CN113452804B - 基于vhdl语言实现arp和udp协议数据通信的星载通信装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于VHDL语言实现ARP和UDP协议数据通信的星载通信装置,包括太网物理层同步模块、ARP/UDP数据解析模块、并行CRC校验模块、以ARP数据解析模块、ARP学习控制模块、ARP接收模块、ARP发送及应答模块、UDP数据控制模块、UDP数据解析模块、UDP数据接收模块、UDP数据发送模块和ARP/UDP数据发送选择模块。本发明使用VHDL语言完成ARP协议数据和UDP协议数据的区分,完成ARP申请和对ARP请求的应答,完成UDP数据的接收和发送。本发明具有处理数据协议通用、资源占用少、可移植性好等优点,可在各种型号FPGA上应用,特别适用于简单的UDP报文处理,避免使用复杂的协议栈。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域,可以应用在各种型号FPGA上,使用VHDL语言,使用简单的SLICE资源完成复杂UDP报文处理和ARP学习过程,避免使用复杂的协议栈完成UDP报文通信。
背景技术
随着卫星处理的数据量不断增加,普通的LVDS接口已经难以满足高速接口数据传输,使用高速的接口总线技术解决了高速接口数据传输的问题,但是每种高速的接口总线技术接口不通用,导致研制和测试过程中出现许多陪测设备需要重新开发的问题,基于VHDL语言实现ARP和UDP协议数据通信的星载通信装置可以直接接收PC机发送UDP数据和ARP数据,在保证了高速数据传输的基础上实现接口通用化、模块化,提高了星载设备开发效率,缩短了研制周期,减少人员投入。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于避免上述背景技术中的不足之处,基于VHDL语言实现ARP和UDP协议数据通信的星载通信装置可以解决上述不足。本发明具有处理数据协议通用、资源占用少、可移植性好等优点,能够最大限度降低UDP通信的星载硬件复杂度,具有很好的应用价值。
本发明采用的技术方案为:
基于VHDL语言实现ARP和UDP协议数据通信的星载通信装置,包括太网物理层同步模块1、ARP/UDP数据解析模块2、并行CRC校验模块3、以ARP数据解析模块4、ARP学习控制模块5、ARP接收模块6、ARP发送及应答模块7、UDP数据控制模块8、UDP数据解析模块9、UDP数据接收模块10、UDP数据发送模块11和ARP/UDP数据发送选择模块12;
所述的以太网物理层同步模块1接收以太网输入数据,搜索以太网的同步码和帧定位标志,并依靠同步码和帧定位标志进行以太网数据同步,生成同步后数据,将同步后数据送给ARP/UDP数据解析模块2;ARP/UDP数据解析模块2对同步后数据进行区分,分出ARP输入数据和UDP输入数据,将ARP输入数据送给ARP数据解析模块4,将UDP输入数据送给UDP数据解析模块9;ARP数据解析模块4调用并行CRC校验模块3对ARP输入数据进行CRC校验,如果校验正确,则对ARP输入数据进行协议解析,将协议解析后的信息跟随ARP输入数据送给ARP接收模块6,如果校验错误,则丢弃ARP输入数据;ARP接收模块6对接收的ARP输入数据进行ARP报文解析,分出ARP申请输入数据和ARP应答输入数据,送给ARP学习控制模块5;ARP学习控制模块5收到ARP申请输入数据时,生成ARP应答输出控制信号送给ARP发送及应答模块7,收到ARP应答输入数据时,生成ARP申请输出控制信号送给ARP发送及应答模块7,并解析出目的MAC地址送给UDP数据控制模块8;ARP发送及应答模块7接收ARP申请输出控制信号和ARP应答输出控制信号,调用并行CRC校验模块3对ARP申请输出控制信号和ARP应答输出控制信号进行CRC校验,分别输出ARP申请输出数据和ARP应答输出数据送给ARP/UDP数据发送选择模块12;UDP数据控制模块8接收ARP学习控制模块5送来的目的MAC地址,将目的MAC地址送给UDP数据解析模块9、UDP数据接收模块10和UDP数据发送模块11;UDP数据解析模块9接收UDP数据控制模块8送来的目的MAC地址,接收ARP/UDP数据解析模块2送来的UDP输入数据,对UDP输入数据进行目的MAC地址过滤,并调用并行CRC校验模块3对UDP输入数据进行CRC校验,生成UDP接收数据送给UDP数据接收模块10;UDP数据接收模块10接收UDP数据控制模块8送来的目的MAC地址,接收UDP数据解析模块9送来的UDP接收数据,对UDP接收数据的数据类型和目的MAC地址进行判断,之后将UDP接收数据根据UDP协议进行解析,解析出目的IP地址、目的端口号和源端口号信息,并判断解析信息的正确性,将判断正确的UDP接收数据转换为接收的业务数据输出;UDP数据发送模块11接收UDP数据控制模块8送来的目的MAC地址,接收需要输出的业务数据,根据UDP协议调用并行CRC校验模块3对需要输出的业务数据加CRC校验,并封装目的MAC地址,生成UDP输出数据,送给ARP/UDP数据发送选择模块12;ARP/UDP数据发送选择模块12接收ARP发送及应答模块7送来的ARP申请输出数据和ARP应答输出数据以及UDP数据发送模块11送来UDP输出数据,在设定的机制下,将两种数据分时处理合并成一路数据,生成以太网输出数据并输出。
进一步的,所述的以太网物理层同步模块1搜索以太网的同步码和帧定位标志,以太网的同步码和帧定位标志为8个字节,内容为AAAAAAAAAAAAAAAB,经过变换后以太网物理层同步模块1的搜索内容为55555555555555D5,以太网物理层同步模块1搜索的同步码和帧定位标志根据实际需要进行配置。
进一步的,所述的ARP/UDP数据解析模块2根据协议类型字段对ARP协议数据和UDP协议数据进行区分,0806为ARP协议数据,0800为UDP协议数据,并产生相应的控制信息跟随数据一起输出。
进一步的,所述的ARP数据解析模块4对ARP输入数据进行协议解析,解析出的信息包括硬件类型、ARP协议类型、硬件地址长度、ARP协议长度、源MAC地址、源IP地址、目的MAC地址和目的IP地址。
进一步的,所述的ARP学习控制模块5的处理过程具体为:当接收到对方发出的ARP申请输入数据时,进行ARP应答,同时记录对方的源MAC地址和源IP地址的对应关系,生成ARP应答输出控制信号送给ARP发送及应答模块7,完成ARP的学习;当设定时间内没有进行业务通信时,ARP学习控制模块5主动控制对目的IP地址进行ARP申请,生成ARP申请输出控制信号送给ARP发送及应答模块7,待接收到对方发出的ARP应答输入数据后解析出目的MAC地址,将目的MAC地址送给UDP数据控制模块8,完成ARP的学习。
进一步的,所述的UDP数据接收模块10将UDP接收数据根据UDP协议进行解析,解析出目的IP地址、目的端口号和源端口号信息,并判断解析信息的正确性,具体过程为:
将UDP接收数据根据UDP协议进行解析,解析出IP数据包头中第20个字节,若为“11”则代表是UDP数据,然后判断目的IP地址是否为192.168.8.15,如果是即为本装置的UDP数据,并根据IP数据包头中第3和4字节,判断接收UDP数据的长度,判断源UDP端口号是否为D6DA,且目的UDP端口号是否为D6D8,如果是,则判断解析信息正确,将判断正确的UDP接收数据转换为接收的业务数据输出。
进一步的,所述的ARP/UDP数据发送选择模块12完成选择输出UDP输出数据或者ARP输出数据,选择输出的机制是先到数据类型先输出,两种数据类型同时到达,判断设定时间内是否输出过此源IP地址的ARP输出应答,如果设定时间内输出过此源IP地址的ARP输出应答,则不进行ARP应答,将UDP输出数据输出,如果设定时间内没有输出过此源IP地址的ARP输出应答,将UDP输出数据缓存,优先输出ARP输出数据,之后再输出UDP输出数据。
本发明相比背景技术具有如下优点:
1.本发明能够使用VHDL语言完成ARP协议数据学习过程,完成ARP数据的申请和应答,协议处理简单,适应性强,对硬件要求简单。
2.本发明能够使用VHDL语言完成UDP协议数据接收和发送,完成UDP基础协议的处理,功能实现简单,适应性强,对硬件要求简单。
3.本发明能够将基带处理接口做到通用化,可以直接同以太网接口的设备进行通信,可以适应高速、中速、低速各种基带数据传输。
4.本发明的组成部件采用大规模现场可编程器件制作,具有硬件电路简单、体积小、成本低廉、性能稳定可靠等优点,基带接口采用通用化、模块化设计,提高星载设备开发效率,缩短研制周期,减少人员投入,在工程中使用性强。
附图说明
图1是本发明基于VHDL语言实现ARP和UDP协议数据通信的星载通信装置实施例电原理图。
具体实施方式
参照图1,本发明基于VHDL语言实现ARP和UDP协议数据通信的星载通信装置,包括以太网物理层同步模块1、ARP/UDP数据解析模块2、并行CRC校验模块3、ARP数据解析模块4、ARP学习控制模块5、ARP接收模块6、ARP发送及应答模块7、UDP数据控制模块8、UDP数据解析模块9、UDP数据接收模块10、UDP数据发送模块11和ARP/UDP数据发送选择模块12。图1是本发明基于VHDL语言实现ARP协议数据和UDP协议数据的星载通信装置的实施例电原理图,实施例按照图1连接线路。
所述的以太网物理层同步模块1接收以太网输入数据,搜索以太网的同步码和帧定位标志,并依靠同步码和帧定位标志进行以太网数据同步,生成同步后数据,将同步后数据送给ARP/UDP数据解析模块2;其中,以太网的同步码和帧定位标志为8个字节,内容为AAAAAAAAAAAAAAAB,经过变换后以太网物理层同步模块1的搜索内容为55555555555555D5,以太网物理层同步模块1搜索的同步码和帧定位标志根据实际需要进行配置;
ARP/UDP数据解析模块2对同步后数据进行区分,分出ARP输入数据和UDP输入数据,将ARP输入数据送给ARP数据解析模块4,将UDP输入数据送给UDP数据解析模块9;其中,根据协议类型字段对ARP协议数据和UDP协议数据进行区分,0806为ARP协议数据,0800为UDP协议数据,并产生相应的控制信息跟随数据一起输出;
ARP数据解析模块4调用并行CRC校验模块3对ARP输入数据进行CRC校验,如果校验正确,则对ARP输入数据进行协议解析,解析出的信息包括硬件类型、ARP协议类型、硬件地址长度、ARP协议长度、源MAC地址、源IP地址、目的MAC地址和目的IP地址,将协议解析后的信息跟随ARP输入数据送给ARP接收模块6,如果校验错误,则丢弃ARP输入数据;
ARP接收模块6对接收的ARP输入数据进行ARP报文解析,分出ARP申请输入数据和ARP应答输入数据,送给ARP学习控制模块5;
ARP学习控制模块5收到ARP申请输入数据时,生成ARP应答输出控制信号送给ARP发送及应答模块7,收到ARP应答输入数据时,生成ARP申请输出控制信号送给ARP发送及应答模块7,并解析出目的MAC地址送给UDP数据控制模块8;具体处理过程为:当接收到对方发出的ARP申请输入数据时,进行ARP应答,同时记录对方的源MAC地址和源IP地址的对应关系,生成ARP应答输出控制信号送给ARP发送及应答模块7,完成ARP的学习;当设定时间内没有进行业务通信时,ARP学习控制模块5主动控制对目的IP地址进行ARP申请,生成ARP申请输出控制信号送给ARP发送及应答模块7,待接收到对方发出的ARP应答输入数据后解析出目的MAC地址,将目的MAC地址送给UDP数据控制模块8,完成ARP的学习。
ARP发送及应答模块7接收ARP申请输出控制信号和ARP应答输出控制信号,调用并行CRC校验模块3对ARP申请输出控制信号和ARP应答输出控制信号进行CRC校验,分别输出ARP申请输出数据和ARP应答输出数据送给ARP/UDP数据发送选择模块12;
UDP数据控制模块8接收ARP学习控制模块5送来的目的MAC地址,将目的MAC地址送给UDP数据解析模块9、UDP数据接收模块10和UDP数据发送模块11;
UDP数据解析模块9接收UDP数据控制模块8送来的目的MAC地址,接收ARP/UDP数据解析模块2送来的UDP输入数据,对UDP输入数据进行目的MAC地址过滤,并调用并行CRC校验模块3对UDP输入数据进行CRC校验,生成UDP接收数据送给UDP数据接收模块10;
UDP数据接收模块10接收UDP数据控制模块8送来的目的MAC地址,接收UDP数据解析模块9送来的UDP接收数据,对UDP接收数据的数据类型和目的MAC地址进行判断,之后将UDP接收数据根据UDP协议进行解析,解析出目的IP地址、目的端口号和源端口号信息,并判断解析信息的正确性,将判断正确的UDP接收数据转换为接收的业务数据输出;其中,判断的具体过程为:解析出IP数据包头中第20个字节,若为“11”则代表是UDP数据,然后判断目的IP地址是否为192.168.8.15,如果是即为本装置的UDP数据,并根据IP数据包头中第3和4字节,判断接收UDP数据的长度,判断源UDP端口号是否为D6DA,且目的UDP端口号是否为D6D8,如果是,则判断解析信息正确,将判断正确的UDP接收数据转换为接收的业务数据输出。
UDP数据发送模块11接收UDP数据控制模块8送来的目的MAC地址,接收需要输出的业务数据,根据UDP协议调用并行CRC校验模块3对需要输出的业务数据加CRC校验,并封装目的MAC地址,生成UDP输出数据,送给ARP/UDP数据发送选择模块12;
ARP/UDP数据发送选择模块12接收ARP发送及应答模块7送来的ARP申请输出数据和ARP应答输出数据以及UDP数据发送模块11送来UDP输出数据,在设定的机制下,将两种数据分时处理合并成一路数据,生成以太网输出数据并输出。具体为:ARP/UDP数据发送选择模块12完成选择输出UDP输出数据或者ARP输出数据,选择输出的机制是先到数据类型先输出,两种数据类型同时到达,判断60s内是否输出过此源IP地址的ARP输出应答,如果60s内输出过此源IP地址的ARP输出应答,则不进行ARP应答,将UDP输出数据输出,如果60s内没有输出过此源IP地址的ARP输出应答,将UDP输出数据缓存,优先输出ARP输出数据,之后再输出UDP输出数据。
实施例中的各功能模块均可在一片Xilinx原厂生产的FPGA系列产品XC4VSX55型号上实现。
Claims (7)
1.一种基于VHDL语言实现ARP和UDP协议数据通信的星载通信装置,包括并行CRC校验模块(3)、ARP接收模块(6)、ARP发送及应答模块(7)、UDP数据解析模块(9)、UDP数据控制模块(8)和UDP数据发送模块(11);其特征在于,还包括以太网物理层同步模块(1)、ARP/UDP数据解析模块(2)、ARP数据解析模块(4)、ARP学习控制模块(5)、UDP数据接收模块(10)和ARP/UDP数据发送选择模块(12);
所述的以太网物理层同步模块(1)接收以太网输入数据,搜索以太网的同步码和帧定位标志,并依靠同步码和帧定位标志进行以太网数据同步,生成同步后数据,将同步后数据送给ARP/UDP数据解析模块(2);ARP/UDP数据解析模块(2)对同步后数据进行区分,分出ARP输入数据和UDP输入数据,将ARP输入数据送给ARP数据解析模块(4),将UDP输入数据送给UDP数据解析模块(9);ARP数据解析模块(4)调用并行CRC校验模块(3)对ARP输入数据进行CRC校验,如果校验正确,则对ARP输入数据进行协议解析,将协议解析后的信息跟随ARP输入数据送给ARP接收模块(6),如果校验错误,则丢弃ARP输入数据;ARP接收模块(6)对接收的ARP输入数据进行ARP报文解析,分出ARP申请输入数据和ARP应答输入数据,送给ARP学习控制模块(5);ARP学习控制模块(5)收到ARP申请输入数据时,生成ARP应答输出控制信号送给ARP发送及应答模块(7),收到ARP应答输入数据时,生成ARP申请输出控制信号送给ARP发送及应答模块(7),并解析出目的MAC地址送给UDP数据控制模块(8);ARP发送及应答模块(7)接收ARP申请输出控制信号和ARP应答输出控制信号,调用并行CRC校验模块(3)对ARP申请输出控制信号和ARP应答输出控制信号进行CRC校验,分别输出ARP申请输出数据和ARP应答输出数据送给ARP/UDP数据发送选择模块(12);UDP数据控制模块(8)接收ARP学习控制模块(5)送来的目的MAC地址,将目的MAC地址送给UDP数据解析模块(9)、UDP数据接收模块(10)和UDP数据发送模块(11);UDP数据解析模块(9)接收UDP数据控制模块(8)送来的目的MAC地址,接收ARP/UDP数据解析模块(2)送来的UDP输入数据,对UDP输入数据进行目的MAC地址过滤,并调用并行CRC校验模块(3)对UDP输入数据进行CRC校验,生成UDP接收数据送给UDP数据接收模块(10);UDP数据接收模块(10)接收UDP数据控制模块(8)送来的目的MAC地址,接收UDP数据解析模块(9)送来的UDP接收数据,对UDP接收数据的数据类型和目的MAC地址进行判断,之后将UDP接收数据根据UDP协议进行解析,解析出目的IP地址、目的端口号和源端口号信息,并判断解析信息的正确性,将判断正确的UDP接收数据转换为接收的业务数据输出;UDP数据发送模块(11)接收UDP数据控制模块(8)送来的目的MAC地址,接收需要输出的业务数据,根据UDP协议调用并行CRC校验模块(3)对需要输出的业务数据加CRC校验,并封装目的MAC地址,生成UDP输出数据,送给ARP/UDP数据发送选择模块(12);ARP/UDP数据发送选择模块(12)接收ARP发送及应答模块(7)送来的ARP申请输出数据和ARP应答输出数据以及UDP数据发送模块(11)送来UDP输出数据,在设定的机制下,将两种数据分时处理合并成一路数据,生成以太网输出数据并输出。
2.根据权利要求1所述的基于VHDL语言实现ARP和UDP协议数据通信的星载通信装置,其特征在于,所述的以太网物理层同步模块(1)搜索以太网的同步码和帧定位标志,以太网的同步码和帧定位标志为8个字节,内容为AAAAAAAAAAAAAAAB,经过变换后以太网物理层同步模块(1)的搜索内容为55555555555555D5,以太网物理层同步模块(1)搜索的同步码和帧定位标志根据实际需要进行配置。
3.根据权利要求1所述的基于VHDL语言实现ARP和UDP协议数据通信的星载通信装置,其特征在于,所述的ARP/UDP数据解析模块(2)根据协议类型字段对ARP协议数据和UDP协议数据进行区分,0806为ARP协议数据,0800为UDP协议数据,并产生相应的控制信息跟随数据一起输出。
4.根据权利要求1所述的基于VHDL语言实现ARP和UDP协议数据通信的星载通信装置,其特征在于,所述的ARP数据解析模块(4)对ARP输入数据进行协议解析,解析出的信息包括硬件类型、ARP协议类型、硬件地址长度、ARP协议长度、源MAC地址、源IP地址、目的MAC地址和目的IP地址。
5.根据权利要求1所述的基于VHDL语言实现ARP和UDP协议数据通信的星载通信装置,其特征在于,所述的ARP学习控制模块(5)的处理过程具体为:当接收到对方发出的ARP申请输入数据时,进行ARP应答,同时记录对方的源MAC地址和源IP地址的对应关系,生成ARP应答输出控制信号送给ARP发送及应答模块(7),完成ARP的学习;当设定时间内没有进行业务通信时,ARP学习控制模块(5)主动控制对目的IP地址进行ARP申请,生成ARP申请输出控制信号送给ARP发送及应答模块(7),待接收到对方发出的ARP应答输入数据后解析出目的MAC地址,将目的MAC地址送给UDP数据控制模块(8),完成ARP的学习。
6.根据权利要求1所述的基于VHDL语言实现ARP和UDP协议数据通信的星载通信装置,其特征在于,所述的UDP数据接收模块(10)将UDP接收数据根据UDP协议进行解析,解析出目的IP地址、目的端口号和源端口号信息,并判断解析信息的正确性,具体过程为:
将UDP接收数据根据UDP协议进行解析,解析出IP数据包头中第20个字节,若为“11”则代表是UDP数据,然后判断目的IP地址是否为192.168.8.15,如果是即为本装置的UDP数据,并根据IP数据包头中第3和4字节,判断接收UDP数据的长度,判断源UDP端口号是否为D6DA,且目的UDP端口号是否为D6D8,如果是,则判断解析信息正确,将判断正确的UDP接收数据转换为接收的业务数据输出。
7.根据权利要求1所述的基于VHDL语言实现ARP和UDP协议数据通信的星载通信装置,其特征在于,所述的ARP/UDP数据发送选择模块(12)完成选择输出UDP输出数据或者ARP输出数据,选择输出的机制是先到数据类型先输出,两种数据类型同时到达,判断设定时间内是否输出过此源IP地址的ARP输出应答,如果设定时间内输出过此源IP地址的ARP输出应答,则不进行ARP应答,将UDP输出数据输出,如果设定时间内没有输出过此源IP地址的ARP输出应答,将UDP输出数据缓存,优先输出ARP输出数据,之后再输出UDP输出数据。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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