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適用于板卡型號：

PGL22G

1. 實驗簡介

本實驗練習使用ADC的以太網(wǎng)傳輸，實驗中使用的ADDA模塊型號為AN108，ADC最大采樣率32Mhz，精度為8位?；谇懊嬷v到的以太網(wǎng)實驗，在本實驗中把AN108的采集數(shù)據(jù)以千兆以太網(wǎng)方式傳輸?shù)?a target="_blank">上位機軟件，我們可以用更加直觀的方式觀察波形，是一個數(shù)字示波器雛形，并且可以保存ADC數(shù)據(jù)。

ADDA模塊實驗預期結(jié)果

2. 實驗原理

2.1 制定UDP包協(xié)議

為了體現(xiàn)上位機的靈活性，基于UDP傳輸，制定了以下通訊協(xié)議，此協(xié)議包含在UDP數(shù)據(jù)包中。

一、獲取板卡信息

（1）詢問命令（共5字節(jié)，由上位機通過以太網(wǎng)發(fā)送）

字節(jié)數(shù)	1	4
命令信息	Header	32’h00000000 或32’h00010001

（2）應答命令（共27字節(jié)，由開發(fā)板通過以太網(wǎng)發(fā)送）

字節(jié)數(shù)	命令信息
1	Header\|8’h01
4	32’h00010001
6	板卡MAC地址
4	板卡IP地址
1	符號位8’h00:無符號數(shù) 8’h01有符號數(shù)（設置無效，上位機要求為有符號數(shù)）
1	ADC有效數(shù)據(jù)長度，比如AD9280為8位，即8’d8
1	采集一次ADC的字節(jié)數(shù)（設置無效，上位機要求ADC數(shù)據(jù)位寬為兩個字節(jié)）
1	采樣通道（此功能上位機未實現(xiàn)）
4	采樣率，即采樣的頻率，程序中設為32M
4	緩存的ADC數(shù)據(jù)長度，單位為字節(jié)

二、獲取數(shù)據(jù)

（1）控制命令（由上位機發(fā)送數(shù)據(jù)請求）

字節(jié)數(shù)	命令信息
1	Header
4	32’h00010002
6	板卡MAC地址，確認是本地的MAC地址
4	采樣通道（此功能未實現(xiàn)）
4	采樣次數(shù)（采集數(shù)據(jù)為16位，采樣次數(shù)為緩存數(shù)據(jù)長度的一半）

（2）應答命令（由開發(fā)板發(fā)送）

字節(jié)數(shù)	命令信息
1	Header\|8’h01
4	32’h00010002
1024	ADC數(shù)據(jù)

每個UDP包都包含有Header，在第一個字節(jié)，其格式如下：

比特位	值（0）	值（1）
bit 0	查詢或控制	應答
bit1~bit7	隨機數(shù)據(jù)

注：當應答時，高7位隨機數(shù)據(jù)保持不變，bit0設置為1

2.2 程序?qū)崿F(xiàn)

首先在空閑狀態(tài)，上位機會通過以太網(wǎng)廣播發(fā)送詢問命令，因此在IP層接收時要加上判斷是否是廣播UDP數(shù)據(jù)，如果是，也接收數(shù)據(jù)，此段代碼在ip_rx.v中，如下所示：

之后在eth_cmd.v文件中判斷接收到的數(shù)據(jù)信息，是否是詢問命令或控制命令，從而產(chǎn)生出命令的應答請求信號cmd_reply_req，或請求數(shù)據(jù)的信號ad_data_req。

信號名稱	方向	寬度(bit)	說明
clk	in	1	系統(tǒng)時鐘
rst_n	in	1	異步復位，低電平復位
udp_rec_data_valid	in	1	UDP接收數(shù)據(jù)有效
udp_rec_ram_rdata	in	8	UDP接收到的數(shù)據(jù)
udp_rec_ram_read_addr	out	11	UDP接收數(shù)據(jù)RAM地址
udp_rec_data_length	in	16	UDP接收數(shù)據(jù)長度
udp_rd_en	in	1	UDP發(fā)送讀使能信號
reply_data	out	8	命令應答數(shù)據(jù)
local_ip_addr	in	32	本地IP地址
local_mac_addr	in	48	本地MAC地址
ch_sel	out	32	通道選擇（未使用）
sample_num	out	32	采樣長度
header	out	8	命令頭
cmd_reply_ack	in	1	命令應答響應
cmd_reply_req	out	1	命令應答請求
cmd_send_len	out	16	命令應答數(shù)據(jù)長度
ad_data_ack	in	1	ADC數(shù)據(jù)應答信號
ad_data_req	out	1	ADC數(shù)據(jù)請求信號

mac_ctrl.v文件實現(xiàn)以太網(wǎng)的傳輸控制，在IDLE狀態(tài)下等待一定時間，進入CMD_WAIT狀態(tài)，判斷是否有命令請求cmd_reply_req或數(shù)據(jù)請求ad_data_req，之后進入CHECK_ARP狀態(tài)，檢查對應的IP地址是否在緩存列表中，如果沒有，將發(fā)送ARP請求，等待應答。之后根據(jù)命令請求或數(shù)據(jù)請求進入相應的數(shù)據(jù)發(fā)送狀態(tài)，CMD_SEND或AD_SEND狀態(tài)。

信號名稱	方向	寬度(bit)	說明
clk	in	1	系統(tǒng)時鐘
rst_n	in	1	異步復位，低電平復位
udp_send_data_length	out	16	UDP發(fā)送數(shù)據(jù)長度
ip_rec_source_ip_addr	in	32	UDP接收到的廣播IP地址
destination_ip_addr	out	32	目的IP地址
fifo_data	in	16	從FIFO中讀出的ADC數(shù)據(jù)
fifo_data_count	in	11	FIFO中可讀數(shù)據(jù)數(shù)量
fifo_rd_en	out	1	FIFO讀信號
udp_rd_en	in	1	UDP發(fā)送讀請求信號
header	in	8	命令頭
sample_num	in	32	采樣長度
sample_len	out	32	采樣長度latch
reply_data	in	8	命令應答數(shù)據(jù)
cmd_reply_ack	out	1	命令應答響應
cmd_reply_req	in	1	命令應答請求
cmd_send_len	in	16	命令應答數(shù)據(jù)長度
ad_data_ack	out	1	ADC數(shù)據(jù)應答信號
ad_data_req	in	1	ADC數(shù)據(jù)請求信號
ad_sample_req	out	1	ADC采集請求信號
ad_sample_ack	in	1	ADC采集應答信號
mac_send_end	in	1	MAC發(fā)送結(jié)束信號
mac_not_exist	in	1	IP對應MAC不存在
arp_found	in	1	接收到MAC
udp_tx_req	out	1	UDP發(fā)送請求
arp_request_req	out	1	ARP發(fā)送請求
udp_data	out	8	UDP發(fā)送數(shù)據(jù)
read_req_ack	in	1	讀FIFO應答
read_req	out	1	讀FIFO請求
identify_code	out	16	IP序列號

注意：上位機設置的緩存空間為1M字節(jié)，請求數(shù)據(jù)間隔為100ms，因此在設置采樣深度時要考慮到這兩點。在eth_top.v程序中設置為32'h00040000，即256K字節(jié)，采樣頻率為32MHz，ADC采樣端數(shù)據(jù)為兩個字節(jié)長度，因此采樣長度為采樣字節(jié)除以2，即32’h00020000，計算得到4ms即可采集完成。ad9280_sample.v中將8位數(shù)據(jù)擴展16位，便于存儲。移除了UDP發(fā)送數(shù)據(jù)的檢驗和。

3. 實驗現(xiàn)象

1）首先要確保PC的網(wǎng)卡速度為千兆，否則無法顯示。在網(wǎng)絡連接中找到本地以太網(wǎng)，雙擊出現(xiàn)如下界面，千兆網(wǎng)絡默認連接如下圖：

如未出現(xiàn)如上所述界面，先確認是否是千兆網(wǎng)線連接的和網(wǎng)卡是否支持千兆，網(wǎng)卡判別則右鍵屬性

點擊配置，可看到網(wǎng)卡型號查下是否支持千兆。

在鏈接速度中，可以看到目前的鏈接狀態(tài)是多大速度，可在下拉菜單中查找鏈接選項，務必確保鏈接速度為1.0Gbps 全雙工，如果沒有這個選項，說明網(wǎng)卡不支持千兆以太網(wǎng)。

2）將AN108模塊插入開發(fā)板的擴展口J8，注意1腳對齊，不要插錯、插偏，不能帶電操作。不清楚連接的可參考“ADDA測試例程”的教程。

3）連接AN108的ADC的輸入到信號發(fā)生器的輸出，這里使用的是專用屏蔽線，如果使用其他線可能會有較大干擾。

AN108連接示意圖

4）下載程序，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器的頻率和幅度，AN108輸入范圍-5V-5V，因此幅度最大設置為10Vpp，為了便于觀察波形數(shù)據(jù)，建議信號輸入頻率1Khz到1Mhz。打開示波器.exe即可自動顯示波形。此實驗不需要設置PC的IP地址，連接PC和開發(fā)板即可。