FPGA-PC乙太網通信

2021-02-16 YGOPRO de Space

問題情景:為了得到連續時間內ADC採集的數據,並在PC上對數據進行分析,需要搭建鏈路實現FPGA到PC的數據傳輸。考慮到ADC採樣頻率較高(10M-100Mb/s),串口通信的速率遠遠達不到要求,考慮使用乙太網來實現信息傳輸。

物理鏈路:14位ADC;開發板使用Xilinx Spartan-6 黑金開發板AX545;超五類或六類網線;由於程序只支持千兆乙太網傳輸,並且考慮到部分筆記本不攜帶網口,因此使用了USB3.0-千兆網口的網卡;裝有wireshark的電腦。

FPGA部分:採用存儲轉發的思想,即先對ADC採集的數據進行緩存,等到採集的數據滿足一幀的數據長度,再對數據包封裝成幀發送,採用UDP格式進行發送。考慮到ADC時鐘與UDP時鐘不同步,因此先對ADC採集的數據進行一級緩存;由於乙太網每次只能發送8位數據,而ADC採集的數據為14位,因此還需要對ADC緩存數據進行轉換,轉換得到的數據進行二級緩存;等到二級緩存達到發送數據的長度,使能UDP傳輸,加入幀頭後發送。

PC端接收:PC端數據接收採用wireshark實現,使用wireshark捕獲UDP包。由於傳輸速率過快,連續時間接收的UDP包過多,因此完成採集後先對採集的數據進行存儲,存為pcap格式為後續處理做準備。存儲的文件較大,達到百兆到G級別。

數據恢復(未找到很好的實現方法):數據保存在UDP包的數據幀部分,格式為十六進位或二進位,需要將數據部分和其他幀結構分離。方法一:利用網絡調試助手(上位機),在wireshark接收UDP包的同時打開上位機,就可以得到不含幀頭部的數據流,而且可以進行保存(此處使用的NetAssist),一個致命的問題是,當數據傳輸速率過快時,利用上位機保存下來的幀並不是連續的,會導致恢復的波形不連續。方法二:wireshark提供追蹤UDP流的功能,可以將所有幀中的數據流進行列印,但問題是得到的pcap文件中幀數據量過大,處理非常慢(嚴重影響使用)。方法三(考慮但未實現):利用MATLAB直接讀取pcap文件,下載pcap2matlab開源文件,利用這一文件解析pcap文件;利用python dpkt包解析pcap文件。如果有合適的解決方法,歡迎交流!

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