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本原创教程由芯驿电子科技（上海）有限公司（ALINX）创作，版权归本公司所有，如需转载，需授权并注明出处（http://www.alinx.com）。 适用于板卡型号： PGL22G 1. 实验简介本实验练习使用ADC的以太网传输，实验中使用的ADC模块型号为AN9238，最大采样率65Mhz，精度为12位。基于前面讲到的以太网实验，在本实验中把AN9238的采集数据以千兆以太网方式传输到上位机软件，我们可以用更加直观的方式观察波形，是一个数字示波器雏形，并且可以保存ADC数据。  AN9238双路65M采样12位ADC模块 实验预期结果2. 实验原理2.1 制定UDP包协议 为了体现上位机的灵活性，基于UDP传输，制定了以下通讯协议，此协议包含在UDP数据包中。 一、获取板卡信息 （1）询问命令（共5字节，由上位机通过以太网发送） | 字节数 | 1 | 4 | | 命令信息 | Header | 32’h00000000 或32’h00010001 |
（2）应答命令（共27字节，由开发板通过以太网发送） | 字节数 | 命令信息 | | 1 | Header|8’h01 | | 4 | 32’h00010001 | | 6 | 板卡MAC地址 | | 4 | 板卡IP地址 | | 1 | 符号位8’h00:无符号数 8’h01有符号数（设置无效，上位机要求为有符号数） | | 1 | ADC有效数据长度，比如AD9226为12位，即8’d12 | | 1 | 采集一次ADC的字节数（设置无效，上位机要求ADC数据位宽为两个字节） | | 1 | 采样通道（此功能上位机未实现） | | 4 | 采样率，即采样的频率，程序中设为65M | | 4 | 缓存的ADC数据长度，单位为字节 |
二、获取数据 （1）控制命令（由上位机发送数据请求） | 字节数 | 命令信息 | | 1 | Header | | 4 | 32’h00010002 | | 6 | 板卡MAC地址，确认是本地的MAC地址 | | 4 | 采样通道（此功能未实现） | | 4 | 采样次数（采集数据为16位，采样次数为缓存数据长度的一半） |
（2）应答命令（由开发板发送） | 字节数 | 命令信息 | | 1 | Header|8’h01 | | 4 | 32’h00010002 | | 1024 | ADC数据 |
每个UDP包都包含有Header，在第一个字节，其格式如下： | 比特位 | 值（0） | 值（1） | | bit 0 | 查询或控制 | 应答 | | bit1~bit7 | 随机数据 |
注：当应答时，高7位随机数据保持不变，bit0设置为1 2.2 程序实现 首先在空闲状态，上位机会通过以太网广播发送询问命令，因此在IP层接收时要加上判断是否是广播UDP数据，如果是，也接收数据，此段代码在ip_rx.v中，如下所示：  之后在eth_cmd.v文件中判断接收到的数据信息，是否是询问命令或控制命令，从而产生出命令的应答请求信号cmd_reply_req，或请求数据的信号ad_data_req。 | 信号名称 | 方向 | 宽度(bit) | 说明 | | clk | in | 1 | 系统时钟 | | rst_n | in | 1 | 异步复位，低电平复位 | | udp_rec_data_valid | in | 1 | UDP接收数据有效 | | udp_rec_ram_rdata | in | 8 | UDP接收到的数据 | | udp_rec_ram_read_addr | out | 11 | UDP接收数据RAM地址 | | udp_rec_data_length | in | 16 | UDP接收数据长度 | | udp_rd_en | in | 1 | UDP发送读使能信号 | | reply_data | out | 8 | 命令应答数据 | | local_ip_addr | in | 32 | 本地IP地址 | | local_mac_addr | in | 48 | 本地MAC地址 | | ch_sel | out | 32 | 通道选择（未使用） | | sample_num | out | 32 | 采样长度 | | header | out | 8 | 命令头 | | cmd_reply_ack | in | 1 | 命令应答响应 | | cmd_reply_req | out | 1 | 命令应答请求 | | cmd_send_len | out | 16 | 命令应答数据长度 | | ad_data_ack | in | 1 | ADC数据应答信号 | | ad_data_req | out | 1 | ADC数据请求信号 |
mac_ctrl.v文件实现以太网的传输控制，在IDLE状态下等待一定时间，进入CMD_WAIT状态，判断是否有命令请求cmd_reply_req或数据请求ad_data_req，之后进入CHECK_ARP状态，检查对应的IP地址是否在缓存列表中，如果没有，将发送ARP请求，等待应答。之后根据命令请求或数据请求进入相应的数据发送状态，CMD_SEND或AD_SEND状态。 | 信号名称 | 方向 | 宽度(bit) | 说明 | | clk | in | 1 | 系统时钟 | | rst_n | in | 1 | 异步复位，低电平复位 | | udp_send_data_length | out | 16 | UDP发送数据长度 | | ip_rec_source_ip_addr | in | 32 | UDP接收到的广播IP地址 | | destination_ip_addr | out | 32 | 目的IP地址 | | fifo_data | in | 16 | 从FIFO中读出的ADC数据 | | fifo_data_count | in | 11 | FIFO中可读数据数量 | | fifo_rd_en | out | 1 | FIFO读信号 | | udp_rd_en | in | 1 | UDP发送读请求信号 | | header | in | 8 | 命令头 | | sample_num | in | 32 | 采样长度 | | sample_len | out | 32 | 采样长度latch | | reply_data | in | 8 | 命令应答数据 | | cmd_reply_ack | out | 1 | 命令应答响应 | | cmd_reply_req | in | 1 | 命令应答请求 | | cmd_send_len | in | 16 | 命令应答数据长度 | | ad_data_ack | out | 1 | ADC数据应答信号 | | ad_data_req | in | 1 | ADC数据请求信号 | | ad_sample_req | out | 1 | ADC采集请求信号 | | ad_sample_ack | in | 1 | ADC采集应答信号 | | mac_send_end | in | 1 | MAC发送结束信号 | | mac_not_exist | in | 1 | IP对应MAC不存在 | | arp_found | in | 1 | 接收到MAC | | udp_tx_req | out | 1 | UDP发送请求 | | arp_request_req | out | 1 | ARP发送请求 | | udp_data | out | 8 | UDP发送数据 | | read_req_ack | in | 1 | 读FIFO应答 | | read_req | out | 1 | 读FIFO请求 | | identify_code | out | 16 | IP序列号 |
注意：上位机设置的缓存空间为1M字节，请求数据间隔为100ms，因此在设置采样深度时要考虑到这两点。在eth_top.v程序中设置为32'h00080000，即512K字节，采样频率为65MHz，ADC采样端数据为两个字节长度，因此采样长度为采样字节除以2，即32’h00040000，计算得到4ms即可采集完成。ad9226_sample.v中将12位数据扩展16位，便于存储。移除了UDP发送数据的检验和。  3. 实验现象1）首先要确保PC的网卡速度为千兆，否则无法显示。在网络连接中找到本地以太网， 双击出现如下界面，千兆网络默认连接如下图： 
如未出现如上所述界面，先确认是否是千兆网线连接的和网卡是否支持千兆，网卡判别则右键属性  点击配置，可看到网卡型号查下是否支持千兆。   在链接速度中，可以看到目前的链接状态是多大速度，可在下拉菜单中查找链接选项，务必确保链接速度为1.0Gbps 全双工，如果没有这个选项，说明网卡不支持千兆以太网。 2）AN9238模块插入开发板的扩展口J8，注意1脚对齐，不要插错、插偏，不能带电操作，不清楚连接的可参考“AD9238波形显示例程”的教程。 3）连接AN9238的AD1输入到信号发生器的输出，这里使用的是专用屏蔽线，如果使用其他线可能会有较大干扰。
 AN9238连接信号源示意图4）下载程序，调节信号发生器的频率和幅度，AN9238输入范围-5V-5V，因此幅度最大设置为10Vpp，为了便于观察波形数据，建议信号输入频率1Khz到5Mhz。打开示波器.exe即可自动显示波形。此实验不需要设置PC的IP地址，连接PC和开发板即可。  附：上位机软件说明 绿色框显示发送板卡的MAC和IP地址。 红色框中为控制按钮，功能如下： 复位：点击复位可使波形显示到初始状态，如下图 自动：没有用处 垂直：“垂直“与“水平”切换，点击此按钮可进行水平垂直方向缩放的切换，在垂直状态下，滚动鼠标滚轴可进行垂直方向的缩放，水平状态下，进行水平方向的缩放。 暂停：“暂停“与”继续“切换，点击暂停波形，可再点击“继续”显示波形。 保存：保存ADC数据为TXT文档，保存路径在“路径”按钮处设置，默认为软件所在路径。 数值：“数值”与“电压”切换，Y方向坐标单位为原始值，即接收到的原始数据值，点击“电压”则显示电压值。 路径：选择保存路径 打开：打开已保存的TXT波形文件
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发表于 2021-4-8 09:11:09
发表于 2024-9-13 15:37:28
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