TCP解帧解码、并发送有效数据到FPGA

TCP解帧解码、并发送有效数据到FPGA

工程的功能：使用TCP协议接收到网络调试助手发来的指令，将指令进行解帧，提取出帧头、有限数据、帧尾；再将有效数据发送到FPGA端的BRAM上，实现信息传递。

参考：正点原子启明星ZYNQ之嵌入式SDK开发指南_V2.0：第三十九章 基于 TCP 协议的远程更新 QSPI Flash 实验 和 第十五章 基于 BRAM 的 PS 和 PL 的数据交互

TCP接收、解帧功能的实现

在正点原子提供的“基于 TCP 协议的远程更新 QSPI Flash 实验”例程中，是使用TCP协议实现远程更新 QSPI 的功能。在本项目中，将其改为接收并且解帧的功能。

  • 如何实现？

先分析一下正点原子的源代码：

在“qspi_remote_update.c”代码中，以下这段代码：

//接收回调函数
static err_t recv_callback(void *arg, struct tcp_pcb *tpcb, struct pbuf *p, err_t err)
{
    struct pbuf *q;

    if (!p)
    {
        tcp_close(tpcb);
        tcp_recv(tpcb, NULL);
        xil_printf("tcp connection closed\r\n");
        return ERR_OK;
    }
    q = p;

    //当接收到的数据长度为 6 且内容为“update”时,发送完数据且准备更新 QSPI
    if (q->tot_len == 6 && !(memcmp("update", p->payload, 6)))
    {
        start_update_flag = 1;
        sent_msg("\r\nStart QSPI Update\r\n");//向网络调试助手发送数据
    }
    //当接收到的数据长度为 5 且内容为“clear”时,清除先前发送的数据
    else if (q->tot_len == 5 && !(memcmp("clear", p->payload, 5)))
    {
        start_update_flag = 0;
        total_bytes = 0;
        sent_msg("Clear received data\r\n");
        xil_printf("Clear received data\r\n");
    }
    //对于除此之外接收到的信息，将写入到 rxbuffer中,rxbuffer是一个大小为 MAX_FLASH_LEN 的数组，用于存放发送方发送的 BOOT.bin 文件数据
    else {
    	xil_printf("tot_len=%d    len=%d\r\n",q->tot_len,q->len);

        while (q->tot_len != q->len)
        {
        	//tot_len:表示客户端发送数据的总字节数
        	//len：表示服务器端接收客户端发过来的有效字节数
        	//字符串复制函数。从q->payload中复制q->len个字节到&  rxbuffer[total_bytes]中
            memcpy(&rxbuffer[total_bytes], q->payload, q->len);
            total_bytes += q->len;//更新总字节数
            q = q->next;

        }

        memcpy(&rxbuffer[total_bytes], q->payload, q->len);
        total_bytes += q->len;

    }
    tcp_recved(tpcb, p->tot_len);//当程序处理完数据后一定要调用这个函数，通知内核更新接收窗口
    pbuf_free(p);


    return ERR_OK;
}

代码中我加的注释很详细，这里再简单分析一下。在这之前的代码中，ZYNQ将接收到的信息（BOOT.bin文件）写入到了QSPI中。

上面的这段代码是一个判断：

  • 当接收数据长度为 6 且内容为“update”时,发送完数据且准备更新 QSPI；

  • 当接收到的数据长度为 5 且内容为“clear”时,清除先前发送的数据；

  • 除此之接收的信息，一律全写入rxbuffer中。这个rxbuffer就是用于存储BOOT.bin文件的。

所以，我们可以这样改：前面的两个判断全部不要了，所有来的信息我全部都接收，存入rxbuffer中，之后再来判断。

//接收回调函数
static err_t recv_callback(void *arg, struct tcp_pcb *tpcb, struct pbuf *p, err_t err)
{
    struct pbuf *q;

    if (!p)
    {
        tcp_close(tpcb);
        tcp_recv(tpcb, NULL);
        xil_printf("tcp connection closed\r\n");
        return ERR_OK;
    }
    q = p;
    
   	receive_flag = 1;	//receive_flag是接收数据的标志位
    //接收到的信息，将写入到 rxbuffer 中,rxbuffer是一个大小为 MAX_FLASH_LEN 的数组
    while(q->tot_len != q->len)	//tot_len == len 时，表明已经传输到最后一个了。
    {
    	xil_printf("tot_len=%d    len=%d\r\n",q->tot_len,q->len);
    	//tot_len:表示客户端发送数据的总字节数
    	//len：表示服务器端接收客户端发过来的有效字节数
    	//memcpy:字符串复制函数。从q->payload中复制q->len个字节到&  rxbuffer[total_bytes]中
    	memcpy(&rxbuffer[total_bytes], q->payload, q->len);
    	total_bytes += q->len;//更新总字节数
    	q = q->next;
    }
    memcpy(&rxbuffer[total_bytes], q->payload, q->len);  //对最后一个进行接收
    total_bytes += q->len;
    
    tcp_recved(tpcb, p->tot_len);//当程序处理完数据后一定要调用这个函数，通知内核更新接收窗口
    pbuf_free(p);

    return ERR_OK;
}

改为以上代码，这样，不管网络调试助手发送什么数据，我能全部接收，并存入rxbuffer中，方便后面的解析。

如何解帧？

关于帧头、帧尾、有效数据的概念，这里不再赘述。总之，我们要实现的功能是：只有按照特定的帧头、帧尾发送数据，这个数据才是有效的，才能被我使用；按照其他格式发送的数据一律无效

假设我的帧头是：AAAA5555

帧尾是：5555AAAA

需要发送的有效数据是8个字节、32位（如 12345678）

    if(receive_flag == 1)
    {
    	sent_msg("TCP recv\r\n");
    	receive_flag = 0;
    	//帧头
    	frame_header = (rxbuffer[0]<<24)+(rxbuffer[1]<<16)+(rxbuffer[2]<<8)+rxbuffer[3];

    	xil_printf("rxbuffer[0] = %x\r\n",rxbuffer[0]);
    	xil_printf("rxbuffer[1] = %x\r\n",rxbuffer[1]);
    	xil_printf("rxbuffer[2] = %x\r\n",rxbuffer[2]);
    	xil_printf("rxbuffer[3] = %x\r\n",rxbuffer[3]);
    	xil_printf("rxbuffer[4] = %x\r\n",rxbuffer[4]);
    	xil_printf("rxbuffer[5] = %x\r\n",rxbuffer[5]);
    	xil_printf("rxbuffer[6] = %x\r\n",rxbuffer[6]);
    	xil_printf("rxbuffer[7] = %x\r\n",rxbuffer[7]);
    	xil_printf("rxbuffer[8] = %x\r\n",rxbuffer[8]);
    	xil_printf("rxbuffer[9] = %x\r\n",rxbuffer[9]);
    	xil_printf("rxbuffer[10] = %x\r\n",rxbuffer[10]);
    	xil_printf("rxbuffer[11] = %x\r\n",rxbuffer[11]);

    	xil_printf("frame_header = %x\r\n",frame_header);
    	if(frame_header == 0xAAAA5555)
    	{
    		//帧尾
    		frame_end = (rxbuffer[8]<<24)+(rxbuffer[9]<<16)+(rxbuffer[10]<<8)+rxbuffer[11];
    		xil_printf("frame_end = %x\r\n",frame_end);
    		if(frame_end == 0x5555AAAA)
    		{
    			//有效数据
    			vaild_data = (rxbuffer[4]<<24)+(rxbuffer[5]<<16)+(rxbuffer[6]<<8)+rxbuffer[7];
    			xil_printf("vaild_data = %x\r\n",vaild_data);
                total_bytes = 0;	//如果帧头，帧尾都正确，指针清零
    		}
    		else
    		{
    			xil_printf("frame_end detection is error!\r\n");
    			total_bytes = 0;	//如果帧尾不正确，指针清零
    		}
    	}
    	else
    	{
    		xil_printf("frame_header detection is error!\r\n");
    		total_bytes = 0;	//如果帧头不正确，指针清零
    	}
    }

代码解释：在代码最前面，定义了 u32 frame_header = 0; u32 frame_end = 0; u32 vaild_data = 0;

用来存储帧头、帧尾和有效数据。

frame_header = (rxbuffer[0]<<24)+(rxbuffer[1]<<16)+(rxbuffer[2]<<8)+rxbuffer[3];

解释：假如我发送的信息是“AAAA5555123456785555AAAA”那么，rxbuffer[0]是“AA”、rxbuffer[1]是“AA”、rxbuffer[2]是“55”依此类推。rxbuffer[i]的数据是8位的，需要将它们拼成32位的帧头、帧尾、有效数据。这行代码就实现了这个功能。

中间的xil_printf函数可以帮助理解代码。

并且如果帧头或帧尾不正确，则将total_bytes清零，即把rxbuffer清零，这组数据无效。

PS_PL传输数据

按照正点原子 第十五章 基于 BRAM 的 PS 和 PL 的数据交互 实验，硬件工作不再赘述。

将软件的代码移植到qspi_remote_update.c文件中即可。

#define PL_BRAM_START			PL_BRAM_RD_S00_AXI_SLV_REG0_OFFSET	//RAM读开始寄存器地址
#define PL_BRAM_START_ADDR		PL_BRAM_RD_S00_AXI_SLV_REG1_OFFSET	//RAM起始寄存器地址
#define PL_BRAM_LEN				PL_BRAM_RD_S00_AXI_SLV_REG2_OFFSET	//PL读 RAM的深度
#define	PL_BRAM_BASE			XPAR_PL_BRAM_RD_0_S00_AXI_BASEADDR	//PL_RAM_RD基地址

#define START_ADDR			0	//RAM起始地址范围:0~1023
#define BRAM_DATA_BYTE		4	//BRAM数据字节个数

char ch_data[1024];		//写入BRAM的字符数组
int  ch_data_len;		//写入BRAM的字符个数

......省略中间的代码......
    
//接收回调函数
static err_t recv_callback(void *arg, struct tcp_pcb *tpcb, struct pbuf *p, err_t err)
{
    struct pbuf *q;
    u16 i;
    u16 j;
	int wr_cnt = 0;
	int read_data = 0;
	int ch_data_len = 8;

    if (!p)
    {
        tcp_close(tpcb);
        tcp_recv(tpcb, NULL);
        xil_printf("tcp connection closed\r\n");
        return ERR_OK;
    }
    q = p;

    receive_flag = 1;

    //接收到的信息，将写入到 rxbuffer中,rxbuffer是一个大小为 MAX_FLASH_LEN 的数组
    while(q->tot_len != q->len)	//tot_len == len 时，表明已经传输到最后一个了。
    {
    	xil_printf("tot_len=%d    len=%d\r\n",q->tot_len,q->len);
    	//tot_len:表示客户端发送数据的总字节数
    	//len：表示服务器端接收客户端发过来的有效字节数
    	//memcpy:字符串复制函数。从q->payload中复制q->len个字节到&  rxbuffer[total_bytes]中
    	memcpy(&rxbuffer[total_bytes], q->payload, q->len);
    	total_bytes += q->len;//更新总字节数
    	q = q->next;
    }
    memcpy(&rxbuffer[total_bytes], q->payload, q->len);  //对最后一个进行接收
    total_bytes += q->len;
    for(j=0;j<30;j++);
    Xil_Out32(XPAR_BRAM_0_BASEADDR,0);//clear

    if(receive_flag == 1)
    {
    	sent_msg("TCP recv\r\n");
    	receive_flag = 0;
    	//帧头
    	frame_header = (rxbuffer[0]<<24)+(rxbuffer[1]<<16)+(rxbuffer[2]<<8)+rxbuffer[3];
    	xil_printf("frame_header = %x\r\n",frame_header);
    	if(frame_header == 0xAAAA5555)
    	{
    		//帧尾
    		frame_end = (rxbuffer[8]<<24)+(rxbuffer[9]<<16)+(rxbuffer[10]<<8)+rxbuffer[11];
    		xil_printf("frame_end = %x\r\n",frame_end);
    		if(frame_end == 0x5555AAAA)
    		{
    			//有效数据
    			vaild_data = (rxbuffer[4]<<24)+(rxbuffer[5]<<16)+(rxbuffer[6]<<8)+rxbuffer[7];
    			xil_printf("vaild_data = %x\r\n",vaild_data);

    			//将有效数据写入BRAM,每次循环向 BRAM中写入 1 个字符;vaild_data的长度是4个字节
    			for(i = 0; i<(START_ADDR + ch_data_len)*BRAM_DATA_BYTE; i+=BRAM_DATA_BYTE)
    			{
    				XBram_WriteReg(XPAR_BRAM_0_BASEADDR,i,vaild_data[wr_cnt]);
    				wr_cnt++;
    			}
    			//配置PL_BRAM_RD起始地址
    			PL_BRAM_RD_mWriteReg(PL_BRAM_BASE,PL_BRAM_START_ADDR,START_ADDR*BRAM_DATA_BYTE);
    			//配置PL_BRAM_RD长度
    			PL_BRAM_RD_mWriteReg(PL_BRAM_BASE,PL_BRAM_LEN,ch_data_len*BRAM_DATA_BYTE);
    			//配置PL_BRAM_RD开始读信号,产生一个上升沿
    			PL_BRAM_RD_mWriteReg(PL_BRAM_BASE,PL_BRAM_START,1);
    			PL_BRAM_RD_mWriteReg(PL_BRAM_BASE,PL_BRAM_START,0);
                
                total_bytes = 0;	//如果帧头，帧尾都正确，指针清零
    		}
    		else
    		{
    			xil_printf("frame_end detection is error!\r\n");
    			total_bytes = 0;	//如果帧尾不正确，指针清零
    		}
    	}
    	else
    	{
    		xil_printf("frame_header detection is error!\r\n");
    		total_bytes = 0;	//如果帧头不正确，指针清零
    	}
    }
    tcp_recved(tpcb, p->tot_len);//当程序处理完数据后一定要调用这个函数，通知内核更新接收窗口
    pbuf_free(p);

    return ERR_OK;
}

......省略后面的代码......

实验结果

在这里插入图片描述

上面是UART串口打印出的数据，上面显示了帧头：AAAA5555;帧尾：5555AAAA;有效数据：12345678

在这里插入图片描述

上面是FPGA ILA抓取的波形。可以看到，有效数据12345678被存入到了BRAM中。

注

以上代码只是一个雏形/模板，根据具体情况要更改很多的地方。如果这篇文章和正点原子的两个例程学明白了，那就自然会变通了。

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