de)UDP報文(wén)還(huán)是(shì)發(fà)送ARP請求報文(wén)。
8.考慮是(shì)否涉及(jí)到(dào)速率匹(pǐ)配問(wèn)題(tí)，要(yào)加上(shàng)RDY信(xìn)号(hào)或(huò)者(zhě)FIFO
首先(xiān)考慮與(yǔ)外(wài)圍器件(jiàn)通(tòng)信(xìn)的(de)接口(kǒu)上(shàng)是(shì)否需要(yào)rdy信(xìn)号(hào)。
外(wài)圍PHY芯片(piàn)與(yǔ)FPGA通(tòng)信(xìn)是(shì)經(jīng)过(guò)MAC IP核来(lái)处理，时(shí)序MAC IP核已經(jīng)做好(hǎo)了(le)，所(suǒ)以(yǐ)不(bù)需要(yào)設rdy信(xìn)号(hào)。
再考慮FPGA內(nèi)部(bù)模块(kuài)間(jiān)運行速率不(bù)匹(pǐ)配的(de)情(qíng)況，根(gēn)據(jù)數據(jù)流方(fāng)向(xiàng)来(lái)考慮：
發(fà)送側：
a) 發(fà)送報文(wén)打(dǎ)包(bāo)模块(kuài)需要(yào)时(shí)間(jiān)（計(jì)算各(gè)个(gè)協議头(tóu)部(bù)校(xiào)验(yàn)和(hé)，长度(dù)等信(xìn)息），所(suǒ)以(yǐ)需要(yào)在(zài)數據(jù)産生(shēng)模块(kuài)和(hé)數據(jù)打(dǎ)包(bāo)模块(kuài)間(jiān)設FIFO并設rdy信(xìn)号(hào)。
b) 數據(jù)打(dǎ)包(bāo)模块(kuài)和(hé)ARP請求報文(wén)發(fà)送模块(kuài)同(tóng)时(shí)發(fà)送給(gěi)報文(wén)調度(dù)模块(kuài)，發(fà)送包(bāo)文(wén)調度(dù)模块(kuài)不(bù)能(néng)同(tóng)时(shí)響應(yìng)，需要(yào)FIFO来(lái)緩存，考慮到(dào)突發(fà)情(qíng)況FIFO会(huì)溢出(chū)，所(suǒ)以(yǐ)需要(yào)與(yǔ)數據(jù)打(dǎ)包(bāo)模块(kuài)和(hé)ARP請求報文(wén)定(dìng)时(shí)發(fà)送模块(kuài)間(jiān)設FIFO并設RDY信(xìn)号(hào)。
接收(shōu)側：
接收(shōu)側模块(kuài)間(jiān)速率匹(pǐ)配，不(bù)需要(yào)設FIFO和(hé)RDY信(xìn)号(hào)。
最(zuì)終(zhōng)得到(dào)的(de)模块(kuài)图(tú)如(rú)下(xià)所(suǒ)示：
到(dào)此(cǐ)，根(gēn)據(jù)模块(kuài)劃(huà)分(fēn)步驟一(yī)步步做下(xià)来(lái)，千(qiān)兆(zhào)网(wǎng)工程的(de)模块(kuài)劃(huà)分(fēn)雛形初步已經(jīng)完成(chéng)。具體(tǐ)实踐中(zhōng)需要(yào)根(gēn)據(jù)FPGA內(nèi)部(bù)信(xìn)号(hào)的(de)調整，随时(shí)拆分(fēn)或(huò)独立来(lái)增減功能(néng)模块(kuài)。
