前文对IP协议和ICMP协议格式做了讲解，本文通过FPGA实现ICMP协议，PC端向开发板产生回显请求，FPGA接收到回显请求时，向PC端发出回显应答。为了不去手动绑定开发板的MAC地址和IP地址，还是需要ARP模块。
1、顶层设计
顶层模块直接使用vivado工程截图，如下图所示，顶层包括6个模块，按键消抖模块key、ARP收发模块、RGMII与GMII转换模块rgmii_to_gmii、锁相环模块在前文ARP协议实现时均已详细讲解，故本文不再赘述。
由于arp和icmp的发送模块需要使用同一组数据线，所以需要一个arp_icmp_ctrl模块去确定输出哪一路信号。
顶层参考代码如下所示：
//例化锁相环，输出200MHZ时钟，作为IDELAYECTRL的参考时钟。clk_wiz_0 u_clk_wiz_0 (.clk_out1 ( idelay_clk),//output clk_out1;.resetn ( rst_n ),//input resetn;.clk_in1 ( clk ) //input clk_in1;);//例化按键消抖模块。key #(.TIME_20MS ( TIME_20MS ),//按键抖动持续的最长时间，默认最长持续时间为20ms。.TIME_CLK ( TIME_CLK ) //系统时钟周期，默认8ns。)u_key (.clk ( gmii_rx_clk ),//系统时钟，125MHz。.rst_n ( rst_n ),//系统复位，低电平有效。.key_in ( key_in ),//待输入的按键输入信号,默认低电平有效；.key_out ( key_out ) //按键消抖后输出信号，当按键按下一次时，输出一个时钟宽度的高电平；);//例化ARP和ICMP的控制模块arp_icmp_ctrl u_arp_icmp_ctrl (.clk ( gmii_rx_clk ),//输入时钟；.rst_n ( rst_n ),//复位信号，低电平有效；.key_in ( key_out ),//按键按下，高电平有效；.arp_rx_done ( arp_rx_done ),//ARP接收完成信号；.arp_rx_type ( arp_rx_type ),//ARP接收类型 0:请求 1:应答；.src_mac ( src_mac ),//ARP接收到目的MAC地址。.src_ip ( src_ip ),//ARP接收到目的IP地址。.arp_tx_rdy ( arp_tx_rdy ),//ARP发送模块忙闲指示信号。.arp_tx_start ( arp_tx_start ),//ARP发送使能信号；.arp_tx_type ( arp_tx_type ),//ARP发送类型 0:请求 1:应答；.arp_gmii_tx_en ( arp_gmii_tx_en ),.arp_gmii_txd ( arp_gmii_txd ),.icmp_rx_done ( icmp_rx_done ),//ICMP接收完成信号；.icmp_rx_byte_num ( icmp_rx_byte_num ),//以太网接收的有效字节数 单位:byte。.icmp_tx_rdy ( icmp_tx_rdy ),//ICMP发送模块忙闲指示信号。.icmp_gmii_tx_en ( icmp_gmii_tx_en ),.icmp_gmii_txd ( icmp_gmii_txd ),.des_mac ( des_mac ),//发送的目标MAC地址。.des_ip ( des_ip ),//发送的目标IP地址。.icmp_tx_start ( icmp_tx_start ),//ICMP发送使能信号；.icmp_tx_byte_num ( icmp_tx_byte_num ),//以太网发送的有效字节数 单位:byte。.gmii_tx_en ( gmii_tx_en ),.gmii_txd ( gmii_txd ) );//例化ARP模块；arp #(.BOARD_MAC ( BOARD_MAC ),//开发板MAC地址 00-11-22-33-44-55;.BOARD_IP ( BOARD_IP ),//开发板IP地址 192.168.1.10;.DES_MAC ( DES_MAC ),//目的MAC地址 ff_ff_ff_ff_ff_ff;.DES_IP ( DES_IP ) //目的IP地址 192.168.1.102;)u_arp (.rst_n ( rst_n ),//复位信号，低电平有效。.gmii_rx_clk ( gmii_rx_clk ),//GMII接收数据时钟。.gmii_rx_dv ( gmii_rx_dv ),//GMII输入数据有效信号。.gmii_rxd ( gmii_rxd ),//GMII输入数据。.gmii_tx_clk ( gmii_tx_clk ),//GMII发送数据时钟。.arp_tx_en ( arp_tx_start ),//ARP发送使能信号。.arp_tx_type ( arp_tx_type ),//ARP发送类型 0:请求 1:应答。.des_mac ( des_mac ),//发送的目标MAC地址。.des_ip ( des_ip ),//发送的目标IP地址。.gmii_tx_en ( arp_gmii_tx_en ),//GMII输出数据有效信号。.gmii_txd ( arp_gmii_txd ),//GMII输出数据。.arp_rx_done ( arp_rx_done ),//ARP接收完成信号。.arp_rx_type ( arp_rx_type ),//ARP接收类型 0:请求 1:应答。.src_mac ( src_mac ),//接收到目的MAC地址。.src_ip ( src_ip ),//接收到目的IP地址。.arp_tx_rdy ( arp_tx_rdy ) //ARP发送模块忙闲指示指示信号，高电平表示该模块空闲。);//例化ICMP模块。icmp #(.BOARD_MAC ( BOARD_MAC ),//开发板MAC地址 00-11-22-33-44-55;.BOARD_IP ( BOARD_IP ),//开发板IP地址 192.168.1.10;.DES_MAC ( DES_MAC ),//目的MAC地址 ff_ff_ff_ff_ff_ff;.DES_IP ( DES_IP ),//目的IP地址 192.168.1.102;.ETH_TYPE ( 16'h0800 ) //以太网帧类型，16'h0806表示ARP协议，16'h0800表示IP协议；)u_icmp (.rst_n ( rst_n ),//复位信号，低电平有效。.gmii_rx_clk ( gmii_rx_clk ),//GMII接收数据时钟。.gmii_rx_dv ( gmii_rx_dv ),//GMII输入数据有效信号。.gmii_rxd ( gmii_rxd ),//GMII输入数据。.gmii_tx_clk ( gmii_tx_clk ),//GMII发送数据时钟。.gmii_tx_en ( icmp_gmii_tx_en ),//GMII输出数据有效信号。.gmii_txd ( icmp_gmii_txd ),//GMII输出数据。.icmp_tx_start ( icmp_tx_start ),//以太网开始发送信号..icmp_tx_byte_num ( icmp_tx_byte_num ),//以太网发送的有效字节数 单位:byte。.des_mac ( des_mac ),//发送的目标MAC地址。.des_ip ( des_ip ),//发送的目标IP地址。.icmp_rx_done ( icmp_rx_done ),//ICMP接收完成信号。.icmp_rx_byte_num ( icmp_rx_byte_num ),//以太网接收的有效字节数 单位:byte。.icmp_tx_rdy ( icmp_tx_rdy ) //ICMP发送模块忙闲指示指示信号，高电平表示该模块空闲。);//例化gmii转RGMII模块。rgmii_to_gmii u_rgmii_to_gmii (.idelay_clk ( idelay_clk ),//IDELAY时钟；.rst_n ( rst_n ),.gmii_tx_en ( gmii_tx_en ),//GMII发送数据使能信号；.gmii_txd ( gmii_txd ),//GMII发送数据；.gmii_rx_clk ( gmii_rx_clk ),//GMII接收时钟；.gmii_rx_dv ( gmii_rx_dv ),//GMII接收数据有效信号；.gmii_rxd ( gmii_rxd ),//GMII接收数据；.gmii_tx_clk ( gmii_tx_clk ),//GMII发送时钟；.rgmii_rxc ( rgmii_rxc ),//RGMII接收时钟；.rgmii_rx_ctl ( rgmii_rx_ctl ),//RGMII接收数据控制信号；.rgmii_rxd ( rgmii_rxd ),//RGMII接收数据；.rgmii_txc ( rgmii_txc ),//RGMII发送时钟；.rgmii_tx_ctl ( rgmii_tx_ctl ),//RGMII发送数据控制信号；.rgmii_txd ( rgmii_txd ) //RGMII发送数据；);/*ila_0 u_ila_0 (.clk ( gmii_rx_clk ),//input wire clk.probe0 ( gmii_rx_dv ),//input wire [0:0] probe0 .probe1 ( gmii_rxd ),//input wire [7:0] probe1 .probe2 ( gmii_tx_en ),//input wire [0:0] probe2 .probe3 ( gmii_txd ),//input wire [7:0] probe3 .probe4 ( u_icmp.u_icmp_rx.state_n ),//input wire [6:0] probe4 .probe5 ( u_icmp.u_icmp_rx.state_c ),//input wire [6:0] probe5 .probe6 ( icmp_gmii_tx_en ),//input wire [0:0] probe6 .probe7 ( icmp_gmii_txd ),//input wire [7:0] probe7 .probe8 ( icmp_tx_rdy ),//input wire [0:0] probe8 .probe9 ( icmp_rx_done ),//input wire [0:0] probe9 .probe10 ( u_icmp.u_icmp_rx.error_flag ),//input wire [0:0] probe10.probe11 ( u_icmp.u_icmp_rx.fifo_wr ),//input wire [0:0] probe11.probe12 ( u_icmp.u_icmp_rx.cnt ),//input wire [7:0] probe12.probe13 ( u_icmp.u_icmp_rx.cnt_num ),//input wire [7:0] probe13.probe14 ( u_icmp.u_icmp_rx.gmii_rxd_r[0]),//input wire [7:0] probe14.probe15 ( u_icmp.u_icmp_rx.fifo_wdata ) //input wire [7:0] probe15);*/
icmp模块实现对ICMP协议的接收和发送，下图是该模块的内部模块分布图，包括ICMP接收模块icmp_rx、ICMP发送模块icmp_tx，两个CRC校验模块，分别对接收和发送的数据进行CRC校验。因为回显应答必须把回显请求的数据原封不动的发送出去，因此使用一个FIFO对回显请求的数据进行暂存。
ICMP顶层参考代码如下所示：
//例化ICMP接收模块；icmp_rx #(.BOARD_MAC ( BOARD_MAC ),//开发板MAC地址 00-11-22-33-44-55；.BOARD_IP ( BOARD_IP ) //开发板IP地址 192.168.1.10；)u_icmp_rx (.clk ( gmii_rx_clk ),//时钟信号;.rst_n ( rst_n ),//复位信号，低电平有效;.gmii_rx_dv ( gmii_rx_dv ),//GMII输入数据有效信号;.gmii_rxd ( gmii_rxd ),//GMII输入数据;.crc_out ( rx_crc_out ),//CRC校验模块输出的数据；.rec_pkt_done ( icmp_rx_done ),//ICMP接收完成信号，高电平有效；.fifo_wr ( fifo_wr_en ),//fifo写使能。.fifo_wdata ( fifo_wdata ),//fifo写数据，将接收到的ICMP数据写入FIFO中。.data_byte_num ( icmp_rx_byte_num ),//以太网接收的有效数据字节数 单位:byte .icmp_id ( icmp_id ),//ICMP标识符;.icmp_seq ( icmp_seq ),//ICMP序列号;.data_checksum ( data_checksum ),//ICMP数据段的校验和;.crc_data ( rx_crc_data ),//需要CRC模块校验的数据;.crc_en ( rx_crc_en ),//CRC开始校验使能;.crc_clr ( rx_crc_clr ) //CRC数据复位信号;);//例化接收数据时需要的CRC校验模块；crc32_d8 u_crc32_d8_rx (.clk ( gmii_rx_clk ),//时钟信号;.rst_n ( rst_n ),//复位信号，低电平有效;.data ( rx_crc_data ),//需要CRC模块校验的数据;.crc_en ( rx_crc_en ),//CRC开始校验使能;.crc_clr ( rx_crc_clr ),//CRC数据复位信号;.crc_out ( rx_crc_out ) //CRC校验模块输出的数据；);//例化ICMP发送模块；icmp_tx #(.BOARD_MAC ( BOARD_MAC ),//开发板MAC地址 00-11-22-33-44-55；.BOARD_IP ( BOARD_IP ),//开发板IP地址 192.168.1.10；.DES_MAC ( DES_MAC ),//目的MAC地址 ff_ff_ff_ff_ff_ff；.DES_IP ( DES_IP ),//目的IP地址 192.168.1.102；.ETH_TYPE ( ETH_TYPE ) //以太网帧类型，16'h0806表示ARP协议，16'h0800表示IP协议；)u_icmp_tx (.clk ( gmii_tx_clk ),//时钟信号;.rst_n ( rst_n ),//复位信号，低电平有效;.reply_checksum ( data_checksum ),//ICMP数据段的校验和;.icmp_id ( icmp_id ),//ICMP标识符;.icmp_seq ( icmp_seq ),//ICMP序列号;.icmp_tx_en ( icmp_tx_start ),//ICMP发送使能信号；.tx_byte_num ( icmp_tx_byte_num ),//ICMP数据段需要发送的数据。.des_mac ( des_mac ),//发送的目标MAC地址；.des_ip ( des_ip ),//发送的目标IP地址；.crc_out ( tx_crc_out ),//CRC校验数据；.crc_en ( tx_crc_en ),//CRC开始校验使能；.crc_clr ( tx_crc_clr ),//CRC数据复位信号；.crc_data ( tx_crc_data ),//输出给CRC校验模块进行计算的数据；.fifo_rd_en ( fifo_rd_en ),//FIFO读使能信号。.fifo_rdata ( fifo_rdata ),//从FIFO读出，以太网需要发送的数据。.gmii_tx_en ( gmii_tx_en ),//GMII输出数据有效信号；.gmii_txd ( gmii_txd ),//GMII输出数据；.rdy ( icmp_tx_rdy ) //模块忙闲指示信号，高电平表示该模块处于空闲状态；);//例化发送数据时需要的CRC校验模块；crc32_d8 u_crc32_d8_tx (.clk ( gmii_tx_clk ),//时钟信号;.rst_n ( rst_n ),//复位信号，低电平有效;.data ( tx_crc_data ),//需要CRC模块校验的数据;.crc_en ( tx_crc_en ),//CRC开始校验使能;.crc_clr ( tx_crc_clr ),//CRC数据复位信号;.crc_out ( tx_crc_out ) //CRC校验模块输出的数据；);//例化FIFO；fifo_generator_0 u_fifo_generator_0 (.clk ( gmii_rx_clk ),//input wire clk.srst ( ~rst_n ),//input wire srst.din ( fifo_wdata ),//input wire [7 : 0] din.wr_en ( fifo_wr_en ),//input wire wr_en.rd_en ( fifo_rd_en ),//input wire rd_en.dout ( fifo_rdata ),//output wire [7 : 0] dout.full ( ),//output wire full.empty ( ) //output wire empty);
ICMP顶层TestBench参考代码如下所示：
`timescale 1 ns/1 ns
module test();parameter CYCLE = 10 ;//系统时钟周期，单位ns，默认10ns；parameter RST_TIME = 10 ;//系统复位持续时间，默认10个系统时钟周期；parameter STOP_TIME = 1000 ;//仿真运行时间，复位完成后运行1000个系统时钟后停止；parameter BOARD_MAC = 48'h00_11_22_33_44_55 ;parameter BOARD_IP = {8'd192,8'd168,8'd1,8'd10} ;localparam DES_MAC = 48'h23_45_67_89_0a_bc ;localparam DES_IP = {8'd192,8'd168,8'd1,8'd23} ;localparam ETH_TYPE = 16'h0800 ;//以太网帧类型 IPreg clk ;//系统时钟，默认100MHz；reg rst_n ;//系统复位，默认低电平有效；reg [7 : 0] gmii_rxd ;reg gmii_rx_dv ;wire icmp_tx_start ;wire [15 : 0] icmp_tx_byte_num ;wire [47 : 0] des_mac ;wire [31 : 0] des_ip ;wire gmii_tx_en ;wire [7 : 0] gmii_txd ;wire icmp_rx_done ;wire [15 : 0] icmp_rx_byte_num ;wire icmp_tx_rdy ;reg [7 : 0] rx_data [255 : 0] ;//申请256个数据的存储器assign icmp_tx_start = icmp_rx_done;assign icmp_tx_byte_num = icmp_rx_byte_num;assign des_mac = 0;assign des_ip = 0;icmp #(.BOARD_MAC ( BOARD_MAC ),.BOARD_IP ( BOARD_IP ),.DES_MAC ( DES_MAC ),.DES_IP ( DES_IP ),.ETH_TYPE ( ETH_TYPE ))u_icmp (.rst_n ( rst_n ),.gmii_rx_clk ( clk ),.gmii_rx_dv ( gmii_rx_dv ),.gmii_rxd ( gmii_rxd ),.gmii_tx_clk ( clk ),.icmp_tx_start ( icmp_tx_start ),.icmp_tx_byte_num ( icmp_tx_byte_num ),.des_mac ( des_mac ),.des_ip ( des_ip ),.gmii_tx_en ( gmii_tx_en ),.gmii_txd ( gmii_txd ),.icmp_rx_done ( icmp_rx_done ),.icmp_rx_byte_num ( icmp_rx_byte_num ),.icmp_tx_rdy ( icmp_tx_rdy ));reg crc_clr ;reg gmii_crc_vld ;reg [7 : 0] gmii_rxd_r ;reg gmii_rx_dv_r ;reg crc_data_vld ;reg [9 : 0] i ;reg [15 : 0] num ;wire [31 : 0] crc_out ;//生成周期为CYCLE数值的系统时钟;initial beginclk = 0;forever #(CYCLE/2) clk = ~clk;end//生成复位信号；initial begin#1;gmii_rxd = 0; gmii_rx_dv = 0;gmii_crc_vld = 1'b0;num=0;gmii_rxd_r=0;gmii_rx_dv_r=0;crc_clr=0;for(i = 0 ; i < 256 ; i = i + 1)begin#1;rx_data[i] = {$random} % 256;//初始化存储体；endrst_n = 1;#2;rst_n = 0;//开始时复位10个时钟；#(RST_TIME*CYCLE);rst_n = 1;#(20*CYCLE);repeat(4)begin//发送2帧数据；gmii_tx_test(18);gmii_crc_vld = 1'b1;gmii_rxd_r = crc_out[7 : 0];#(CYCLE);gmii_rxd_r = crc_out[15 : 8];#(CYCLE);gmii_rxd_r = crc_out[23 : 16];#(CYCLE);gmii_rxd_r = crc_out[31 : 24];#(CYCLE);gmii_crc_vld = 1'b0;crc_clr = 1'b1;#(CYCLE);crc_clr = 1'b0;@(posedge icmp_rx_done);#(50*CYCLE);end#(20*CYCLE);$stop;//停止仿真；endtask gmii_tx_test(input [15 : 0] data_num //需要把多少个存储体中的数据进行发送，取值范围[18,255]；);reg [31 : 0] ip_check;reg [15 : 0] total_num;reg [31 : 0] icmp_check;begintotal_num = data_num + 28;icmp_check = 16'h1 + 16'h8;//ICMP首部相加；ip_check = DES_IP[15:0] + BOARD_IP[15:0] + DES_IP[31:16] + BOARD_IP[31:16] + 16'h4500 + total_num + 16'h4000 + num + 16'h8001;if(~data_num[0])begin//ICMP数据段个数为偶数；for(i=0 ; 2*i < data_num ; i= i+1)begin#1;//计算ICMP数据段的校验和。icmp_check = icmp_check + {rx_data[i][7:0],rx_data[i+1][7:0]};endendelse begin//ICMP数据段个数为奇数；for(i=0 ; 2*i < data_num+1 ; i= i+1)begin#1;//计算ICMP数据段的校验和。if(2*i + 1 == data_num)icmp_check = icmp_check + {rx_data[i][7:0]};elseicmp_check = icmp_check + {rx_data[i][7:0],rx_data[i+1][7:0]};endendcrc_data_vld = 1'b0;#(CYCLE);repeat(7)begin//发送前导码7个8'H55；gmii_rxd_r = 8'h55;gmii_rx_dv_r = 1'b1;#(CYCLE);endgmii_rxd_r = 8'hd5;//发送SFD，一个字节的8'hd5；#(CYCLE);crc_data_vld = 1'b1;//发送以太网帧头数据；for(i=0 ; i<6 ; i=i+1)begin//发送6个字节的目的MAC地址；gmii_rxd_r = BOARD_MAC[47-8*i -: 8];#(CYCLE);endfor(i=0 ; i<6 ; i=i+1)begin//发送6个字节的源MAC地址；gmii_rxd_r = DES_MAC[47-8*i -: 8];#(CYCLE);endfor(i=0 ; i<2 ; i=i+1)begin//发送2个字节的以太网类型；gmii_rxd_r = ETH_TYPE[15-8*i -: 8];#(CYCLE);end//发送IP帧头数据；gmii_rxd_r = 8'H45;#(CYCLE);gmii_rxd_r = 8'd00;ip_check = ip_check[15 : 0] + ip_check[31:16];icmp_check = icmp_check[15 : 0] + icmp_check[31:16];#(CYCLE);gmii_rxd_r = total_num[15:8];ip_check = ip_check[15 : 0] + ip_check[31:16];icmp_check = icmp_check[15 : 0] + icmp_check[31:16];#(CYCLE);gmii_rxd_r = total_num[7:0];ip_check = ~ip_check[15 : 0];icmp_check = ~icmp_check[15 : 0];#(CYCLE);gmii_rxd_r = num[15:8];#(CYCLE);gmii_rxd_r = num[7:0];#(CYCLE);gmii_rxd_r = 8'h40;#(CYCLE);gmii_rxd_r = 8'h00;#(CYCLE);gmii_rxd_r = 8'h80;#(CYCLE);gmii_rxd_r = 8'h01;#(CYCLE);gmii_rxd_r = ip_check[15:8];#(CYCLE);gmii_rxd_r = ip_check[7:0];#(CYCLE);for(i=0 ; i<4 ; i=i+1)begin//发送6个字节的源IP地址；gmii_rxd_r = DES_IP[31-8*i -: 8];#(CYCLE);endfor(i=0 ; i<4 ; i=i+1)begin//发送4个字节的目的IP地址；gmii_rxd_r = BOARD_IP[31-8*i -: 8];#(CYCLE);end//发送ICMP帧头及数据包；gmii_rxd_r = 8'h08;//发送回显请求。#(CYCLE);gmii_rxd_r = 8'h00;#(CYCLE);gmii_rxd_r = icmp_check[31:16];#(CYCLE);gmii_rxd_r = icmp_check[15:0];#(CYCLE);gmii_rxd_r = 8'h00;#(CYCLE);gmii_rxd_r = 8'h01;#(CYCLE);gmii_rxd_r = 8'h00;#(CYCLE);gmii_rxd_r = 8'h08;#(CYCLE);for(i=0 ; i<data_num ; i=i+1)begingmii_rxd_r = rx_data[i];#(CYCLE);endcrc_data_vld = 1'b0;gmii_rx_dv_r = 1'b0;num = num + 1;endendtaskcrc32_d8 u_crc32_d8_1 (.clk ( clk ),.rst_n ( rst_n ),.data ( gmii_rxd_r ),.crc_en ( crc_data_vld ),.crc_clr ( crc_clr ),.crc_out ( crc_out ));always@(posedge clk)beginif(rst_n==1'b0)begin//初始值为0;gmii_rxd <= 8'd0;gmii_rx_dv <= 1'b0;endelse if(gmii_rx_dv_r || gmii_crc_vld)begingmii_rxd <= gmii_rxd_r;gmii_rx_dv <= 1'b1;endelse begingmii_rx_dv <= 1'b0;endendendmodule
2、ICMP接收模块
前文对ICMP的数据报做了详细讲解，ICMP数据报文的构成如下所示，包括前导码和帧起始符、以太网帧头、IP首部、ICMP首部、ICMP数据、CRC校验等几个模块。
本文检测接收的数据是不是ICMP回显请求，需要将回显请求的标识符、序列号、ICMP数据段保存下来，便于回显应答时使用。同时在接收ICMP数据时，应该把数据端的校验和计算出来，回显应答时就不再需要时间去计算数据段的校验和了。
此模块没有做IP首部校验和以及ICMP校验和，只做了CRC校验和，因为FPGA根据接收到的数据特征，其实能够大致判断是否正确，加上CRC校验无误就基本上不会出现错误了。
本模块以状态机为主体，嵌套一个计数器cnt实现，下图是状态机的状态转换图。
本模块会使用移位寄存器把输入数据gmii_rxd暂存7个时钟周期，便于前导码和帧起始符的检测，该移位寄存器的数据也可以在后续中使用，所以使用移位寄存器会比较方便。
空闲状态(IDLE)：这个状态就一直检测前导码和帧起始符，检测到后把start信号拉高，表示开始接收数据，状态机跳转到接收以太网帧头的状态。状态机的现态与移位寄存器gmii_rxd[0]的数据对齐，后续数据大多都来自该移位寄存器最低位置存储的数据。
后面各个状态分别接收对应数据，计数器cnt用来计数每个状态应该接收的数据个数。其中ICMP数据段的数据个数通过IP首部的总长度减去IP首部长度，在减去ICMP首部长度得到，ICMP数据段的长度还要输出，在后续进行回显应答时，从FIFO中读取对应个数的数据输出。
然后就是错误标志信号error_flag，就是接收的数据不是ICMP或者不是发送给开发板的数据时，就会拉高，此时就会把接收的数据报文丢弃。比如在以太网帧头部分检测到接收的目的MAC地址不是开发板MAC地址或广播地址，此时error_flag拉高，表示该数据报不是发送给开发板的，直接丢弃，不在继续接收。又比如在接收ICMP首部时，检测到该数据报文不是回显请求，则error_flag拉高，直接丢弃该报文，后续的数据不需要存入FIFO中。
注意在接收ICMP数据时，需要将接收的两字节数据拼接后相加，得到校验和（这是因为回显应答时需要先发送ICMP校验和，后发送ICMP数据，且需要发送的ICMP的数据存在FIFO中，提前取出不方便，所以在接收的时候就把数据段相加，得到数据段的累加和，后续在回显应答时直接使用即可）。也就是前文介绍的IP首部校验和计算方式，但是此处只把接收到的两字节数据相加，因为ICMP的校验和还包括ICMP首部，其余运算在ICMP发送时才能继续。
其余部分都比较简单，可以自行查看工程对应文件，参考代码如下：
//The first section: synchronous timing always module, formatted to describe the transfer of the secondary register to the live register ?always@(posedge clk)beginif(!rst_n)beginstate_c <= IDLE;endelse beginstate_c <= state_n;endend//The second paragraph: The combinational logic always module describes the state transition condition judgment.always@(*)begincase(state_c)IDLE:beginif(start)begin//检测到前导码和SFD后跳转到接收以太网帧头数据的状态。state_n = ETH_HEAD;endelse beginstate_n = state_c;endendETH_HEAD:beginif(error_flag)begin//在接收以太网帧头过程中检测到错误。state_n = RX_END;endelse if(end_cnt)begin//接收完以太网帧头数据，且没有出现错误，则继续接收IP协议数据。state_n = IP_HEAD;endelse beginstate_n = state_c;endendIP_HEAD:beginif(error_flag)begin//在接收IP帧头过程中检测到错误。state_n = RX_END;endelse if(end_cnt)begin//接收完以IP帧头数据，且没有出现错误，则继续接收ICMP协议数据。state_n = ICMP_HEAD;endelse beginstate_n = state_c;endendICMP_HEAD:beginif(error_flag)begin//在接收ICMP协议帧头过程中检测到错误。state_n = RX_END;endelse if(end_cnt)begin//接收完以ICMP帧头数据，且没有出现错误，则继续接收ICMP数据。state_n = ICMP_DATA;endelse beginstate_n = state_c;endendICMP_DATA:beginif(error_flag)begin//在接收ICMP协议数据过程中检测到错误。state_n = RX_END;endelse if(end_cnt)begin//接收完ICMP协议数据且未检测到数据错误。state_n = CRC;endelse beginstate_n = state_c;endendCRC:beginif(end_cnt)begin//接收完CRC校验数据。state_n = RX_END;endelse beginstate_n = state_c;endendRX_END:beginif(~gmii_rx_dv)begin//检测到数据线上数据无效。state_n = IDLE;endelse beginstate_n = state_c;endenddefault:beginstate_n = IDLE;endendcaseend//将输入数据保存6个时钟周期，用于检测前导码和SFD。//注意后文的state_c与gmii_rxd_r[0]对齐。always@(posedge clk)begingmii_rxd_r[6] <= gmii_rxd_r[5];gmii_rxd_r[5] <= gmii_rxd_r[4];gmii_rxd_r[4] <= gmii_rxd_r[3];gmii_rxd_r[3] <= gmii_rxd_r[2];gmii_rxd_r[2] <= gmii_rxd_r[1];gmii_rxd_r[1] <= gmii_rxd_r[0];gmii_rxd_r[0] <= gmii_rxd;gmii_rx_dv_r <= {gmii_rx_dv_r[5 : 0],gmii_rx_dv};end//在状态机处于空闲状态下，检测到连续7个8'h55后又检测到一个8'hd5后表示检测到帧头，此时将介绍数据的开始信号拉高，其余时间保持为低电平。always@(posedge clk)beginif(rst_n==1'b0)begin//初始值为0;start <= 1'b0;endelse if(state_c == IDLE)beginstart <= ({gmii_rx_dv_r,gmii_rx_dv} == 8'hFF) && ({gmii_rxd,gmii_rxd_r[0],gmii_rxd_r[1],gmii_rxd_r[2],gmii_rxd_r[3],gmii_rxd_r[4],gmii_rxd_r[5],gmii_rxd_r[6]} == 64'hD5_55_55_55_55_55_55_55);endend//计数器，状态机在不同状态需要接收的数据个数不一样，使用一个可变进制的计数器。always@(posedge clk)beginif(rst_n==1'b0)begin//cnt <= 0;endelse if(add_cnt)beginif(end_cnt)cnt <= 0;elsecnt <= cnt + 1;endelse begincnt <= 0;endend//当状态机不在空闲状态或接收数据结束阶段时计数，计数到该状态需要接收数据个数时清零。assign add_cnt = (state_c != IDLE) && (state_c != RX_END) && gmii_rx_dv_r[0];assign end_cnt = add_cnt && cnt == cnt_num - 1;//状态机在不同状态，需要接收不同的数据个数，在接收以太网帧头时，需要接收14byte数据。always@(posedge clk)beginif(rst_n==1'b0)begin//初始值为20;cnt_num <= 16'd20;endelse begincase(state_c)ETH_HEAD : cnt_num <= 16'd14;//以太网帧头长度位14字节。IP_HEAD : cnt_num <= ip_head_byte_num;//IP帧头为20字节数据。ICMP_HEAD: cnt_num <= 16'd8;//ICMP帧头为8字节数据。ICMP_DATA: cnt_num <= icmp_data_length;//ICMP数据段需要根据数据长度进行变化。CRC : cnt_num <= 16'd4;//CRC校验为4字节数据。default: cnt_num <= 16'd20;endcaseendend//接收目的MAC地址，需要判断这个包是不是发给开发板的，目的MAC地址是不是开发板的MAC地址或广播地址。always@(posedge clk)beginif(rst_n==1'b0)begin//初始值为0;des_mac_t <= 48'd0;endelse if((state_c == ETH_HEAD) && add_cnt && cnt < 5'd6)begindes_mac_t <= {des_mac_t[39:0],gmii_rxd_r[0]};endend//判断接收的数据是否正确，以此来生成错误指示信号，判断状态机跳转。always@(posedge clk)beginif(rst_n==1'b0)begin//初始值为0;error_flag <= 1'b0;endelse begincase(state_c)ETH_HEAD : beginif(add_cnt)if(cnt == 6)//判断接收的数据是不是发送给开发板或者广播数据。error_flag <= ((des_mac_t != BOARD_MAC) && (des_mac_t != 48'HFF_FF_FF_FF_FF_FF));else if(cnt ==12)//判断接收的数据是不是IP协议。error_flag <= ({gmii_rxd_r[0],gmii_rxd} != ETH_TPYE);endIP_HEAD : beginif(add_cnt)beginif(cnt == 9)//如果当前接收的数据不是ICMP协议，停止解析数据。error_flag <= (gmii_rxd_r[0] != ICMP_TYPE);else if(cnt == 16'd18)//判断目的IP地址是否为开发板的IP地址。error_flag <= ({des_ip,gmii_rxd_r[0],gmii_rxd} != BOARD_IP);endendICMP_HEAD : beginif(add_cnt && cnt == 1)begin//ICMP报文类型不是回显请求。error_flag <= (icmp_type != ECHO_REQUEST);endenddefault: error_flag <= 1'b0;endcaseendend//接收IP首部相关数据；always@(posedge clk)beginif(rst_n==1'b0)begin//初始值为0;ip_head_byte_num <= 6'd20;ip_total_length <= 16'd28;des_ip <= 16'd0;icmp_data_length <= 16'd0;endelse if(state_c == IP_HEAD && add_cnt)begincase(cnt)16'd0 : ip_head_byte_num <= {gmii_rxd_r[0][3:0],2'd0};//接收IP首部的字节个数。16'd2 : ip_total_length[15:8] <= gmii_rxd_r[0];//接收IP报文总长度的高八位数据。16'd3 : ip_total_length[7:0] <= gmii_rxd_r[0];//接收IP报文总长度的低八位数据。16'd4 : icmp_data_length <= ip_total_length - ip_head_byte_num - 8;//计算ICMP报文数据段的长度，ICMP帧头为8字节数据。16'd16,16'd17: des_ip <= {des_ip[7:0],gmii_rxd_r[0]};//接收目的IP地址。default: ;endcaseendend//接收ICMP首部相关数据；always@(posedge clk)beginif(rst_n==1'b0)begin//初始值为0;icmp_type <= 8'd0;icmp_code <= 8'd0;icmp_checksum <= 16'd0;icmp_id <= 16'd0;icmp_seq <= 16'd0;endelse if(state_c == ICMP_HEAD && add_cnt)begincase(cnt)16'd0 : icmp_type <= gmii_rxd_r[0];//接收ICMP报文类型。16'd1 : icmp_code <= gmii_rxd_r[0];//接收ICMP报文代码。16'd2,16'd3 : icmp_checksum <= {icmp_checksum[7:0],gmii_rxd_r[0]};//接收ICMP报文帧头和数据的校验和。16'd4,16'd5 : icmp_id <= {icmp_id[7:0],gmii_rxd_r[0]};//接收ICMP的ID。16'd6,16'd7 : icmp_seq <= {icmp_seq[7:0],gmii_rxd_r[0]};//接收ICMP报文的序列号。default: ;endcaseendend//计算接收到的数据的校验和。always@(posedge clk)beginif(rst_n==1'b0)begin//初始值为0;reply_checksum_add <= 16'd0;endelse if(state_c == RX_END)begin//累加器清零。reply_checksum_add <= 16'd0;endelse if(state_c == ICMP_DATA && add_cnt)beginif(end_cnt && icmp_data_length[0])begin//如果计数器计数结束且数据个数为奇数个，那么直接将当前数据与累加器相加。reply_checksum_add <= reply_checksum_add + {8'd0,gmii_rxd_r[0]};endelse if(cnt[0])//计数器计数到奇数时，将前后两字节数据拼接相加。reply_checksum_add <= reply_checksum_add + {gmii_rxd_r[1],gmii_rxd_r[0]};endend//控制FIFO使能信号，以及数据信号。always@(posedge clk)beginfifo_wdata <= (state_c == ICMP_DATA) ? gmii_rxd_r[0] : fifo_wdata;//在接收ICMP数据阶段时，接收数据。fifo_wr <= (state_c == ICMP_DATA);//在接收数据阶段时，将FIFO写使能信号拉高，其余时间均拉低。end//生产CRC校验相关的数据和控制信号。always@(posedge clk)begincrc_data <= gmii_rxd_r[0];//将移位寄存器最低位存储的数据作为CRC输入模块的数据。crc_clr <= (state_c == IDLE);//当状态机处于空闲状态时，清除CRC校验模块计算。crc_en <= (state_c != IDLE) && (state_c != RX_END) && (state_c != CRC);//CRC校验使能信号。end//接收PC端发送来的CRC数据。always@(posedge clk)beginif(rst_n==1'b0)begin//初始值为0;des_crc <= 24'hff_ff_ff;endelse if(add_cnt && state_c == CRC)begin//先接收的是低位数据；des_crc <= {gmii_rxd_r[0],des_crc[23:8]};endend//生成相应的输出数据。always@(posedge clk)beginif(rst_n==1'b0)begin//初始值为0;rec_pkt_done <= 1'b0;data_byte_num <= 16'd0;data_checksum <= 16'd0;end//如果CRC校验成功，把ICMP协议接收完成信号拉高，把接收到ICMP数据个数和数据段的校验和输出。else if(state_c == CRC && end_cnt && ({gmii_rxd_r[0],des_crc[23:0]} == crc_out))beginrec_pkt_done <= 1'b1;data_byte_num <= icmp_data_length;data_checksum <= reply_checksum_add;endelse beginrec_pkt_done <= 1'b0;endend
仿真结果如下图所示，TestBench与ICMP发送模块共用，在下文ICMP顶层模块处提供。
如下图所示，当移位寄存器和输入数据gmii_rdv检测到前导码和帧起始符后，start信号拉高(天蓝色信号)，然后状态机（紫红色信号分别是状态机的次态跟现态）跳转到接收以太网帧头的状态，并且可以看到移位寄存器的最低数据gmii_rxd_r[0]数据与状态机的现态state_c是对齐的。
然后接收以太网帧头，接收到目的MAC地址为48’h001122334455，与开发板的目的MAC一致，则继续接收数据。并且后续协议类型为16’h0800，是IP协议，则状态跳转到接收IP头部数据。
把crc校验模块的使能信号拉高，且把接收到的数据gmii_rxd_r[0]的数据输出给crc校验模块进行计算，如下图四个紫红色与crc有关的信号就是crc校验模块相关的信号。
下图是接收IP头部数据，首先接收IP头部长度为20字节，然后接收IP报文总长度为46字节，计算出ICMP数据段为18字节的长度。在计数器cnt为9时，gmii_rxd_r[0]为1，表示后面是ICMP协议，计数器cnt等于18时，{des_ip,gmii_rxd_r[0],gmii_rxd}=32’hc0a8010a，与开发板的目的IP地址一致，则接收的数据报是发送给开发板的ICMP数据报。
计数器计数到最大值后，状态机跳转到接收ICMP首部数据状态。整个过程中CRC校验模块一直在对接收的数据进行校验计算。
状态机在接收ICMP首部数据的仿真如下图所示，接收到的类型为8，代码为0，则表示该ICMP数据报是ICMP回显请求。继续接收ICMP的标识符为1，序列号为8，将序列号和标识符输出。注意crc校验模块依旧在对接收的数据进行计算。ICMP首部接收完成后状态机跳转到接收ICMP数据状态。
下图是接收ICMP数据的时序仿真，前文计算出需要接收18字节的ICMP数据，所以计数器cnt最大值为17。计数器为奇数时，将接收的前两字节数据拼接并与校验和数据相加，得到最后的校验和数据。注意如果接收数据个数是单数，则计数器结束时，把接收的数据直接与校验和相加。得到ICMP数据段校验和数据为32’h0003C4C9，输出给ICMP发送模块使用。
还需要把该数据段输出给外部FIFO进行暂存，将FIFO的写使能拉高，gmii_rxd_r[0]赋值给FIFO写数据。该状态结束时，crc校验模块也对接收的这帧数据校验完成，由图可知校验结果为32’h8c2aff78。
下图是接收CRC校验阶段，如图所示，计数器为3时，{ gmii_rxd_r[0],des_crc} = 32‘h8c2aff78，与crc校验模块计算的结果一致，则表示接收的数据正确，把rec_pkt_done信号拉高一个时钟周期，表示接收数据完成，把ICMP数据段的长度和数据校验和输出，便于后面ICMP回显应答使用。
3、ICMP发送模块
该模块设计比较简单，通过一个状态机，嵌套计数器就可以完成。状态转换图如下所示。
设计思路与ARP发送模块没有太大区别，相比ARP发送模块，会稍微复杂一点，需要注意两点：
1. ICMP发送模块需要在发送IP首部和ICMP首部之前计算校验码，本设计是在发送以太网帧头的时候，同步计算出IP首部校验和、ICMP校验和，然后发送IP首部和ICMP首部时直接使用即可，也不会占用额外的时钟周期。
2. ICMP的数据段需要从外部FIFO（FIFO的配置在后文出现）中读取数据，本文使用的FIFO工作在超前模式，也就是读使能有效的时候，读数据就是有效的，不需要提前产生读使能。特别注意FIFO输出数据与数据流的对接问题。
计数器cnt的位宽扩展到16位，因为ICMP数据段可能会很长，所有计数器就与IP首部的总长度位宽保持一致。
其余设计与ARP发送模块基本一致，本文不再赘述，参考代码如下：
always@(posedge clk)beginif(rst_n==1'b0)begin//初始值为0;ip_head[0] <= 32'd0;ip_head[1] <= 32'd0;ip_head[2] <= 32'd0;ip_head[3] <= 32'd0;ip_head[4] <= 32'd0;icmp_head[0] <= 32'd0;icmp_head[1] <= 32'd0;ip_head_check <= 32'd0;icmp_check <= 32'd0;des_ip_r <= DES_IP;des_mac_r <= DES_MAC;tx_byte_num_r <= MIN_DATA_NUM;ip_total_num <= MIN_DATA_NUM + 28;end//在状态机空闲状态下，上游发送使能信号时，将目的MAC地址和目的IP以及ICMP需要发送的数据个数进行暂存。else if(state_c == IDLE && icmp_tx_en)beginicmp_head[1] <= {icmp_id,icmp_seq};//16位ICMP标识符和16位序列号。icmp_check <= reply_checksum;//将数据段的校验和暂存。tx_byte_num_r <= tx_byte_num;//如果需要发送的数据多余最小长度要求，则发送的总数居等于需要发送的数据加上ICMP和IP帧头数据。ip_total_num <= (((tx_byte_num >= MIN_DATA_NUM) ? tx_byte_num : MIN_DATA_NUM) + 28);if((des_mac != 48'd0) && (des_ip != 48'd0))begin//当接收到目的MAC地址和目的IP地址时更新。des_ip_r <= des_ip;des_mac_r <= des_mac;endend//在发送以太网帧头时，就开始计算IP帧头和ICMP的校验码，并将计算结果存储，便于后续直接发送。else if(state_c == ETH_HEAD && add_cnt)begincase (cnt)16'd0 : begin//初始化需要发送的IP头部数据。ip_head[0] <= {IP_VERSION,IP_HEAD_LEN,8'h00,ip_total_num[15:0]};//依次表示IP版本号，IP头部长度，IP服务类型，IP包的总长度。ip_head[2] <= {8'h80,8'd01,16'd0};//分别表示生存时间，协议类型，1表示ICMP，2表示IGMP，6表示TCP，17表示UDP协议，低16位校验和先默认为0；ip_head[3] <= BOARD_IP;//源IP地址。ip_head[4] <= des_ip_r;//目的IP地址。icmp_head[0] <= {ECHO_REPLY,24'd0};//8位类型与8位代码，16位的校验码。end16'd1 : begin//开始计算IP头部和ICMP的校验和数据，并且将计算结果存储到对应位置。ip_head_check <= ip_head[0][31 : 16] + ip_head[0][15 : 0];icmp_check <= icmp_check + icmp_head[0][31 : 16];end16'd2 : beginip_head_check <= ip_head_check + ip_head[1][31 : 16];icmp_check <= icmp_check + icmp_head[1][31 : 16];end16'd3 : beginip_head_check <= ip_head_check + ip_head[1][15 : 0];icmp_check <= icmp_check + icmp_head[1][15 : 0];end16'd4 : beginip_head_check <= ip_head_check + ip_head[2][31 : 16];icmp_check <= icmp_check[31 : 16] + icmp_check[15 : 0];//可能出现进位,累加一次。end16'd5 : beginip_head_check <= ip_head_check + ip_head[3][31 : 16];icmp_check <= icmp_check[31 : 16] + icmp_check[15 : 0];//可能出现进位,再累加一次。end16'd6 : beginip_head_check <= ip_head_check + ip_head[3][15 : 0];icmp_head[0][15:0] <= ~icmp_check[15 : 0];//按位取反得到校验和。icmp_check <= 32'd0;//将校验和清零，便于下次使用。end16'd7 : beginip_head_check <= ip_head_check + ip_head[4][31 : 16];end16'd8 : beginip_head_check <= ip_head_check + ip_head[4][15 : 0];end16'd9,16'd10 : beginip_head_check <= ip_head_check[31 : 16] + ip_head_check[15 : 0];end16'd11 : beginip_head[2][15:0] <= ~ip_head_check[15 : 0];ip_head_check <= 32'd0;//校验和清零，用于下次计算。enddefault: beginicmp_check <= 32'd0;//将校验和清零，便于下次使用。ip_head_check <= 32'd0;//校验和清零，用于下次计算。endendcaseendelse if(state_c == IP_HEAD && end_cnt)ip_head[1] <= {ip_head[1][31:16]+1,16'h4000};//高16位表示标识，每次发送数据后会加1，低16位表示不分片。end//The first section: synchronous timing always module, formatted to describe the transfer of the secondary register to the live register ?always@(posedge clk)beginif(!rst_n)beginstate_c <= IDLE;endelse beginstate_c <= state_n;endend//The second paragraph: The combinational logic always module describes the state transition condition judgment.always@(*)begincase(state_c)IDLE:beginif(icmp_tx_en)begin//在空闲状态接收到上游发出的使能信号；state_n = PREAMBLE;endelse beginstate_n = state_c;endendPREAMBLE:beginif(end_cnt)begin//发送完前导码和SFD；state_n = ETH_HEAD;endelse beginstate_n = state_c;endendETH_HEAD:beginif(end_cnt)begin//发送完以太网帧头数据；state_n = IP_HEAD;endelse beginstate_n = state_c;endendIP_HEAD:beginif(end_cnt)begin//发送完IP帧头数据；state_n = ICMP_HEAD;endelse beginstate_n = state_c;endendICMP_HEAD:beginif(end_cnt)begin//发送完ICMP帧头数据；state_n = ICMP_DATA;endelse beginstate_n = state_c;endendICMP_DATA:beginif(end_cnt)begin//发送完icmp协议数据；state_n = CRC;endelse beginstate_n = state_c;endendCRC:beginif(end_cnt)begin//发送完CRC校验码；state_n = IDLE;endelse beginstate_n = state_c;endenddefault:beginstate_n = IDLE;endendcaseend//计数器，用于记录每个状态机每个状态需要发送的数据个数，每个时钟周期发送1byte数据。always@(posedge clk)beginif(rst_n==1'b0)begin//cnt <= 0;endelse if(add_cnt)beginif(end_cnt)cnt <= 0;elsecnt <= cnt + 1;endendassign add_cnt = (state_c != IDLE);//状态机不在空闲状态时计数。assign end_cnt = add_cnt && cnt == cnt_num - 1;//状态机对应状态发送完对应个数的数据。//状态机在每个状态需要发送的数据个数。always@(posedge clk)beginif(rst_n==1'b0)begin//初始值为20;cnt_num <= 16'd20;endelse begincase (state_c)PREAMBLE : cnt_num <= 16'd8;//发送7个前导码和1个8'hd5。ETH_HEAD : cnt_num <= 16'd14;//发送14字节的以太网帧头数据。IP_HEAD : cnt_num <= 16'd20;//发送20个字节是IP帧头数据。ICMP_HEAD : cnt_num <= 16'd8;//发送8字节的ICMP帧头数据。ICMP_DATA : if(tx_byte_num_r >= MIN_DATA_NUM)//如果需要发送的数据多余以太网最短数据要求，则发送指定个数数据。cnt_num <= tx_byte_num_r;else//否则需要将指定个数数据发送完成，不足长度补零，达到最短的以太网帧要求。cnt_num <= MIN_DATA_NUM;CRC : cnt_num <= 6'd5;//CRC在时钟1时才开始发送数据，这是因为CRC计算模块输出的数据会延后一个时钟周期。default: cnt_num <= 6'd20;endcaseendend//根据状态机和计数器的值产生输出数据，只不过这不是真正的输出，还需要延迟一个时钟周期。always@(posedge clk)beginif(rst_n==1'b0)begin//初始值为0;crc_data <= 8'd0;endelse if(add_cnt)begincase (state_c)PREAMBLE : if(end_cnt)crc_data <= 8'hd5;//发送1字节SFD编码；elsecrc_data <= 8'h55;//发送7字节前导码；ETH_HEAD : if(cnt < 6)crc_data <= des_mac_r[47 - 8*cnt -: 8];//发送目的MAC地址，先发高字节；else if(cnt < 12)crc_data <= BOARD_MAC[47 - 8*(cnt-6) -: 8];//发送源MAC地址，先发高字节；elsecrc_data <= ETH_TYPE[15 - 8*(cnt-12) -: 8];//发送源以太网协议类型，先发高字节；IP_HEAD : if(cnt < 4)//发送IP帧头。crc_data <= ip_head[0][31 - 8*cnt -: 8];else if(cnt < 8)crc_data <= ip_head[1][31 - 8*(cnt-4) -: 8];else if(cnt < 12)crc_data <= ip_head[2][31 - 8*(cnt-8) -: 8];else if(cnt < 16)crc_data <= ip_head[3][31 - 8*(cnt-12) -: 8];else crc_data <= ip_head[4][31 - 8*(cnt-16) -: 8];ICMP_HEAD : if(cnt < 4)//发送ICMP帧头数据。crc_data <= icmp_head[0][31 - 8*cnt -: 8];elsecrc_data <= icmp_head[1][31 - 8*(cnt-4) -: 8];ICMP_DATA : if(cnt_num >= MIN_DATA_NUM)//需要判断发送的数据是否满足以太网最小数据要求。crc_data <= fifo_rdata;//如果满足最小要求，将从FIFO读出的数据输出即可。else if(cnt < cnt_num)//不满足最小要求时，先将需要发送的数据发送完。crc_data <= fifo_rdata;//将从FIFO读出的数据输出即可。else//剩余数据补充0.crc_data <= 8'd0;default : ;endcaseendend//fifo读使能信号，初始值为0，当发送完ICMP帧头时拉高，当发送完ICMP数据时拉低。always@(posedge clk)beginif(rst_n==1'b0)begin//初始值为0;fifo_rd_en <= 1'b0;endelse if(state_c == ICMP_HEAD && end_cnt)beginfifo_rd_en <= 1'b1;endelse if(state_c == ICMP_DATA && end_cnt)beginfifo_rd_en <= 1'b0;endend//生成一个crc_data指示信号，用于生成gmii_txd信号。always@(posedge clk)beginif(rst_n==1'b0)begin//初始值为0;gmii_tx_en_r <= 1'b0;endelse if(state_c == CRC)begingmii_tx_en_r <= 1'b0;endelse if(state_c == PREAMBLE)begingmii_tx_en_r <= 1'b1;endend//生产CRC校验模块使能信号，初始值为0，当开始输出以太网帧头时拉高，当ARP和以太网帧头数据全部输出后拉低。always@(posedge clk)beginif(rst_n==1'b0)begin//初始值为0;crc_en <= 1'b0;endelse if(state_c == CRC)begin//当ARP和以太网帧头数据全部输出后拉低.crc_en <= 1'b0;end//当开始输出以太网帧头时拉高。else if(state_c == ETH_HEAD && add_cnt)begincrc_en <= 1'b1;endend//生产CRC校验模块清零信号，状态机处于空闲时清零。always@(posedge clk)begincrc_clr <= (state_c == IDLE);end//生成gmii_txd信号，默认输出0。always@(posedge clk)beginif(rst_n==1'b0)begin//初始值为0;gmii_txd <= 8'd0;end//在输出CRC状态时，输出CRC校验码，先发送低位数据。else if(state_c == CRC && add_cnt && cnt>0)begingmii_txd <= crc_out[8*cnt-1 -: 8];end//其余时间如果crc_data有效，则输出对应数据。else if(gmii_tx_en_r)begingmii_txd <= crc_data;endend//生成gmii_txd有效指示信号。always@(posedge clk)begingmii_tx_en <= gmii_tx_en_r || (state_c == CRC);end//模块忙闲指示信号，当接收到上游模块的使能信号或者状态机不处于空闲状态时拉低，其余时间拉高。//该信号必须使用组合逻辑产生，上游模块必须使用时序逻辑检测该信号。always@(*)beginif(icmp_tx_en || state_c != IDLE)rdy = 1'b0;elserdy = 1'b1;end
TestBench与ICMP接收模块共用，在后文出现，仿真如下所示，当检测到开始发送数据信号有效时，将ICMP数据长度、数据段的校验和reply_checksum、目的MAC地址、目的IP地址保存，计算出IP的报文总长度。
状态机跳转到发送前导码和帧起始符状态，crc_data这个数据延时一拍就会作为输出数据gmii_txd。
状态机处于发送以太网帧头状态时，还在计算IP首部和ICMP的校验和，并且将计算结果存储到IP首部和ICMP首部存储体的对应位置，仿真如下图所示。
下图时状态机处于发送IP首部状态，将IP首部存储体中的数据依次输出，蓝色信号为IP首部存储体数据，crc_data是输出给crc校验模块计算的数据，该信号延迟一个时钟周期后得到gmii_txd输出信号。
下图是发送ICMP首部存储体中的数据，与上图类似。
发送完ICMP首部数据后，从fifo中读取tx_byte_num_r个数据输出，如下图所示。FIFO读使能与读数据对齐，所以直接使用即可。
最后就是CRC校验，由于CRC校验模块输出数据会滞后输入数据一个时钟周期，导致需要把crc_data延迟一个时钟周期后在接上CRC校验模块输出的数据，才算正确，这也是为什么需要把crc_data延时一个时钟得到gmii_txd的原因。
ICMP发送模块的设计和仿真到此结束了。
4、FIFO IP设置
FIFO IP设置为超前模式，这样读数据时，读使能和读数据就能直接对齐了，读数据不会滞后读使能，这样用起来更方便。
位宽设置为8位，数据深度设置为1024字节，设置为2048更好。
其余设置默认即可，复位采用低电平有效。
5、ARP和ICMP控制模块
arp和icmp的控制模块如下所示，当arp发送模块输出数据且icmp发送模块空闲时，将arp发送模块的输出作为gmii_txd的数据。如果icmp发送模块输出有效数据且arp发送模块空闲时，将icmp发送模块的输出作为gmii_txd的数据。
当arp接收模块接收到数据后，将arp发送模块使能信号拉高，当icmp接收模块到回显请求时，把icmp发送模块的使能信号拉高，实现回显应答。
该模块的参考代码如下所示：
//ARP发送数据报的类型。always@(posedge clk)beginif(rst_n==1'b0)begin//初始值为0;arp_tx_type <= 1'b0;endelse if(arp_rx_done && ~arp_rx_type)begin//接收到PC的ARP请求时，应该回发应答信号。arp_tx_type <= 1'b1;endelse if(key_in || (arp_rx_done && arp_rx_type))begin//其余时间发送请求指令。arp_tx_type <= 1'b0;endend//接收到ARP请求数据报文时，将接收到的目的MAC和IP地址输出。always@(posedge clk)beginif(rst_n==1'b0)begin//初始值为0;arp_tx_start <= 1'b0;des_mac <= 48'd0;des_ip <= 32'd0;endelse if(arp_rx_done && ~arp_rx_type)beginarp_tx_start <= 1'b1;des_mac <= src_mac;des_ip <= src_ip;endelse if(key_in)beginarp_tx_start <= 1'b1;endelse beginarp_tx_start <= 1'b0;endend//接收到ICMP请求数据报文时，发送应答数据报。always@(posedge clk)beginif(rst_n==1'b0)begin//初始值为0;icmp_tx_start <= 1'b0;icmp_tx_byte_num <= 16'd0;endelse if(icmp_rx_done)beginicmp_tx_start <= 1'b1;icmp_tx_byte_num <= icmp_rx_byte_num;endelse beginicmp_tx_start <= 1'b0;endend//对两个模块需要发送的数据进行整合。always@(posedge clk)beginif(rst_n==1'b0)begin//初始值为0;gmii_tx_en <= 1'b0;gmii_txd <= 8'd0;end//如果ARP发送模块输出有效数据，且ICMP发送模块处于空闲状态，则将ARP相关数据输出。else if(arp_gmii_tx_en && icmp_tx_rdy)begingmii_tx_en <= arp_gmii_tx_en;gmii_txd <= arp_gmii_txd;end//如果ICMP发送模块输出有效数据且ARP发送模块处于空闲，则将ICMP相关数据输出。else if(icmp_gmii_tx_en && arp_tx_rdy)begingmii_tx_en <= icmp_gmii_tx_en;gmii_txd <= icmp_gmii_txd;endelse begingmii_tx_en <= 1'b0;endend
由于模块比较简单，所以不再单独仿真，后文直接上板测试即可。
6、上板测试
在工程中加入ILA，综合工程，然后下载到开发板，最后打开wireshark软件，该软件在ARP实现文中已经使用过，不再赘述。将电脑的IP设置为顶层文件的目的IP地址，设置方式在ARP文中也做了详细介绍，不知道怎么设置的可以去看看。
然后以管理员身份选打开命令提示符，然后运行wireshark，把gmii_rx_dv上升沿作为ILA的触发条件，连续抓取32帧数据。在命令提示符中发送ping 192.168.1.10，如下图所示。
Ping指令运行结果如下所示，一般PC会发送4次回显请求，如果四次回显请求都被应答，则认为ping通了，丢失为0。
Wireshark抓取的数据报如下所示，粉色信号就是ICMP的回显请求和回显应答数据报。比如第9和10数据报，分别是PC发给FPGA的回显请求和FPGA发送给PC端的回显应答。注意两个报文的标识符和序列号是一致的，这也是分别应答和请求数据报的对应关系。
ILA抓取的PC端发送的回显请求数据报如下所示。
将回显请求数据报的数据段放大，如下图所示，并且与Wireshark的9号数据报的数据段进行对比，可知FPGA接收的数据正确。
FPGA在接收到回显请求时，给PC端发出回显应答数据报，ILA抓取该数据报如下图所示。
Wireshark抓取的回显应答数据报如下所示，感兴趣的可以使用工程查看。
至于CRC校验这些，与ARP实现的文中是一致的，本文不再赘述，需要了解的可以查看前文。
本工程可以在公众号后台回复“基于FPGA的ICMP实现”（不包含引号）获取。
