011 FPGA千兆网TCP通信【转载】

一、LWIP

首先通过上面的简单分析，我们应该很清楚一件事：TCP协议很复杂，光握手过程就需要“三次握手、四次挥手”的复杂过程，不是特别适合FPGA的纯逻辑实现，因为用FPGA实现以太网通信的主要目的就是进行低延时的传输数据，而一旦设计规模达到一定量级，FPGA实现通信的优势便不复存在，转而体现出“性价比”低的劣势。

难道利用TCP协议进行通信就不可实现吗？答案当然是否。因为现在各大厂商都会在自己芯片内部增加软核和硬核，而利用软核和硬核来实现以太网通信也是目前使用比较广泛的方式，但是并不是所有的TCP协议都适合软核或者硬核实现，接下来就简单介绍比较简单的TCP/IP协议栈lwIP （A Lightweight TCP/IP stack）。

首先看下LwIP的网络模型，这样就会有个整体概念，如下图所示：

图8‑16 LwIP模型

UDP/IP模型后面会详细介绍，这张图片也没有很特殊的东西，主要对LwIP有个整体的概念。

LwIP实现的重点是在保持TCP协议主要功能的基础上减少对RAM 的占用，它只需十几KB的RAM和40K左右的ROM就可以运行，这使LwIP协议栈适合在低端的嵌入式系统中使用。LwIP 具有三种应用编程接口 （API）：

Raw API：为原始的 LwIP API。它通过事件回调机制进行应用开发。该 API 提供了最好的性能和优化的代码长度，但增加了应用开发的复杂性。

Netconn API：为高层有序 API，需要实时操作系统 （RTOS）的支持 （提供进程间通讯的方法）。 Netconn API 支持多线程工作。

BSD Socket API：类似 Berkeley 的套接字 API （开发于 Netconn API 之上） 。

对于以上三种接口，前一种只需要裸机即可调用，后两种需要操作系统才能调用。所以据此LwIP存在两种移植方式：一是，只移植内核，此时应用程序的编写只能基于RAW/Callback API进行。二是，移植内核和上层API，此时应用程序编写可以使用3种API，即：RAW/Callback API、Sequential API和Socket API。

基本概念差不多就介绍这么多，过多的介绍就是关于协议的详细分析了，里面主要涉及到协议栈的东西，就不过多介绍了，大家可以去

https://www.oschina.net/p/lwip

https://savannah.nongnu.org/projects/lwip/

http://lwip.nongnu.org/

详细了解。

对于中低端FPGA移植LwIP主要使用无操作系统，针对MicroBlaze使用也很方便，对于一些高端FPGA（带高端ARM核）的可以进行有操作系统移植，Xilinx官方针对这两方面应用都有很详细的教程和源码可以参考，后面会结合代码进行介绍，但是不会涉及到协议的具体代码，因为我不会！

二、参考资料

1、https://mp.weixin.qq.com/s/BtCoriWyoBQndKm_JAjPcQ