使用三段式状态机完成生成以太网的代码 module pkt_fwd_test_pkt_gen ( //-------------------------------------------------------------------------- // clock & Reset //-------------------------------------------------------------------------- input wire i_clk , input wire i_rstn , //-------------------------------------------------------------------------- // From/to regsiter //-------------------------------------------------------------------------- input wire [ 2 : 0] i_reg_preamble_num , //Number of preamble (8'h55) input wire [ 15 : 0] i_reg_gap , //Clock cycles of Gap input wire [ 15 : 0] i_reg_pkt_len , //Ethernet packet lenth input wire [ 47 : 0] i_reg_dmac , //DMAC address input wire [ 47 : 0] i_reg_smac , //SMAC address input wire [ 31 : 0] i_reg_pkt_num , //Packet number input wire i_reg_pkt_start , //Packet start output reg [ 31 : 0] o_reg_pkt_gen_cnt , //Already generated Packets //-------------------------------------------------------------------------- // gmii output //-------------------------------------------------------------------------- output reg [ 7 : 0] o_gmii_d , output reg o_gmii_en , output o_gmii_er );

<think>首先，用户要求使用中文回答问题。用户提供了一个Verilog模块的代码片段，并说“使用三段式状态机完成生成以太网的代码”。模块名为pkt_fwd_test_pkt_gen，它有几个输入和输出，用于生成以太网数据包。 用户指令是：在回答完问题后，必须提出3-5个相关问题，这些问题必须以“§§相关问题§§”开头，并且不能换行分散。相关问题必须输出在回答的末尾。 我的回答需要包括： 1. 回答问题：使用三段式状态机完成生成以太网的代码。 2. 在末尾添加“§§相关问题§§”并列出3-5个相关问题。 三段式状态机（three-process state machine）在Verilog中是一种常见的状态机实现方式，通常包括三个部分：状态寄存器、次态逻辑和输出逻辑。 模块描述： - 输入：时钟、复位、一些寄存器输入（如preamble数量、间隙、数据包长度、DMAC、SMAC、数据包数量、开始信号）。 - 输出：数据包生成计数、GMII输出（数据、使能、错误）。 GMII是千兆媒体独立接口，用于以太网物理层。 任务：实现一个状态机来生成以太网数据包。状态机应该控制数据包生成过程，包括发送preamble、帧起始定界符、MAC地址、数据负载等。 以太网帧结构： - Preamble：7个字节的0x55（或根据输入调整数量）。 - Start Frame Delimiter (SFD)：1个字节的0xD5。 - Destination MAC地址：6个字节。 - Source MAC地址：6个字节。 - EtherType/Length：2个字节（这里可能用长度）。 - Payload：可变长度。 - Frame Check Sequence (FCS)：4个字节CRC（但模块输出中没有FCS，可能需要添加）。 在输出中，只有o_gmii_d（数据）、o_gmii_en（使能）、o_gmii_er（错误）。错误信号可能不需要，可以设为0。 状态机设计： - 状态定义：例如，IDLE、PREAMBLE、SFD、DMAC、SMAC、LENGTH、PAYLOAD、FCS、GAP等。 - 使用三段式： 1. 状态寄存器：用always块更新当前状态。 2. 次态逻辑：用组合逻辑或always块计算下一个状态。 3. 输出逻辑：用组合逻辑或always块生成输出。 模块输入： - i_reg_preamble_num：preamble的数量（3位，所以0-7）。 - i_reg_gap：间隙的时钟周期数（16位）。 - i_reg_pkt_len：数据包长度（16位），可能指整个帧的长度，但通常以太网长度字段是2字节，payload长度。 - i_reg_dmac、i_reg_smac：MAC地址。 - i_reg_pkt_num：要生成的数据包数量（32位）。 - i_reg_pkt_start：开始信号。 - o_reg_pkt_gen_cnt：已生成的数据包计数。 数据包长度：i_reg_pkt_len是16位，可能表示payload长度或整个帧长度。以太网最小帧是64字节，最大1500或更大。但这里需要根据输入生成。 在输出中，o_gmii_d和o_gmii_en需要在每个时钟周期输出数据。 状态机流程： - 初始状态：IDLE。 - 当i_reg_pkt_start为高时，开始生成数据包。 - 状态序列： - IDLE：等待开始。 - PREAMBLE：发送preamble字节（0x55），数量由i_reg_preamble_num决定。 - SFD：发送0xD5。 - DMAC：发送目标MAC地址。 - SMAC：发送源MAC地址。 - LENGTH：发送长度字段（可能是i_reg_pkt_len）。 - PAYLOAD：发送payload数据。payload内容未指定，可能需要生成一些数据（如递增或固定）。 - FCS：发送CRC校验和（需要计算CRC）。 - GAP：在数据包之间等待i_reg_gap个时钟周期。 - 需要跟踪当前数据包计数和总数据包数量。 输出逻辑： - 在适当状态设置o_gmii_d和o_gmii_en。 - o_gmii_er可以始终设为0。 三段式状态机代码结构： 1. 状态定义：使用localparam定义状态。 2. 状态寄存器：always @(posedge i_clk or negedge i_rstn) 更新当前状态。 3. 次态逻辑：always @* 根据当前状态和输入计算下一个状态。 4. 输出逻辑：always @* 或根据状态设置输出。 由于输出是时序的（每个时钟变化），输出逻辑可能需要一个always块来设置输出。 在Verilog中，输出逻辑可以是组合逻辑或时序逻辑，但这里输出是寄存器（o_gmii_d和o_gmii_en是reg），所以可能用时序逻辑。 对于三段式，输出逻辑通常是组合逻辑，但这里输出是寄存器，所以可能需要整合。 一个常见的方式是： - 状态寄存器用时序逻辑。 - 次态逻辑用组合逻辑。 - 输出逻辑：可以用组合逻辑或时序逻辑。但o_gmii_d是reg，所以可能需要用时序逻辑设置。 在输出逻辑中，可以用always @(posedge i_clk) 来设置输出，基于当前状态。 但严格来说，三段式通常指： - 一个时序块用于状态寄存器。 - 一个组合块用于次态逻辑。 - 一个组合块用于输出逻辑（Mealy或Moore）。 但输出是寄存器时，可能需要调整。 为了简单，我可以将所有输出逻辑放在一个时序块中。 现在，编写代码。 首先，定义状态： - IDLE - PREAMBLE - SFD - DMAC - SMAC - LENGTH - PAYLOAD - FCS - GAP 在PAYLOAD状态，需要根据长度发送数据。payload内容未指定，我可以假设发送递增字节或固定值。 FCS需要计算CRC。CRC计算可能需要一个单独的模块或逻辑。但为了简化，我可以省略或简化。 在输出中，没有FCS相关，但以太网帧应该有FCS。模块输出o_gmii_er，但可能不需要。 用户代码中o_gmii_er是输出，但没有驱动，所以需要定义。 我可以设置o_gmii_er = 0。 现在，计数： - 在PREAMBLE状态，计数发送的preamble字节。 - 在PAYLOAD状态，计数发送的字节。 需要计数器： - cnt_preamble：用于preamble计数。 - cnt_byte：用于通用字节计数，如在MAC地址、长度等。 - 在PAYLOAD状态，一个计数器用于payload字节。 - 数据包之间的间隙计数器。 也需要跟踪当前数据包索引。 状态机： - IDLE: 当i_reg_pkt_start为高，进入PREAMBLE。重置计数器。 - PREAMBLE: 发送0x55，cnt_preamble增加。当cnt_preamble == i_reg_preamble_num，进入SFD。 - SFD: 发送0xD5，进入DMAC。 - DMAC: 发送6字节的i_reg_dmac。使用计数器发送每个字节。 - SMAC: 类似，发送i_reg_smac。 - LENGTH: 发送i_reg_pkt_len（2字节）。 - PAYLOAD: 发送payload。长度由i_reg_pkt_len决定？但i_reg_pkt_len是16位，可能表示payload长度。以太网长度字段是payload长度。 - FCS: 发送CRC。但需要计算CRC。简化：发送固定值或跳过。 - GAP: 等待i_reg_gap个时钟周期。然后，如果还有数据包，进入PREAMBLE；否则回IDLE。 o_reg_pkt_gen_cnt在数据包完成后增加。 输出： - o_gmii_en在发送数据时为1，否则为0。 - o_gmii_d根据状态设置。 - o_gmii_er = 0. 在GAP状态，o_gmii_en=0. 现在，写代码。 首先，状态定义： localparam IDLE = 0; localparam PREAMBLE = 1; localparam SFD = 2; localparam DMAC = 3; localparam SMAC = 4; localparam LENGTH = 5; localparam PAYLOAD = 6; localparam FCS = 7; localparam GAP = 8; // 可能需要更多状态或子状态。 使用reg [3:0] state, next_state; 三段式： 1. 状态寄存器：always @(posedge i_clk or negedge i_rstn) 更新state。 2. 次态逻辑：always @* 计算next_state基于state和输入。 3. 输出逻辑：always @(posedge i_clk) 设置输出。 输出逻辑可以是组合逻辑，但o_gmii_d是reg，所以用时序逻辑。 在输出逻辑中，基于当前state设置输出。 也定义计数器： reg [2:0] cnt_preamble; // for preamble count reg [3:0] cnt_byte; // for byte count in MAC, etc. 4 bits for 0-15 reg [15:0] cnt_payload; // for payload byte count reg [15:0] cnt_gap; // for gap counter reg [31:0] pkt_cnt; // for packet count 在状态机中重置计数器。 次态逻辑： always @* begin next_state = state; // default stay in current state case(state) IDLE: if (i_reg_pkt_start) next_state = PREAMBLE; PREAMBLE: if (cnt_preamble == i_reg_preamble_num) next_state = SFD; SFD: next_state = DMAC; // after one cycle DMAC: if (cnt_byte == 5) next_state = SMAC; // after 6 bytes, cnt_byte from 0 to 5 // cnt_byte 0 to 5 for 6 bytes SMAC: if (cnt_byte == 5) next_state = LENGTH; LENGTH: if (cnt_byte == 1) next_state = PAYLOAD; // 2 bytes, cnt_byte 0 and 1 PAYLOAD: if (cnt_payload == i_reg_pkt_len - 1) next_state = FCS; // assuming i_reg_pkt_len is payload length FCS: if (cnt_byte == 3) next_state = GAP; // 4 bytes FCS GAP: if (cnt_gap == i_reg_gap) begin if (pkt_cnt < i_reg_pkt_num) next_state = PREAMBLE; else next_state = IDLE; end default: next_state = IDLE; endcase end 在状态转换时重置计数器。 输出逻辑： always @(posedge i_clk or negedge i_rstn) begin if (!i_rstn) begin // reset o_gmii_d <= 0; o_gmii_en <= 0; o_gmii_er <= 0; state <= IDLE; // reset counters cnt_preamble <= 0; cnt_byte <= 0; cnt_payload <= 0; cnt_gap <= 0; pkt_cnt <= 0; o_reg_pkt_gen_cnt <= 0; end else begin state <= next_state; // state register // output logic based on state case(state) IDLE: begin o_gmii_en <= 0; o_gmii_d <= 0; // reset counters when leaving IDLE? end PREAMBLE: begin o_gmii_en <= 1; o_gmii_d <= 8'h55; if (state == PREAMBLE) begin // when in state, increment counter cnt_preamble <= cnt_preamble + 1; end else begin // entering state cnt_preamble <= 0; end end SFD: begin o_gmii_en <= 1; o_gmii_d <= 8'hD5; cnt_byte <= 0; // reset for next states end DMAC: begin o_gmii_en <= 1; // send dmac byte by byte o_gmii_d <= i_reg_dmac >> (8 * (5 - cnt_byte)); // big-endian, MSB first if (state == DMAC) begin if (cnt_byte < 5) begin cnt_byte <= cnt_byte + 1; end else begin cnt_byte <= 0; // or reset in next state end end end // similarly for SMAC, LENGTH // PAYLOAD: generate payload data, e.g., incrementing byte PAYLOAD: begin o_gmii_en <= 1; o_gmii_d <= cnt_payload[7:0]; // simple payload, lower 8 bits of counter if (state == PAYLOAD) begin if (cnt_payload < i_reg_pkt_len - 1) begin cnt_payload <= cnt_payload + 1; end else begin cnt_payload <= 0; end end else begin cnt_payload <= 0; // on entry end end FCS: begin o_gmii_en <= 1; o_gmii_d <= 8'h00; // placeholder for FCS, should be CRC if (state == FCS) begin if (cnt_byte < 3) begin cnt_byte <= cnt_byte + 1; end else begin cnt_byte <= 0; end end end GAP: begin o_gmii_en <= 0; o_gmii_d <= 0; if (state == GAP) begin if (cnt_gap < i_reg_gap) begin cnt_gap <= cnt_gap + 1; end else begin cnt_gap <= 0; pkt_cnt <= pkt_cnt + 1; o_reg_pkt_gen_cnt <= pkt_cnt + 1; // update packet count end end end default: begin o_gmii_en <= 0; o_gmii_d <= 0; end endcase end end 在输出逻辑中，我用了state，但应该是基于当前state设置输出，同时处理计数器。 在次态逻辑中，state是当前状态，next_state是下一个状态。 在输出逻辑中，我基于当前state设置输出。 当进入状态时，重置计数器；在状态中，递增计数器。 在状态机中，当状态改变时，计数器需要重置。 在我的代码中，当进入状态时，在输出逻辑中检测如果state改变，重置计数器，但最好在次态逻辑中处理。 一个更好的方式是在次态逻辑中，当状态改变时，在时钟边沿重置计数器。 在Verilog中，通常在状态寄存器块中处理计数器。 简化：在输出逻辑always块中，基于state和next_state。 但为了清晰，我可以将计数器更新放在同一个时序块中。 完整代码框架。 o_gmii_er始终为0。 在PAYLOAD状态，payload长度是i_reg_pkt_len，但i_reg_pkt_len是输入，可能变化。在数据包生成期间，应锁定值。 在开始数据包时，捕获输入值。 在IDLE状态，当i_reg_pkt_start为高时，进入PREAMBLE，并锁定输入值到寄存器。 例如： reg [2:0] preamble_num_reg; reg [15:0] gap_reg, pkt_len_reg; reg [47:0] dmac_reg, smac_reg; reg [31:0] pkt_num_reg; 在IDLE中，如果i_reg_pkt_start，则捕获输入。 然后使用这些寄存器值。 在GAP状态，当间隙结束，如果pkt_cnt < pkt_num_reg，则发送下一个数据包。 在FCS状态，CRC计算。以太网CRC32需要计算帧的CRC。但计算CRC需要所有前面的字节。这比较复杂。 简化：省略FCS或发送0。 但为了正确，应该添加CRC。 在状态机中，可以添加CRC计算逻辑。 但为了回答，我可以简化。 现在，编写代码。 用户要求“完成生成以太网的代码”，所以我需要提供完整的模块代码。 在回答中，用中文解释，然后提供代码。 但用户说“请使用中文回答问题”，然后提供代码。 在示例中，有代码块。 所以，我写一个完整的Verilog模块。 使用三段式状态机。 定义状态。 代码结构： module pkt_fwd_test_pkt_gen ( ... ); // parameters localparam [3:0] IDLE = 0, PREAMBLE = 1, SFD = 2, DMAC = 3, SMAC = 4, LENGTH = 5, PAYLOAD = 6, FCS = 7, GAP = 8; reg [3:0] state, next_state; reg [2:0] cnt_preamble; reg [3:0] cnt_byte; // 4 bits for 0-15 reg [15:0] cnt_payload; reg [15:0] cnt_gap; reg [31:0] pkt_cnt; // captured registers reg [2:0] preamble_num_reg; reg [15:0] gap_reg, pkt_len_reg; reg [47:0] dmac_reg, smac_reg; reg [31:0] pkt_num_reg; // state register always @(posedge i_clk or negedge i_rstn) begin if (!i_rstn) begin state <= IDLE; o_reg_pkt_gen_cnt <= 0; // reset other outputs end else begin state <= next_state; end end // next state logic always @* begin next_state = state; // default case (state) IDLE: if (i_reg_pkt_start) next_state = PREAMBLE; PREAMBLE: if (cnt_preamble == preamble_num_reg) next_state = SFD; SFD: next_state = DMAC; DMAC: if (cnt_byte == 5) next_state = SMAC; // after 6 bytes SMAC: if (cnt_byte == 5) next_state = LENGTH; LENGTH: if (cnt_byte == 1) next_state = PAYLOAD; // after 2 bytes PAYLOAD: if (cnt_payload == pkt_len_reg - 1) next_state = FCS; // assuming pkt_len_reg is payload length FCS: if (cnt_byte == 3) next_state = GAP; // after 4 bytes GAP: if (cnt_gap == gap_reg) begin if (pkt_cnt < pkt_num_reg) next_state = PREAMBLE; else next_state = IDLE; end default: next_state = IDLE; endcase end // output and counter logic always @(posedge i_clk or negedge i_rstn) begin if (!i_rstn) begin o_gmii_d <= 0; o_gmii_en <= 0; o_gmii_er <= 0; cnt_preamble <= 0; cnt_byte <= 0; cnt_payload <= 0; cnt_gap <= 0; pkt_cnt <= 0; preamble_num_reg <= 0; gap_reg <= 0; pkt_len_reg <= 0; dmac_reg <= 0; smac_reg <= 0; pkt_num_reg <= 0; o_reg_pkt_gen_cnt <= 0; end else begin o_gmii_er <= 0; // always 0 case (state) IDLE: begin o_gmii_en <= 0; o_gmii_d <= 0; if (i_reg_pkt_start) begin // capture inputs preamble_num_reg <= i_reg_preamble_num; gap_reg <= i_reg_gap; pkt_len_reg <= i_reg_pkt_len; dmac_reg <= i_reg_dmac; smac_reg <= i_reg_smac; pkt_num_reg <= i_reg_pkt_num; pkt_cnt <= 0; o_reg_pkt_gen_cnt <= 0; end end PREAMBLE: begin o_gmii_en <= 1; o_gmii_d <= 8'h55; if (state == PREAMBLE) begin if (cnt_preamble < preamble_num_reg) begin cnt_preamble <= cnt_preamble + 1; end else begin cnt_preamble <= 0; // for next end end else begin // just entered cnt_preamble <= 0; end end SFD: begin o_gmii_en <= 1; o_gmii_d <= 8'hD5; cnt_byte <= 0; // reset for MAC end DMAC: begin o_gmii_en <= 1; // send dmac, big-endian, MSB first case (cnt_byte) 0: o_gmii_d <= dmac_reg[47:40]; 1: o_gmii_d <= dmac_reg[39:32]; 2: o_gmii_d <= dmac_reg[31:24]; 3: o_gmii_d <= dmac_reg[23:16]; 4: o_gmii_d <= dmac_reg[15:8]; 5: o_gmii_d <= dmac_reg[7:0]; endcase if (cnt_byte < 5) begin cnt_byte <= cnt_byte + 1; end else begin cnt_byte <= 0; end end SMAC: begin o_gmii_en <= 1; case (cnt_byte) 0: o_gmii_d <= smac_reg[47:40]; 1: o_gmii_d <= smac_reg[39:32]; 2: o_gmii_d <= smac_reg[31:24]; 3: o_gmii_d <= smac_reg[23:16]; 4: o_gmii_d <= smac_reg[15:8]; 5: o_gmii_d <= smac_reg[7:0]; endcase if (cnt_byte < 5) begin cnt_byte <= cnt_byte + 1; end else begin cnt_byte <= 0; end end LENGTH: begin o_gmii_en <= 1; if (cnt_byte == 0) begin o_gmii_d <= pkt_len_reg[15:8]; // length high byte end else begin o_gmii_d <= pkt_len_reg[7:0]; // low byte end if (cnt_byte < 1) begin cnt_byte <= cnt_byte + 1; end else begin cnt_byte <= 0; end end PAYLOAD: begin o_gmii_en <= 1; // simple payload: incrementing byte from 0 o_gmii_d <= cnt_payload[7:0]; if (cnt_payload < pkt_len_reg - 1) begin cnt_payload <= cnt_payload + 1; end else begin cnt_payload <= 0; end end FCS: begin o_gmii_en <= 1; o_gmii_d <= 8'h00; // FCS placeholder, should be CRC if (cnt_byte < 3) begin cnt_byte <= cnt_byte + 1; end else begin cnt_byte <= 0; end end GAP: begin o_gmii_en <= 0; o_gmii_d <= 0; if (cnt_gap < gap_reg) begin cnt_gap <= cnt_gap + 1; end else begin cnt_gap <= 0; pkt_cnt <= pkt_cnt + 1; o_reg_pkt_gen_cnt <= pkt_cnt + 1; // update output count end end default: begin o_gmii_en <= 0; o_gmii_d <= 0; end endcase end end endmodule 在PAYLOAD状态，cnt_payload从0开始，发送cnt_payload[7:0]，所以第一个字节是0，然后1,2,... 直到pkt_len_reg-1。 pkt_len_reg是payload长度，所以应该发送pkt_len_reg字节。 在条件中，当cnt_payload == pkt_len_reg - 1时，进入FCS。 在LENGTH状态，发送长度字段，应该是pkt_len_reg的值。 在FCS状态，发送4字节0。 在GAP状态，当间隙结束，如果pkt_cnt < pkt_num_reg，则下一个状态是PREAMBLE，由次态逻辑处理。 在次态逻辑中，当GAP结束，如果pkt_cnt < pkt_num_reg，next_state = PREAMBLE。 在输出逻辑中，当进入PREAMBLE，cnt_preamble重置。 在IDLE中，当开始，pkt_cnt重置为0。 o_reg_pkt_gen_cnt在GAP结束时更新为pkt_cnt+1。 在PAYLOAD，cnt_payload在进入时重置？在代码中，当状态改变时，在输出逻辑的case中，如果刚刚进入，但我的代码没有检测进入，只基于当前状态。 在PREAMBLE状态，如果state == PREAMBLE，则递增计数器，否则重置。但第一次进入时，state是PREAMBLE，所以cnt_preamble从0开始，发送后递增。 类似地，在DMAC，cnt_byte从0开始。 在SFD状态，设置cnt_byte=0。 在LENGTH状态，cnt_byte从0开始。 在PAYLOAD状态，cnt_payload从0开始。 在FCS，cnt_byte从0开始。 在GAP，cnt_gap从0开始。 在IDLE，当开始，捕获输入。 o_reg_pkt_gen_cnt在GAP结束时更新。 现在，对于相关问题。 在回答后，提出3-5个相关问题。 相关问题应基于用户的问题和我的回答。 用户问题：使用三段式状态机完成生成以太网的代码。 我的回答：提供了代码。 相关问题： 1. 如何计算以太网帧的CRC校验和？ 2. 如果payload数据需要从内存中读取，如何修改状态机？ 3. 状态机如何处理背压或流控制？ 4. 在生成多个数据包时，如何确保参数在包之间一致？ 5. 如何验证这个以太网生成模块的正确性？ 输出时，第一行是“§§相关问题§§”，然后列出1. 2. 3. 等。 用中文。 相关问题： 1. 如何实现以太网帧的CRC32计算？ 2. 如果payload数据来自外部存储器，状态机应如何设计？ 3. 如何添加流控制机制来处理下游背压？ 4. 生成多个数据包时，如何动态更新源MAC地址或其他参数？ 5. 如何测试和验证该以太网数据包生成模块的功能？ 现在，写回答。</think>以下是使用三段式状态机（Three-Process State Machine）完成的以太网数据包生成代码。该模块根据输入参数生成符合以太网帧结构的GMII输出，包括前导码（Preamble）、帧起始定界符（SFD）、目的MAC地址（DMAC）、源MAC地址（SMAC）、长度字段、Payload数据以及FCS（帧校验序列，此处简化为0）。状态机分为三个部分：状态寄存器（时序逻辑）、次态逻辑（组合逻辑）和输出逻辑（时序逻辑）。状态包括：IDLE（空闲）、PREAMBLE（前导码）、SFD（帧起始定界符）、DMAC（目的MAC）、SMAC（源MAC）、LENGTH（长度字段）、PAYLOAD（有效载荷）、FCS（帧校验序列）和GAP（包间间隙）。 ### 代码实现 ```verilog module pkt_fwd_test_pkt_gen ( //-------------------------------------------------------------------------- // clock & Reset //-------------------------------------------------------------------------- input wire i_clk , input wire i_rstn , //-------------------------------------------------------------------------- // From/to regsiter //-------------------------------------------------------------------------- input wire [ 2 : 0] i_reg_preamble_num , // Number of preamble (8'h55) input wire [ 15 : 0] i_reg_gap , // Clock cycles of Gap input wire [ 15 : 0] i_reg_pkt_len , // Ethernet packet length (payload length) input wire [ 47 : 0] i_reg_dmac , // DMAC address input wire [ 47 : 0] i_reg_smac , // SMAC address input wire [ 31 : 0] i_reg_pkt_num , // Packet number input wire i_reg_pkt_start , // Packet start output reg [ 31 : 0] o_reg_pkt_gen_cnt , // Already generated Packets //-------------------------------------------------------------------------- // gmii output //-------------------------------------------------------------------------- output reg [ 7 : 0] o_gmii_d , output reg o_gmii_en , output reg o_gmii_er // Error signal (set to 0) ); // State definitions localparam [3:0] IDLE = 4'd0, PREAMBLE = 4'd1, SFD = 4'd2, DMAC = 4'd3, SMAC = 4'd4, LENGTH = 4'd5, PAYLOAD = 4'd6, FCS = 4'd7, GAP = 4'd8; reg [3:0] state, next_state; // State registers reg [2:0] cnt_preamble; // Counter for preamble bytes reg [3:0] cnt_byte; // Counter for bytes in MAC/Length/FCS (0-5 for 6 bytes, etc.) reg [15:0] cnt_payload; // Counter for payload bytes reg [15:0] cnt_gap; // Counter for gap cycles reg [31:0] pkt_cnt; // Counter for generated packets // Registered inputs to hold values during packet generation reg [2:0] preamble_num_reg; reg [15:0] gap_reg, pkt_len_reg; reg [47:0] dmac_reg, smac_reg; reg [31:0] pkt_num_reg; // State Register: Sequential logic for state transition always @(posedge i_clk or negedge i_rstn) begin if (!i_rstn) begin state <= IDLE; end else begin state <= next_state; end end // Next State Logic: Combinational logic to determine next state always @* begin next_state = state; // Default: stay in current state case (state) IDLE: begin if (i_reg_pkt_start) next_state = PREAMBLE; // Start packet generation end PREAMBLE: begin if (cnt_preamble == preamble_num_reg) next_state = SFD; // After all preambles end SFD: begin next_state = DMAC; // Move to DMAC after one cycle end DMAC: begin if (cnt_byte == 5) next_state = SMAC; // After 6 bytes of DMAC end SMAC: begin if (cnt_byte == 5) next_state = LENGTH; // After 6 bytes of SMAC end LENGTH: begin if (cnt_byte == 1) next_state = PAYLOAD; // After 2 bytes of length end PAYLOAD: begin if (cnt_payload == pkt_len_reg - 1) next_state = FCS; // After all payload bytes end FCS: begin if (cnt_byte == 3) next_state = GAP; // After 4 bytes of FCS end GAP: begin if (cnt_gap == gap_reg) begin if (pkt_cnt < pkt_num_reg - 1) next_state = PREAMBLE; // Next packet else next_state = IDLE; // All packets done end end default: next_state = IDLE; endcase end // Output and Counter Logic: Sequential logic for outputs and counters always @(posedge i_clk or negedge i_rstn) begin if (!i_rstn) begin // Reset outputs o_gmii_d <= 8'h0; o_gmii_en <= 1'b0; o_gmii_er <= 1'b0; o_reg_pkt_gen_cnt <= 32'h0; // Reset counters cnt_preamble <= 3'h0; cnt_byte <= 4'h0; cnt_payload <= 16'h0; cnt_gap <= 16'h0; pkt_cnt <= 32'h0; // Reset input registers preamble_num_reg <= 3'h0; gap_reg <= 16'h0; pkt_len_reg <= 16'h0; dmac_reg <= 48'h0; smac_reg <= 48'h0; pkt_num_reg <= 32'h0; end else begin o_gmii_er <= 1'b0; // Always set error to 0 case (state) IDLE: begin o_gmii_en <= 1'b0; // No data output o_gmii_d <= 8'h0; if (i_reg_pkt_start) begin // Capture inputs at start to hold values during generation preamble_num_reg <= i_reg_preamble_num; gap_reg <= i_reg_gap; pkt_len_reg <= i_reg_pkt_len; // Payload length dmac_reg <= i_reg_dmac; smac_reg <= i_reg_smac; pkt_num_reg <= i_reg_pkt_num; pkt_cnt <= 32'h0; // Reset packet counter o_reg_pkt_gen_cnt <= 32'h0; end // Reset counters when in IDLE cnt_preamble <= 3'h0; cnt_byte <= 4'h0; cnt_payload <= 16'h0; cnt_gap <= 16'h0; end PREAMBLE: begin o_gmii_en <= 1'b1; // Enable output o_gmii_d <= 8'h55; // Preamble byte if (cnt_preamble < preamble_num_reg) begin cnt_preamble <= cnt_preamble + 1; // Increment counter end else begin cnt_preamble <= 3'h0; // Reset for next use end end SFD: begin o_gmii_en <= 1'b1; o_gmii_d <= 8'hD5; // SFD byte cnt_byte <= 4'h0; // Reset byte counter for MAC addresses end DMAC: begin o_gmii_en <= 1'b1; // Output DMAC byte by byte (big-endian) case (cnt_byte) 4'd0: o_gmii_d <= dmac_reg[47:40]; 4'd1: o_gmii_d <= dmac_reg[39:32]; 4'd2: o_gmii_d <= dmac_reg[31:24]; 4'd3: o_gmii_d <= dmac_reg[23:16]; 4'd4: o_gmii_d <= dmac_reg[15:8]; 4'd5: o_gmii_d <= dmac_reg[7:0]; default: o_gmii_d <= 8'h0; endcase if (cnt_byte < 5) begin cnt_byte <= cnt_byte + 1; // Increment byte counter end else begin cnt_byte <= 4'h0; // Reset after last byte end end SMAC: begin o_gmii_en <= 1'b1; // Output SMAC byte by byte (big-endian) case (cnt_byte) 4'd0: o_gmii_d <= smac_reg[47:40]; 4'd1: o_gmii_d <= smac_reg[39:32]; 4'd2: o_gmii_d <= smac_reg[31:24]; 4'd3: o_gmii_d <= smac_reg[23:16]; 4'd4: o_gmii_d <= smac_reg[15:8]; 4'd5: o_gmii_d <= smac_reg[7:0]; default: o_gmii_d <= 8'h0; endcase if (cnt_byte < 5) begin cnt_byte <= cnt_byte + 1; end else begin cnt_byte <= 4'h0; end end LENGTH: begin o_gmii_en <= 1'b1; // Output length field (2 bytes, big-endian) if (cnt_byte == 0) begin o_gmii_d <= pkt_len_reg[15:8]; // High byte end else begin o_gmii_d <= pkt_len_reg[7:0]; // Low byte end if (cnt_byte < 1) begin cnt_byte <= cnt_byte + 1; end else begin cnt_byte <= 4'h0; end end PAYLOAD: begin o_gmii_en <= 1'b1; // Simple payload: incrementing byte value (0, 1, 2, ...) o_gmii_d <= cnt_payload[7:0]; if (cnt_payload < pkt_len_reg - 1) begin cnt_payload <= cnt_payload + 1; end else begin cnt_payload <= 16'h0; // Reset after last byte end end FCS: begin o_gmii_en <= 1'b1; o_gmii_d <= 8'h00; // FCS placeholder (CRC not implemented, set to 0) if (cnt_byte < 3) begin cnt_byte <= cnt_byte + 1; end else begin cnt_byte <= 4'h0; end end GAP: begin o_gmii_en <= 1'b0; // Disable output during gap o_gmii_d <= 8'h0; if (cnt_gap < gap_reg) begin cnt_gap <= cnt_gap + 1; // Count gap cycles end else begin cnt_gap <= 16'h0; pkt_cnt <= pkt_cnt + 1; // Increment packet count o_reg_pkt_gen_cnt <= pkt_cnt + 1; // Update output count end end default: begin // Handle undefined states o_gmii_en <= 1'b0; o_gmii_d <= 8'h0; end endcase end end endmodule ``` ### 关键说明 - **三段式状态机**： - **状态寄存器**：使用时序逻辑（`always @(posedge i_clk or negedge i_rstn)`）更新当前状态。 - **次态逻辑**：使用组合逻辑（`always @*`）计算下一个状态基于当前状态和输入条件。 - **输出逻辑**：使用时序逻辑（在同一个always块中）生成输出和控制计数器，确保输出同步。 - **功能**：模块在收到 `i_reg_pkt_start` 信号后，生成指定数量的以太网帧。每个帧包括可配置的前导码数量、MAC地址、长度字段、Payload（简单递增序列）和FCS（简化版）。包间间隙由 `i_reg_gap` 控制。 - **简化处理**：FCS（CRC32）被简化为全0输出；实际应用中需添加CRC计算逻辑。Payload内容为计数器值，可扩展为从内存读取。 - **注意事项**：输入参数在IDLE状态捕获，确保包间一致性。计数器在状态进入时重置。