[嵌入式]基于小梅哥AC620开发板的NIOS II LWIP百兆以太网例程移植到自己做的板子上

原程序是运行在小梅哥AC620开发板上的：基于小梅哥AC620开发板的NIOS II LWIP百兆以太网例程_ZLK1214的专栏-CSDN博客_小梅哥ac620【开发板】开发板型号：小梅哥AC620FPGA型号：EP4CE10F17C8N晶振频率：50MHzPHY芯片型号：RTL8201CP（MII接口，百兆以太网PHY芯片）【程序功能展示】1. ping通开发板的NetBIOS设备名，IPv4地址和IPv6地址2. 访问开发板上的http服务器（设备名方式、IPv6方式）：3. 在路由器管理页面看到开发板的信息：【主要程序代码】main.v：module main( input clock,https://blog.csdn.net/ZLK1214/article/details/115337628鉴于小梅哥AC620 RTL8201CP百兆网口版本的板子已经买不到了（现在只有RTL8211千兆版本了），笔者根据小梅哥板子的电路，自己新做了一块板子，如下图所示。

【新电路板与小梅哥AC620电路的不同之处】
（1）FPGA芯片由EP4CE10F17C8（BGA封装）换成了EP4CE10E22C8（LQFP封装）。
（2）SDRAM由W9812G6KH（16MB）换成了W9825G6KH（32MB），多了A12这根地址线。

（3）网口的灯改成了绿灯表示连接状态，黄灯表示数据包收发状态，灯的限流电阻大小改成了330Ω。
（4）数码管添加了OE使能引脚，用一个上拉电阻拉高，默认是关闭状态。这样做的目的是防止刚通电时数码管乱显示。
只有当RCLK出现上升沿后（正确的数据存入了芯片），才将OE拉低，开显示。

【程序改动】
修改Verilog程序：
（1）main模块的sdram_addr位宽改为[12:0]。
（2）修改Pin Planner里面的引脚定义，电平全部改为3.3V。
（3）altpll_0改成输出altpll_c0(100MHz 0deg)和altpll_c1(100MHz -63deg)两路时钟。
???? main模块中assign sdram_clk = altpll_c0改为altpll_c1。
（4）QSYS里面再添加一个clock source，频率设为100MHz。
???? SDRAM的row width改为13，refresh command间隔改为7.8125us（即64ms/8192）。
???? SDRAM IP核的时钟和复位引脚修改为连接100MHz的那个新clock source。
???? main模块的nios设置clk_0_clk为clock，clk_1_clk为altpll_c0，reset_0_reset_n和reset_1_reset_n为altpll_locked。
（5）eth_tx_clk和eth_rx_clk接的是时钟专用引脚，所以main模块中去除altclkctrl_0和altclkctrl_1时钟缓冲。
???? eth_tse_0_pcs_mac_rx_clock_clk括号里改成eth_rx_clk，eth_tse_0_pcs_mac_tx_clock_clk括号里改成eth_tx_clk。

修改C程序：
（1）main函数里面的netbiosns_set_name设备名
（2）ethernetif_init函数里面的netif->hostname设备名
（3）添加了串口非阻塞接收功能，串口收到t会显示sys_now()的值

【遇到的问题记录】
（1）SDRAM某些地址要读5次才能读正确。
???? 解决办法：SDRAM时钟sdram_clk由50MHz -63deg改成100MHz -63deg。NIOS IP核和SDRAM IP核的时钟都改为100MHz 0deg。
（2）插上网线后，两个网口灯不亮。但RTL8201CP复位瞬间，不管插不插网线，两个灯都要亮一下，然后熄灭。
???? 原因：原理图画错。CRS和RX_ER接的应该是下拉电阻，原理图画错了画成了上拉电阻。
?????????? RX_ER接上拉电阻，选择的是光纤模式，而非网线模式，所以网口灯不亮。
?????????? 解决办法：板子上飞线，把RX_ER电阻的另一端由3V3改成GND。CRS不用管。
???? 提示：虽然RTL8201芯片内RX_ER自带有弱下拉，但RX_ER和FPGA的I/O口相连，FPGA在未配置状态下所有I/O口都是带上拉电阻的，这又会导致RX_ER被FPGA上拉，因此RX_ER必须外接下拉电阻。
（3）运行C程序后，串口打印Hello fr后，nios就死机。
???? 原因：UART和SGDMA都不能在100MHz频率下正常工作。
???? 解决办法：QSYS里面，把UART和SGDMA的时钟和复位改成50MHz的那个clock source。

【调通后的程序截图】

程序和PCB文件下载链接：https://pan.baidu.com/s/18lYFoZGcAetSqgeIS1_KNg（提取码：pimw）

【Qsys框图】

SDRAM IP核时钟为100MHz，其余IP核时钟为50MHz。

SDRAM参数配置：

除了刷新间隔为7.8125us（=64ms/8912），其他的时序参数都是默认值。

【程序代码】

main.v：

module main(
    input clock,
    input uart_rx,
    output uart_tx,
    output sdram_clk,
    output [12:0] sdram_addr,
    output [1:0] sdram_ba,
    output sdram_cas_n,
    output sdram_cke,
    output sdram_cs_n,
    inout [15:0] sdram_dq,
    output [1:0] sdram_dqm,
    output sdram_ras_n,
    output sdram_we_n,
    output eth_rst_n,
    output eth_mdc,
    inout eth_mdio,
    input eth_col,
    input eth_crs,
    input eth_tx_clk,
    output eth_tx_en,
    output [3:0] eth_txd,
    input eth_rx_clk,
    input eth_rx_dv,
    input [3:0] eth_rxd,
    input eth_rx_er,
    output epcs_dclk,
    output epcs_sce,
    output epcs_sdo,
    input epcs_data0
    );
    
    /* 产生复位信号 */
    wire nrst;
    Reset reset(clock, nrst);
    
    /* PLL倍频 */
    wire altpll_c0;
    wire altpll_c1;
    wire altpll_locked;
    altpll_0 altpll_0(
        .areset(~nrst),
        .inclk0(clock), // 50MHz
        .c0(altpll_c0), // 100MHz, 0deg
        .c1(altpll_c1), // 100MHz, -63deg
        .locked(altpll_locked)
    );
    
    /* NIOS II */
    wire eth_tse_0_mac_mdio_mdio_oen;
    wire eth_tse_0_mac_mdio_mdio_out;
    
    wire eth_tse_0_mac_mii_mii_tx_err;
    
    wire eth_tse_0_mac_misc_ff_rx_a_empty;
    wire eth_tse_0_mac_misc_ff_rx_a_full;
    wire eth_tse_0_mac_misc_ff_rx_dsav;
    wire eth_tse_0_mac_misc_ff_tx_a_empty;
    wire eth_tse_0_mac_misc_ff_tx_a_full;
    wire eth_tse_0_mac_misc_ff_tx_septy;
    wire eth_tse_0_mac_misc_magic_wakeup;
    wire [17:0] eth_tse_0_mac_misc_rx_err_stat;
    wire [3:0] eth_tse_0_mac_misc_rx_frm_type;
    wire eth_tse_0_mac_misc_tx_ff_uflow;
    
    wire eth_tse_0_mac_status_ena_10;
    wire eth_tse_0_mac_status_eth_mode;
    
    assign sdram_clk = altpll_c1;
    assign eth_mdio = (!eth_tse_0_mac_mdio_mdio_oen) ? eth_tse_0_mac_mdio_mdio_out : 1'bz;
    assign eth_rst_n = altpll_locked;
    
    nios nios(
        .clk_0_clk(clock),
        .reset_0_reset_n(altpll_locked),
        .clk_1_clk(altpll_c0),
        .reset_1_reset_n(altpll_locked),
        .eth_tse_0_mac_mdio_mdc(eth_mdc),
        .eth_tse_0_mac_mdio_mdio_in(eth_mdio),
        .eth_tse_0_mac_mdio_mdio_oen(eth_tse_0_mac_mdio_mdio_oen),
        .eth_tse_0_mac_mdio_mdio_out(eth_tse_0_mac_mdio_mdio_out),
        
        .eth_tse_0_mac_mii_mii_rx_d(eth_rxd),
        .eth_tse_0_mac_mii_mii_rx_dv(eth_rx_dv),
        .eth_tse_0_mac_mii_mii_rx_err(eth_rx_er),
        .eth_tse_0_mac_mii_mii_tx_d(eth_txd),
        .eth_tse_0_mac_mii_mii_tx_en(eth_tx_en),
        .eth_tse_0_mac_mii_mii_tx_err(eth_tse_0_mac_mii_mii_tx_err),
        
        .eth_tse_0_mac_misc_ff_rx_a_empty(eth_tse_0_mac_misc_ff_rx_a_empty),
        .eth_tse_0_mac_misc_ff_rx_a_full(eth_tse_0_mac_misc_ff_rx_a_full),
        .eth_tse_0_mac_misc_ff_rx_dsav(eth_tse_0_mac_misc_ff_rx_dsav),
        .eth_tse_0_mac_misc_ff_tx_a_empty(eth_tse_0_mac_misc_ff_tx_a_empty),
        .eth_tse_0_mac_misc_ff_tx_a_full(eth_tse_0_mac_misc_ff_tx_a_full),
        .eth_tse_0_mac_misc_ff_tx_crc_fwd(1'b0),
        .eth_tse_0_mac_misc_ff_tx_septy(eth_tse_0_mac_misc_ff_tx_septy),
        .eth_tse_0_mac_misc_magic_sleep_n(1'b1),
        .eth_tse_0_mac_misc_magic_wakeup(eth_tse_0_mac_misc_magic_wakeup),
        .eth_tse_0_mac_misc_rx_err_stat(eth_tse_0_mac_misc_rx_err_stat),
        .eth_tse_0_mac_misc_rx_frm_type(eth_tse_0_mac_misc_rx_frm_type),
        .eth_tse_0_mac_misc_tx_ff_uflow(eth_tse_0_mac_misc_tx_ff_uflow),
        .eth_tse_0_mac_misc_xoff_gen(1'b0),
        .eth_tse_0_mac_misc_xon_gen(1'b0),
        
        .eth_tse_0_mac_status_ena_10(eth_tse_0_mac_status_ena_10),
        .eth_tse_0_mac_status_eth_mode(eth_tse_0_mac_status_eth_mode),
        .eth_tse_0_mac_status_set_10(1'b0),
        .eth_tse_0_mac_status_set_1000(1'b0),
        
        .eth_tse_0_pcs_mac_rx_clock_clk(eth_rx_clk),
        .eth_tse_0_pcs_mac_tx_clock_clk(eth_tx_clk),
        
        .sdram_0_addr(sdram_addr),
        .sdram_0_ba(sdram_ba),
        .sdram_0_cas_n(sdram_cas_n),
        .sdram_0_cke(sdram_cke),
        .sdram_0_cs_n(sdram_cs_n),
        .sdram_0_dq(sdram_dq),
        .sdram_0_dqm(sdram_dqm),
        .sdram_0_ras_n(sdram_ras_n),
        .sdram_0_we_n(sdram_we_n),
        
        .uart_0_rxd(uart_rx),
        .uart_0_txd(uart_tx),
        
        .epcs_flash_0_dclk(epcs_dclk),
        .epcs_flash_0_sce(epcs_sce),
        .epcs_flash_0_sdo(epcs_sdo),
        .epcs_flash_0_data0(epcs_data0)
    );
    
endmodule

hello_world.c：

/*
 * "Hello World" example.
 *
 * This example prints 'Hello from Nios II' to the STDOUT stream. It runs on
 * the Nios II 'standard', 'full_featured', 'fast', and 'low_cost' example
 * designs. It runs with or without the MicroC/OS-II RTOS and requires a STDOUT
 * device in your system's hardware.
 * The memory footprint of this hosted application is ~69 kbytes by default
 * using the standard reference design.
 *
 * For a reduced footprint version of this template, and an explanation of how
 * to reduce the memory footprint for a given application, see the
 * "small_hello_world" template.
 *
 */

#include <fcntl.h>
#include <lwip/apps/httpd.h>
#include <lwip/apps/netbiosns.h>
#include <lwip/dhcp.h>
#include <lwip/dns.h>
#include <lwip/init.h>
#include <lwip/netif.h>
#include <lwip/timeouts.h>
#include <netif/ethernetif.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/alt_alarm.h>
#include <system.h>
#include <unistd.h>

static struct netif netif_rtl8201cp;

alt_u32 sys_now(void)
{
	// BSP Editor里面Settings -> Common -> hal -> sys_clk_timer必须选择一个定时器
	// 而且该定时器的计时间隔必须为1ms
	LWIP_ASSERT("incorrect tick rate", alt_ticks_per_second() == 1000);
	return alt_nticks();
}

static void display_ip(void)
{
	const ip_addr_t *addr;
	static uint8_t ip_displayed = 0;
	static uint8_t ip6_displayed = 0;
	int i, ip_present;
	int dns = 0;

	if (netif_dhcp_data(&netif_rtl8201cp) == NULL)
		ip_present = 1; // 使用静态IP地址
	else if (dhcp_supplied_address(&netif_rtl8201cp))
		ip_present = 2; // 使用DHCP获得IP地址, 且已成功获取到IP地址
	else
		ip_present = 0; // 使用DHCP获得IP地址, 且还没有获取到IP地址

	// 显示IPv4地址
	if (ip_present)
	{
		if (ip_displayed == 0)
		{
			ip_displayed = 1;

			if (ip_present == 2)
				printf("DHCP supplied address!\r\n");
			printf("IP address: %s\r\n", ipaddr_ntoa(&netif_rtl8201cp.ip_addr));
			printf("Subnet mask: %s\r\n", ipaddr_ntoa(&netif_rtl8201cp.netmask));
			printf("Default gateway: %s\r\n", ipaddr_ntoa(&netif_rtl8201cp.gw));
			dns = 1;
		}
	}
	else
		ip_displayed = 0;

	// 显示IPv6地址
	for (i = 1; i < LWIP_IPV6_NUM_ADDRESSES; i++) // 0号地址是本地链路地址, 不需要显示
	{
		if (ip6_addr_isvalid(netif_ip6_addr_state(&netif_rtl8201cp, i)))
		{
			if ((ip6_displayed & _BV(i)) == 0)
			{
				ip6_displayed |= _BV(i);
				printf("IPv6 address %d: %s\r\n", i, ipaddr_ntoa(netif_ip_addr6(&netif_rtl8201cp, i)));
				dns = 1;
			}
		}
		else
			ip6_displayed &= ~_BV(i);
	}

	// 显示DNS服务器地址
	// 在lwip中, IPv4 DHCP和IPv6 SLAAC获取到的DNS地址会互相覆盖
	if (dns)
	{
		addr = dns_getserver(0);
		if (ip_addr_isany(addr))
			return;
		printf("DNS Server: %s", ipaddr_ntoa(addr));

		addr = dns_getserver(1);
		if (!ip_addr_isany(addr))
			printf(" %s", ipaddr_ntoa(addr));

		printf("\r\n");
	}
}

static void net_config(int use_dhcp)
{
	ip4_addr_t ipaddr, netmask, gw;

	if (use_dhcp)
		netif_add_noaddr(&netif_rtl8201cp, NULL, ethernetif_init, netif_input);
	else
	{
		IP4_ADDR(&ipaddr, 192, 168, 0, 19);
		IP4_ADDR(&netmask, 255, 255, 255, 0);
		IP4_ADDR(&gw, 192, 168, 0, 1);
		netif_add(&netif_rtl8201cp, &ipaddr, &netmask, &gw, NULL, ethernetif_init, netif_input);
	}
	netif_set_default(&netif_rtl8201cp);
	netif_set_up(&netif_rtl8201cp);

	if (use_dhcp)
		dhcp_start(&netif_rtl8201cp);

	netif_create_ip6_linklocal_address(&netif_rtl8201cp, 1);
	printf("IPv6 link-local address: %s\r\n", ipaddr_ntoa(netif_ip_addr6(&netif_rtl8201cp, 0)));
	netif_set_ip6_autoconfig_enabled(&netif_rtl8201cp, 1);
}

int main(void)
{
	char ch;
	int ret;

	printf("Hello from Nios II!\r\n");

	lwip_init();
	net_config(1);

	httpd_init();
	netbiosns_init();
	netbiosns_set_name("EP4CE10E22C8");

	fcntl(STDIN_FILENO, F_SETFL, O_NONBLOCK); // 串口设为非阻塞接收模式
	while (1)
	{
		ethernetif_check_link(&netif_rtl8201cp);
		display_ip();

		ethernetif_input(&netif_rtl8201cp);
		sys_check_timeouts();

		ret = read(STDIN_FILENO, &ch, 1);
		if (ret != -1)
		{
			// 收到串口字符
			switch (ch)
			{
			case 't':
				printf("sys_now()=%lu\r\n", sys_now());
				break;
			}
		}
	}
}