IP层之分片包的整合处理---BUG修复

在之前章节中，笔者就IP层之分片包的整合处理进行了概念介绍，以及代码编写和仿真，在整体代码调试环节，笔者发现了一个问题，在本文中，笔者将就这个BUG进行说明，以及进行修复，讲解代码实现思路，验证代码逻辑正确性

注意看图片中的框选文字，这里说明，如何确定这是一个单帧包，这里的确定单帧包逻辑是不存在问题，但是直接将UDP报文输出是存在问题的，因为即使确定了当前输入进来的数据报文不是分片包，但该报文的的上一帧报文，可能是分片包，而由于分片包要进行巨型帧组合后输出，其报文长度可能为9000字节以上（假设）,那么当前帧报文传输来时，巨型帧报文可能尚未传输完成，此时的输出数据总线是被巨型帧报文占用的。而根据输出赋值的优先级，会出现，巨型帧输出不完全，被新一帧数据报文顶替输出，以及当前报文优先级低，无法获得总线使用权，报文丢失，所谓的优先级，即是在一个时序控制逻辑内，else if的上下级，当两个else if语句满足时，总是先执行最上面的else if语句，单纯的文字解释这个问题，可能会给读者的理解造成混乱，笔者接下来就流程示意框图、代码仿真波形两方面展现这类情况，使得读者更加清晰的理解这些逻辑

上图所示，便是一种情况，在RAM中整合了三包分片数据包之后，进行数据帧输出，此时接连来了两包单包
此时，这两个单包按照之前的逻辑是会顶替当前包输出的，造成数据混乱，代码仿真如下图所示


图片一模拟了流程图中的情况，而图片二中则显示了这样的数据流动出现的问题，接下来将就这种现象进行解决方案的思考。
显然，为了避免这种情况，需要判断此时的数据输出总线是否被占用，如果数据输出总线被占用，则应该缓存本帧数据，待到数据输出总线空闲，再进行数据的读取，同时，若是数据到来时，数据输出总线是空闲的，则不需要缓存数据，直接进行输出，减少不必要的时间浪费。
那么还有一个问题，数据输出总线被占用期间，可能有多帧数据到来，都需要被缓存，那么数据长度同样应该被缓存，在本处理模块中不涉及数据类型，因为其下一级在本设计中一定属于UDP报文，所以不考虑数据类型的缓存，当涉及TCP/UDP两种报文时，会就IP_RX模块中的输出信号进行添加，这在之后讲解的TCP协议栈实现中，会进行具体介绍，大家可以点个关注，后续会有更多文章分享。
对于这些单帧数据包，使用FIFO进行数据缓存，使得逻辑处理简单，同时还需要注意一个问题，每次读取指定长度后，还需要暂缓下一帧数据的输出，避免背靠背传输，对数据总线处理的压力。

代码的主要难点是以下几方面

1. 缓存分片数据包，并在缓存完成后进行输出
2. 在分片数据包输出过程中，多个单包数据包到来，缓存至FIFO
3. 在单包数据包输出过程中，再次到来单包数据包（因为分片包导致的数据堆积）缓存至FIFO
4. 两个单包从FIFO中读出时，输出间隔问题，保证输出间隔大于10个周期，减轻后续处理压力，以及背靠背传输导致数据包输出长度计算错误问题
5. 评定各种情况优先级，合理规划缓存以及读取
6. 针对以上难点，应该多进行代码仿真，找出时序存在问题中，进行对应修改，多仿真是写出好代码的关键

整体仿真测试时序：

1. 首先发送3472字节的巨型帧，分三次发送1480–1480–512
2. 之后发送512字节单包，多次128字节单包–在巨型帧尚未缓存完毕以及巨型帧尚未输出完成
3. 之后发送128字节单包–在输出总线输出单包数据时
4. 最后发送128字节单包-在输出总线空闲时候

initial begin
    #200
    /*ip frag*/
    @(posedge i_udp_clk)
    ip_frag_send(0,'d1480,1,0);
    #400
    @(posedge i_udp_clk)
    ip_frag_send('d0,'d1480,1,185);
    #400
    @(posedge i_udp_clk)
    ip_frag_send('d0,'d512,0,370);
    #400
    @(posedge i_udp_clk)
    ip_frag_send('d0,'d512,0,0);
    #400
    @(posedge i_udp_clk)
    ip_frag_send('d0,'d128,0,0);
    #400
    @(posedge i_udp_clk)
    ip_frag_send('d0,'d128,0,0);
    #400
    @(posedge i_udp_clk)
    ip_frag_send('d0,'d128,0,0);
    #400
    @(posedge i_udp_clk)
    ip_frag_send('d0,'d128,0,0);
    #20000
    @(posedge i_udp_clk)
    ip_frag_send('d0,'d128,0,0);
    #20000
    @(posedge i_udp_clk)
    ip_frag_send('d0,'d128,0,0);
end

情况一：对应仿真情况如下，可以看出分片包成功组合，数据长度3472字节，输出时序正确。

情况二：对应仿真情况如下，可以看出在巨型帧缓存输出完成后，被缓存的单帧数据包成功进行输出。

情况三：对应仿真情况如下，可以看出在输出单包数据完成后，在单包数据输出期间被缓存的单帧数据包成功进行输出。

情况四：对应仿真情况如下，可以看出在总线空闲期间到的数据包，被直接输出，不需经过缓存。

经过上述仿真模拟各种可能出现的情况，经验证后，输出时序正确，不会出现数据错误、覆盖、丢失等现象。
关于本次代码的实现、调试思路。大家有什么问题欢迎在评论区中进行讨论，有哪些考虑不到的地方，也请大家批评指正，可以关注下作者，后续会进行更多技术文章分享。
在下一章节中，笔者会将之前介绍的模块进行整合，组合成最终的UDP协议栈，当然，还不包括PHY层的处理，关于PHY层的处理，笔者也会在之后的章节进行介绍，以及UDP的上层及应用层协议，如IEEE1588，笔者也会进行介绍。