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https://github.com/fpganinja/taxi.git
synced 2025-12-09 08:58:40 -08:00
eth: Add AXI stream GMII Ethernet frame receiver module and testbench
Signed-off-by: Alex Forencich <alex@alexforencich.com>
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445
rtl/eth/taxi_axis_gmii_tx.sv
Normal file
445
rtl/eth/taxi_axis_gmii_tx.sv
Normal file
@@ -0,0 +1,445 @@
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||||
// SPDX-License-Identifier: CERN-OHL-S-2.0
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||||
/*
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||||
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||||
Copyright (c) 2015-2025 FPGA Ninja, LLC
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||||
Authors:
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||||
- Alex Forencich
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*/
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||||
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`resetall
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`timescale 1ns / 1ps
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||||
`default_nettype none
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/*
|
||||
* AXI4-Stream GMII frame transmitter (AXI in, GMII out)
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||||
*/
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module taxi_axis_gmii_tx #
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||||
(
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||||
parameter DATA_W = 8,
|
||||
parameter logic PADDING_EN = 1'b1,
|
||||
parameter MIN_FRAME_LEN = 64,
|
||||
parameter logic PTP_TS_EN = 1'b0,
|
||||
parameter PTP_TS_W = 96,
|
||||
parameter logic TX_CPL_CTRL_IN_TUSER = 1'b1
|
||||
)
|
||||
(
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||||
input wire logic clk,
|
||||
input wire logic rst,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Transmit interface (AXI stream)
|
||||
*/
|
||||
taxi_axis_if.snk s_axis_tx,
|
||||
taxi_axis_if.src m_axis_tx_cpl,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* GMII output
|
||||
*/
|
||||
output wire logic [DATA_W-1:0] gmii_txd,
|
||||
output wire logic gmii_tx_en,
|
||||
output wire logic gmii_tx_er,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* PTP
|
||||
*/
|
||||
input wire logic [PTP_TS_W-1:0] ptp_ts,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Control
|
||||
*/
|
||||
input wire logic clk_enable,
|
||||
input wire logic mii_select,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Configuration
|
||||
*/
|
||||
input wire logic [7:0] cfg_ifg,
|
||||
input wire logic cfg_tx_enable,
|
||||
|
||||
/*
|
||||
* Status
|
||||
*/
|
||||
output wire logic start_packet,
|
||||
output wire logic error_underflow
|
||||
);
|
||||
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||||
localparam USER_W = TX_CPL_CTRL_IN_TUSER ? 2 : 1;
|
||||
localparam TX_TAG_W = s_axis_tx.ID_W;
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||||
localparam MIN_LEN_W = $clog2(MIN_FRAME_LEN-4-1+1);
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||||
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||||
// check configuration
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||||
if (DATA_W != 8)
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||||
$fatal(0, "Error: Interface width must be 8 (instance %m)");
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||||
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||||
if (s_axis_tx.DATA_W != DATA_W)
|
||||
$fatal(0, "Error: Interface DATA_W parameter mismatch (instance %m)");
|
||||
|
||||
if (s_axis_tx.USER_W != USER_W)
|
||||
$fatal(0, "Error: Interface USER_W parameter mismatch (instance %m)");
|
||||
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||||
localparam [7:0]
|
||||
ETH_PRE = 8'h55,
|
||||
ETH_SFD = 8'hD5;
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|
||||
localparam [2:0]
|
||||
STATE_IDLE = 3'd0,
|
||||
STATE_PREAMBLE = 3'd1,
|
||||
STATE_PAYLOAD = 3'd2,
|
||||
STATE_LAST = 3'd3,
|
||||
STATE_PAD = 3'd4,
|
||||
STATE_FCS = 3'd5,
|
||||
STATE_IFG = 3'd6;
|
||||
|
||||
logic [2:0] state_reg = STATE_IDLE, state_next;
|
||||
|
||||
// datapath control signals
|
||||
logic reset_crc;
|
||||
logic update_crc;
|
||||
|
||||
logic [7:0] s_tdata_reg = 8'd0, s_tdata_next;
|
||||
|
||||
logic mii_odd_reg = 1'b0, mii_odd_next;
|
||||
logic [3:0] mii_msn_reg = 4'b0, mii_msn_next;
|
||||
|
||||
logic frame_reg = 1'b0, frame_next;
|
||||
logic frame_error_reg = 1'b0, frame_error_next;
|
||||
logic [7:0] frame_ptr_reg = '0, frame_ptr_next;
|
||||
logic [MIN_LEN_W-1:0] frame_min_count_reg = '0, frame_min_count_next;
|
||||
|
||||
logic [7:0] gmii_txd_reg = 8'd0, gmii_txd_next;
|
||||
logic gmii_tx_en_reg = 1'b0, gmii_tx_en_next;
|
||||
logic gmii_tx_er_reg = 1'b0, gmii_tx_er_next;
|
||||
|
||||
logic s_axis_tx_tready_reg = 1'b0, s_axis_tx_tready_next;
|
||||
|
||||
logic [PTP_TS_W-1:0] m_axis_tx_cpl_ts_reg = '0, m_axis_tx_cpl_ts_next;
|
||||
logic [TX_TAG_W-1:0] m_axis_tx_cpl_tag_reg = '0, m_axis_tx_cpl_tag_next;
|
||||
logic m_axis_tx_cpl_valid_reg = 1'b0, m_axis_tx_cpl_valid_next;
|
||||
|
||||
logic start_packet_int_reg = 1'b0, start_packet_int_next;
|
||||
logic start_packet_reg = 1'b0, start_packet_next;
|
||||
logic error_underflow_reg = 1'b0, error_underflow_next;
|
||||
|
||||
logic [31:0] crc_state = '1;
|
||||
wire [31:0] crc_next;
|
||||
|
||||
assign s_axis_tx.tready = s_axis_tx_tready_reg;
|
||||
|
||||
assign gmii_txd = gmii_txd_reg;
|
||||
assign gmii_tx_en = gmii_tx_en_reg;
|
||||
assign gmii_tx_er = gmii_tx_er_reg;
|
||||
|
||||
assign m_axis_tx_cpl.tdata = PTP_TS_EN ? m_axis_tx_cpl_ts_reg : '0;
|
||||
assign m_axis_tx_cpl.tkeep = 1'b1;
|
||||
assign m_axis_tx_cpl.tstrb = m_axis_tx_cpl.tkeep;
|
||||
assign m_axis_tx_cpl.tvalid = m_axis_tx_cpl_valid_reg;
|
||||
assign m_axis_tx_cpl.tlast = 1'b1;
|
||||
assign m_axis_tx_cpl.tid = m_axis_tx_cpl_tag_reg;
|
||||
assign m_axis_tx_cpl.tdest = '0;
|
||||
assign m_axis_tx_cpl.tuser = '0;
|
||||
|
||||
assign start_packet = start_packet_reg;
|
||||
assign error_underflow = error_underflow_reg;
|
||||
|
||||
taxi_lfsr #(
|
||||
.LFSR_W(32),
|
||||
.LFSR_POLY(32'h4c11db7),
|
||||
.LFSR_GALOIS(1),
|
||||
.LFSR_FEED_FORWARD(0),
|
||||
.REVERSE(1),
|
||||
.DATA_W(8)
|
||||
)
|
||||
eth_crc_8 (
|
||||
.data_in(s_tdata_reg),
|
||||
.state_in(crc_state),
|
||||
.data_out(),
|
||||
.state_out(crc_next)
|
||||
);
|
||||
|
||||
always_comb begin
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
|
||||
reset_crc = 1'b0;
|
||||
update_crc = 1'b0;
|
||||
|
||||
mii_odd_next = mii_odd_reg;
|
||||
mii_msn_next = mii_msn_reg;
|
||||
|
||||
frame_next = frame_reg;
|
||||
frame_error_next = frame_error_reg;
|
||||
frame_ptr_next = frame_ptr_reg;
|
||||
frame_min_count_next = frame_min_count_reg;
|
||||
|
||||
s_axis_tx_tready_next = 1'b0;
|
||||
|
||||
s_tdata_next = s_tdata_reg;
|
||||
|
||||
m_axis_tx_cpl_ts_next = m_axis_tx_cpl_ts_reg;
|
||||
m_axis_tx_cpl_tag_next = m_axis_tx_cpl_tag_reg;
|
||||
m_axis_tx_cpl_valid_next = 1'b0;
|
||||
|
||||
if (start_packet_reg) begin
|
||||
m_axis_tx_cpl_ts_next = ptp_ts;
|
||||
m_axis_tx_cpl_tag_next = s_axis_tx.tid;
|
||||
if (TX_CPL_CTRL_IN_TUSER) begin
|
||||
m_axis_tx_cpl_valid_next = (s_axis_tx.tuser >> 1) != 0;
|
||||
end else begin
|
||||
m_axis_tx_cpl_valid_next = 1'b1;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
|
||||
gmii_txd_next = '0;
|
||||
gmii_tx_en_next = 1'b0;
|
||||
gmii_tx_er_next = 1'b0;
|
||||
|
||||
start_packet_int_next = start_packet_int_reg;
|
||||
start_packet_next = 1'b0;
|
||||
error_underflow_next = 1'b0;
|
||||
|
||||
if (s_axis_tx.tvalid && s_axis_tx.tready) begin
|
||||
frame_next = !s_axis_tx.tlast;
|
||||
end
|
||||
|
||||
if (!clk_enable) begin
|
||||
// clock disabled - hold state and outputs
|
||||
gmii_txd_next = gmii_txd_reg;
|
||||
gmii_tx_en_next = gmii_tx_en_reg;
|
||||
gmii_tx_er_next = gmii_tx_er_reg;
|
||||
state_next = state_reg;
|
||||
end else if (mii_select && mii_odd_reg) begin
|
||||
// MII odd cycle - hold state, output MSN
|
||||
mii_odd_next = 1'b0;
|
||||
gmii_txd_next = {4'd0, mii_msn_reg};
|
||||
gmii_tx_en_next = gmii_tx_en_reg;
|
||||
gmii_tx_er_next = gmii_tx_er_reg;
|
||||
state_next = state_reg;
|
||||
if (start_packet_int_reg) begin
|
||||
start_packet_int_next = 1'b0;
|
||||
start_packet_next = 1'b1;
|
||||
end
|
||||
end else begin
|
||||
case (state_reg)
|
||||
STATE_IDLE: begin
|
||||
// idle state - wait for packet
|
||||
reset_crc = 1'b1;
|
||||
|
||||
mii_odd_next = 1'b0;
|
||||
frame_ptr_next = 1;
|
||||
|
||||
frame_error_next = 1'b0;
|
||||
frame_min_count_next = MIN_LEN_W'(MIN_FRAME_LEN-4-1);
|
||||
|
||||
if (s_axis_tx.tvalid && cfg_tx_enable) begin
|
||||
mii_odd_next = 1'b1;
|
||||
gmii_txd_next = ETH_PRE;
|
||||
gmii_tx_en_next = 1'b1;
|
||||
state_next = STATE_PREAMBLE;
|
||||
end else begin
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
STATE_PREAMBLE: begin
|
||||
// send preamble
|
||||
reset_crc = 1'b1;
|
||||
|
||||
mii_odd_next = 1'b1;
|
||||
frame_ptr_next = frame_ptr_reg + 1;
|
||||
|
||||
gmii_txd_next = ETH_PRE;
|
||||
gmii_tx_en_next = 1'b1;
|
||||
|
||||
if (frame_ptr_reg == 6) begin
|
||||
s_axis_tx_tready_next = 1'b1;
|
||||
s_tdata_next = s_axis_tx.tdata;
|
||||
state_next = STATE_PREAMBLE;
|
||||
end else if (frame_ptr_reg == 7) begin
|
||||
// end of preamble; start payload
|
||||
frame_ptr_next = '0;
|
||||
if (s_axis_tx_tready_reg) begin
|
||||
s_axis_tx_tready_next = 1'b1;
|
||||
s_tdata_next = s_axis_tx.tdata;
|
||||
end
|
||||
gmii_txd_next = ETH_SFD;
|
||||
if (mii_select) begin
|
||||
start_packet_int_next = 1'b1;
|
||||
end else begin
|
||||
start_packet_next = 1'b1;
|
||||
end
|
||||
state_next = STATE_PAYLOAD;
|
||||
end else begin
|
||||
state_next = STATE_PREAMBLE;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
STATE_PAYLOAD: begin
|
||||
// send payload
|
||||
|
||||
update_crc = 1'b1;
|
||||
s_axis_tx_tready_next = 1'b1;
|
||||
|
||||
mii_odd_next = 1'b1;
|
||||
|
||||
if (frame_min_count_reg != 0) begin
|
||||
frame_min_count_next = frame_min_count_reg - 1;
|
||||
end
|
||||
|
||||
gmii_txd_next = s_tdata_reg;
|
||||
gmii_tx_en_next = 1'b1;
|
||||
|
||||
s_tdata_next = s_axis_tx.tdata;
|
||||
|
||||
if (!s_axis_tx.tvalid || s_axis_tx.tlast) begin
|
||||
s_axis_tx_tready_next = frame_next; // drop frame
|
||||
frame_error_next = !s_axis_tx.tvalid || s_axis_tx.tuser[0];
|
||||
error_underflow_next = !s_axis_tx.tvalid;
|
||||
|
||||
state_next = STATE_LAST;
|
||||
end else begin
|
||||
state_next = STATE_PAYLOAD;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
STATE_LAST: begin
|
||||
// last payload word
|
||||
|
||||
update_crc = 1'b1;
|
||||
s_axis_tx_tready_next = frame_next; // drop frame
|
||||
|
||||
mii_odd_next = 1'b1;
|
||||
|
||||
gmii_txd_next = s_tdata_reg;
|
||||
gmii_tx_en_next = 1'b1;
|
||||
|
||||
if (PADDING_EN && frame_min_count_reg != 0) begin
|
||||
frame_min_count_next = frame_min_count_reg - 1;
|
||||
s_tdata_next = 8'd0;
|
||||
state_next = STATE_PAD;
|
||||
end else begin
|
||||
frame_ptr_next = '0;
|
||||
state_next = STATE_FCS;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
STATE_PAD: begin
|
||||
// send padding
|
||||
s_axis_tx_tready_next = frame_next; // drop frame
|
||||
|
||||
update_crc = 1'b1;
|
||||
mii_odd_next = 1'b1;
|
||||
|
||||
gmii_txd_next = 8'd0;
|
||||
gmii_tx_en_next = 1'b1;
|
||||
|
||||
s_tdata_next = 8'd0;
|
||||
|
||||
if (frame_min_count_reg != 0) begin
|
||||
frame_min_count_next = frame_min_count_reg - 1;
|
||||
state_next = STATE_PAD;
|
||||
end else begin
|
||||
frame_ptr_next = '0;
|
||||
state_next = STATE_FCS;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
STATE_FCS: begin
|
||||
// send FCS
|
||||
s_axis_tx_tready_next = frame_next; // drop frame
|
||||
|
||||
mii_odd_next = 1'b1;
|
||||
frame_ptr_next = frame_ptr_reg + 1;
|
||||
|
||||
case (frame_ptr_reg[1:0])
|
||||
2'd0: gmii_txd_next = ~crc_state[7:0];
|
||||
2'd1: gmii_txd_next = ~crc_state[15:8];
|
||||
2'd2: gmii_txd_next = ~crc_state[23:16];
|
||||
2'd3: gmii_txd_next = ~crc_state[31:24];
|
||||
endcase
|
||||
gmii_tx_en_next = 1'b1;
|
||||
gmii_tx_er_next = frame_error_reg;
|
||||
|
||||
if (frame_ptr_reg < 3) begin
|
||||
state_next = STATE_FCS;
|
||||
end else begin
|
||||
frame_ptr_next = '0;
|
||||
state_next = STATE_IFG;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
STATE_IFG: begin
|
||||
// send IFG
|
||||
s_axis_tx_tready_next = frame_next; // drop frame
|
||||
|
||||
mii_odd_next = 1'b1;
|
||||
frame_ptr_next = frame_ptr_reg + 1;
|
||||
|
||||
if (frame_ptr_reg < cfg_ifg-1 || frame_reg) begin
|
||||
state_next = STATE_IFG;
|
||||
end else begin
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
default: begin
|
||||
// invalid state, return to idle
|
||||
state_next = STATE_IDLE;
|
||||
end
|
||||
endcase
|
||||
|
||||
if (mii_select) begin
|
||||
mii_msn_next = gmii_txd_next[7:4];
|
||||
gmii_txd_next[7:4] = 4'd0;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
|
||||
always_ff @(posedge clk) begin
|
||||
state_reg <= state_next;
|
||||
|
||||
frame_reg <= frame_next;
|
||||
frame_error_reg <= frame_error_next;
|
||||
frame_ptr_reg <= frame_ptr_next;
|
||||
frame_min_count_reg <= frame_min_count_next;
|
||||
|
||||
m_axis_tx_cpl_ts_reg <= m_axis_tx_cpl_ts_next;
|
||||
m_axis_tx_cpl_tag_reg <= m_axis_tx_cpl_tag_next;
|
||||
m_axis_tx_cpl_valid_reg <= m_axis_tx_cpl_valid_next;
|
||||
|
||||
mii_odd_reg <= mii_odd_next;
|
||||
mii_msn_reg <= mii_msn_next;
|
||||
|
||||
s_tdata_reg <= s_tdata_next;
|
||||
|
||||
s_axis_tx_tready_reg <= s_axis_tx_tready_next;
|
||||
|
||||
gmii_txd_reg <= gmii_txd_next;
|
||||
gmii_tx_en_reg <= gmii_tx_en_next;
|
||||
gmii_tx_er_reg <= gmii_tx_er_next;
|
||||
|
||||
if (reset_crc) begin
|
||||
crc_state <= '1;
|
||||
end else if (update_crc) begin
|
||||
crc_state <= crc_next;
|
||||
end
|
||||
|
||||
start_packet_int_reg <= start_packet_int_next;
|
||||
start_packet_reg <= start_packet_next;
|
||||
error_underflow_reg <= error_underflow_next;
|
||||
|
||||
if (rst) begin
|
||||
state_reg <= STATE_IDLE;
|
||||
|
||||
frame_reg <= 1'b0;
|
||||
|
||||
s_axis_tx_tready_reg <= 1'b0;
|
||||
|
||||
m_axis_tx_cpl_valid_reg <= 1'b0;
|
||||
|
||||
gmii_tx_en_reg <= 1'b0;
|
||||
gmii_tx_er_reg <= 1'b0;
|
||||
|
||||
start_packet_int_reg <= 1'b0;
|
||||
start_packet_reg <= 1'b0;
|
||||
error_underflow_reg <= 1'b0;
|
||||
end
|
||||
end
|
||||
|
||||
endmodule
|
||||
|
||||
`resetall
|
||||
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