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適用於板卡型號：
PGL22G
1. 實驗簡介
本實驗練習使用ADC的以太網傳輸，實驗中使用的ADC模塊型號為AN706，最大采樣率200Khz，精度為16位。基於前面講到的以太網實驗，在本實驗中把AN706的采集數據以千兆以太網方式傳輸到上位機軟件，我們可以用更加直觀的方式觀察波形，是一個數字示波器雛形，並且可以保存ADC數據。
8路200K采樣16位ADC模塊
實驗預期結果
2. 實驗原理
2.1 制定UDP包協議
為了體現上位機的靈活性，基於UDP傳輸，制定了以下通訊協議，此協議包含在UDP數據包中。
一、獲取板卡信息
（1）詢問命令（共5字節，由上位機通過以太網發送）
| 字節數 | 1 | 4 |
| 命令信息 | Header | 32’h00000000 或32’h00010001 |
（2）應答命令（共27字節，由開發板通過以太網發送）
| 字節數 | 命令信息 |
| 1 | Header|8’h01 |
| 4 | 32’h00010001 |
| 6 | 板卡MAC地址 |
| 4 | 板卡IP地址 |
| 1 | 符號位8’h00:無符號數 8’h01有符號數（設置無效，上位機要求為有符號數） |
| 1 | ADC有效數據長度，比如AD7606為16位，即8’d16 |
| 1 | 采集一次ADC的字節數（設置無效，上位機要求ADC數據位寬為兩個字節） |
| 1 | 采樣通道（此功能上位機未實現） |
| 4 | 采樣率，即采樣的頻率，程序中設為200K |
| 4 | 緩存的ADC數據長度，單位為字節 |
二、獲取數據
（1）控制命令（由上位機發送數據請求）
| 字節數 | 命令信息 |
| 1 | Header |
| 4 | 32’h00010002 |
| 6 | 板卡MAC地址，確認是本地的MAC地址 |
| 4 | 采樣通道（此功能未實現） |
| 4 | 采樣次數（采集數據為16位，采樣次數為緩存數據長度的一半） |
（2）應答命令（由開發板發送）
| 字節數 | 命令信息 |
| 1 | Header|8’h01 |
| 4 | 32’h00010002 |
| 1024 | ADC數據 |
每個UDP包都包含有Header，在第一個字節，其格式如下：
| 比特位 | 值（0） | 值（1） |
| bit 0 | 查詢或控制 | 應答 |
| bit1~bit7 | 隨機數據 |
注：當應答時，高7位隨機數據保持不變，bit0設置為1
2.2 程序實現
首先在空閑狀態，上位機會通過以太網廣播發送詢問命令，因此在IP層接收時要加上判斷是否是廣播UDP數據，如果是，也接收數據，此段代碼在ip_rx.v中，如下所示：
之后在eth_cmd.v文件中判斷接收到的數據信息，是否是詢問命令或控制命令，從而產生出命令的應答請求信號cmd_reply_req，或請求數據的信號ad_data_req。
| 信號名稱 | 方向 | 寬度(bit) | 說明 |
| clk | in | 1 | 系統時鍾 |
| rst_n | in | 1 | 異步復位，低電平復位 |
| udp_rec_data_valid | in | 1 | UDP接收數據有效 |
| udp_rec_ram_rdata | in | 8 | UDP接收到的數據 |
| udp_rec_ram_read_addr | out | 11 | UDP接收數據RAM地址 |
| udp_rec_data_length | in | 16 | UDP接收數據長度 |
| udp_rd_en | in | 1 | UDP發送讀使能信號 |
| reply_data | out | 8 | 命令應答數據 |
| local_ip_addr | in | 32 | 本地IP地址 |
| local_mac_addr | in | 48 | 本地MAC地址 |
| ch_sel | out | 32 | 通道選擇（未使用） |
| sample_num | out | 32 | 采樣長度 |
| header | out | 8 | 命令頭 |
| cmd_reply_ack | in | 1 | 命令應答響應 |
| cmd_reply_req | out | 1 | 命令應答請求 |
| cmd_send_len | out | 16 | 命令應答數據長度 |
| ad_data_ack | in | 1 | ADC數據應答信號 |
| ad_data_req | out | 1 | ADC數據請求信號 |
mac_ctrl.v文件實現以太網的傳輸控制，在IDLE狀態下等待一定時間，進入CMD_WAIT狀態，判斷是否有命令請求cmd_reply_req或數據請求ad_data_req，之后進入CHECK_ARP狀態，檢查對應的IP地址是否在緩存列表中，如果沒有，將發送ARP請求，等待應答。之后根據命令請求或數據請求進入相應的數據發送狀態，CMD_SEND或AD_SEND狀態。
| 信號名稱 | 方向 | 寬度(bit) | 說明 |
| clk | in | 1 | 系統時鍾 |
| rst_n | in | 1 | 異步復位，低電平復位 |
| udp_send_data_length | out | 16 | UDP發送數據長度 |
| ip_rec_source_ip_addr | in | 32 | UDP接收到的廣播IP地址 |
| destination_ip_addr | out | 32 | 目的IP地址 |
| fifo_data | in | 16 | 從FIFO中讀出的ADC數據 |
| fifo_data_count | in | 11 | FIFO中可讀數據數量 |
| fifo_rd_en | out | 1 | FIFO讀信號 |
| udp_rd_en | in | 1 | UDP發送讀請求信號 |
| header | in | 8 | 命令頭 |
| sample_num | in | 32 | 采樣長度 |
| sample_len | out | 32 | 采樣長度latch |
| reply_data | in | 8 | 命令應答數據 |
| cmd_reply_ack | out | 1 | 命令應答響應 |
| cmd_reply_req | in | 1 | 命令應答請求 |
| cmd_send_len | in | 16 | 命令應答數據長度 |
| ad_data_ack | out | 1 | ADC數據應答信號 |
| ad_data_req | in | 1 | ADC數據請求信號 |
| ad_sample_req | out | 1 | ADC采集請求信號 |
| ad_sample_ack | in | 1 | ADC采集應答信號 |
| mac_send_end | in | 1 | MAC發送結束信號 |
| mac_not_exist | in | 1 | IP對應MAC不存在 |
| arp_found | in | 1 | 接收到MAC |
| udp_tx_req | out | 1 | UDP發送請求 |
| arp_request_req | out | 1 | ARP發送請求 |
| udp_data | out | 8 | UDP發送數據 |
| read_req_ack | in | 1 | 讀FIFO應答 |
| read_req | out | 1 | 讀FIFO請求 |
| identify_code | out | 16 | IP序列號 |
注意：上位機設置的緩存空間為1M字節，請求數據間隔為100ms，因此在設置采樣深度時要考慮到這兩點。在eth_top.v程序中設置為32'h00008000，即32K字節，采樣頻率為200KHz，ADC采樣端數據為兩個字節長度，因此采樣長度為采樣字節除以2，即32’h00004000，計算需要82ms可采集完成。移除了UDP發送數據的檢驗和。
2.3 實驗現象
1）首先要確保PC的網卡速度為千兆，否則無法顯示。在網絡連接中找到本地以太網， 雙擊出現如下界面，千兆網絡默認連接如下圖：
如未出現如上所述界面，先確認是否是千兆網線連接的和網卡是否支持千兆，網卡判別則右鍵屬性
點擊配置，可看到網卡型號查下是否支持千兆。
在鏈接速度中，可以看到目前的鏈接狀態是多大速度，可在下拉菜單中查找鏈接選項，務必確保鏈接速度為1.0Gbps 全雙工，如果沒有這個選項，說明網卡不支持千兆以太網。
2）將AN706模塊插入開發板的擴展口J8，注意1腳對齊，不要插錯、插偏，不能帶電操作。不清楚連接的可參考“AD7606波形顯示例程”的教程。
3）連接AN706的CH1輸入到信號發生器的輸出，AN706模塊本身沒有焊接SMA插頭，本實驗為了方便，自行焊接了一個SMA插頭。
AN706連接信號源示意圖
4）下載程序，調節信號發生的頻率和幅度，AN706輸入范圍-5V-5V，因此幅度最大設置為10Vpp，為了便於觀察波形數據，建議信號輸入頻率50hz到10Khz。打開示波器.exe即可自動顯示波形。此實驗不需要設置PC的IP地址，用千兆網線連接PC和開發板即可。
附：上位機軟件說明
綠色框顯示發送板卡的MAC和IP地址。
紅色框中為控制按鈕，功能如下：
復位：點擊復位可使波形顯示到初始狀態，如下圖
自動：沒有用處
垂直：“垂直“與“水平”切換，點擊此按鈕可進行水平垂直方向縮放的切換，在垂直狀態下，滾動鼠標滾軸可進行垂直方向的縮放，水平狀態下，進行水平方向的縮放。
暫停：“暫停“與”繼續“切換，點擊暫停波形，可再點擊“繼續”顯示波形。
保存：保存ADC數據為TXT文檔，保存路徑在“路徑”按鈕處設置，默認為軟件所在路徑。
數值：“數值”與“電壓”切換，Y方向坐標單位為原始值，即接收到的原始數據值，點擊“電壓”則顯示電壓值。
路徑：選擇保存路徑
打開：打開已保存的TXT波形文件