2022-9-23

最近某項目采用以太網(wǎng)通信，實踐起來有些奇怪，好像設(shè)計成只能應(yīng)答某類計算機(jī)的ICMP（ping）命令， 某類計算機(jī)指的是Windows特定系統(tǒng)，其他系統(tǒng)發(fā)送ping都不能正確識別。

其實不奇葩

白蔡：“吳哥，江湖救急！甲方爸爸的電路板寄過來好幾天了，我一直搞不定它的以太網(wǎng)?！?/span>

甲方爸爸干系統(tǒng)集成的，要把我們兩家產(chǎn)品打包售賣，甲方設(shè)計FPGA，我方設(shè)計嵌入式Linux，兩塊電路板采用以太網(wǎng)直連 方式通信。桌面上擺放的是雙方的成熟產(chǎn)品，一根網(wǎng)線連接，簡單到不能再簡單了。

白蔡：“他們的產(chǎn)品很奇葩，F(xiàn)PGA的IP固定為192.168.1.6，我方的IP必須是192.168.1.7，以太網(wǎng)也必須千兆不協(xié)商?！?/span>

吳解兩手撐著臉坐在白蔡工位：“有什么奇怪的，已發(fā)表論文都是怎么干的，F(xiàn)PGA--以太網(wǎng)--處理器，班內(nèi)通信才這么搞定。沒有省去路由協(xié)議，F(xiàn)PGA沒必要設(shè)計復(fù)雜的協(xié)議棧應(yīng)答模式，IP什么的僅為了填充協(xié)議棧，寫死就寫死，” 上挑眉毛，“說說你遇到的具體問題。”

白蔡：“奇怪的是我做如下三組實驗，嵌入式Linux和FPGA好像沒有應(yīng)答， 當(dāng)然，實驗前桌面電腦和嵌入式Linux都已經(jīng)設(shè)置成千兆不協(xié)商

三組對照實驗如下：

• 桌面電腦ping FPGA，OK

• 桌面電腦ping 嵌入式Linux，OK

• 嵌入式Linux ping FPGA，無響應(yīng)

對描述者保持懷疑

吳解：“3個步驟，你再演示一遍給我看?！睉岩砂撞虥]有正確描述現(xiàn)象。

白蔡在桌面電腦設(shè)置固定千兆速率：本地連接->屬性->配置->高級->速度和雙工->1.0 Gbps全雙工。嵌入式也用ethtool設(shè)置固定千兆速率，重復(fù)3個步驟與所述一致。

確認(rèn)網(wǎng)速

吳解扛來示波器，驗證嵌入式Linux和FPGA通信速率是不是都真的工作在千兆模式。ethtool也不是所有網(wǎng)卡驅(qū)動都支持，雖然/sys/class/net/eth0/speed顯示著1000，有可能顯示和實際不一致。

FPGA的板子畢竟不是自己畫的，不太好找。

示波器測試MAC和PHY之間的通信速率，如果是125MHz表明工作在千兆模式，結(jié)果顯示均為125MHz。

檢查線序

白蔡：“會不會是網(wǎng)線的問題呢？嵌入式Linux莫非不能同時兼容交叉線、直通線？嵌入式Linux和桌面電腦連接后，桌面電腦完成收發(fā)自動翻轉(zhuǎn)，于是通信成功?！?/span>

吳解：“不能自動翻轉(zhuǎn)線序的網(wǎng)卡我只在2010年前見過一次，負(fù)責(zé)線序翻轉(zhuǎn)是網(wǎng)卡PHY的附加功能，目前市面上的PHY都具備。”

兩人去庫房借來另一塊同型號的嵌入式Linux板卡，確認(rèn)兩塊嵌入式Linux板卡所用的PHY是同型號的，畢竟近些年芯片之間的Pin to Pin替換解決方案挺多。并準(zhǔn)備兩根交叉線和直連線。

如果兩塊嵌入式Linux板卡接入任何一根網(wǎng)線都能ping通，則表明板載PHY支持自動翻轉(zhuǎn)線序。實驗證明與網(wǎng)線無關(guān)。

tcpdump抓包

吳解：“是挺邪門，光猜是猜不出來的，試試tcpdump能呈現(xiàn)些什么東西。”

打開tcpdump后更邪門的事情發(fā)生了，F(xiàn)PGA居然有回應(yīng)ICMP包！不會是FPGA設(shè)計的協(xié)議棧閹割得太多了吧。

疑點1、兩網(wǎng)卡連接后首先交互的是ARP協(xié)議，在沒有完成ARP協(xié)議前不可能發(fā)送ICMP協(xié)議，既然嵌入式Linux能發(fā)送ICMP表明ARP協(xié)議已經(jīng)交互完成；

疑點2、嵌入式Linux ping FPGA和桌面電腦的效果不一樣，首先注意到ID值，正常情況下ID值應(yīng)該與發(fā)送的一致；

吳解以前移植過ICMP協(xié)議，映像里ICMP協(xié)議實現(xiàn)起來很簡單，ID用于表征對端回應(yīng)的ICMP reply是哪一個，畢竟兩機(jī)器之間間隔若干路由器，每個數(shù)據(jù)包可能選擇兩條不通的鏈路返回，后發(fā)送的ICMP reply可能比先發(fā)送的先被終端收到。

busybox源碼的把ID號作為判斷依據(jù)。

wireshark分析

不過奇怪的是，為什么桌面電腦ping卻能正常響應(yīng)呢？

吳解用tcpdump把抓包的內(nèi)容保存成通用格式pcap，在自己的電腦上用wireshark打開。文件保存了兩份，一份是桌面電腦與FPGA的數(shù)據(jù)，一份是嵌入式Linux與FPGA的數(shù)據(jù)。

FPGA返回給桌面電腦的ICMP replay數(shù)據(jù)里ID項是跟著request變化的，不是固定的1。

猛然間發(fā)現(xiàn)，request和reply的長度是不一樣的，分別是98字節(jié)和74字節(jié)，點開數(shù)據(jù)區(qū)域觀察到數(shù)據(jù)填充內(nèi)容完全不同。FPGA返回的數(shù)據(jù)區(qū)域是“abcd”開頭。

看著數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)容吳解預(yù)感找到現(xiàn)象原因了，隨即用自己的桌面Linux系統(tǒng)ping FPGA板卡也沒通。跑到白蔡的工位：“你有沒有桌面電腦Ubuntu系統(tǒng)上測試過ping FPGA板卡？”

白蔡：“沒有，現(xiàn)在沒興趣，emo了。”

白蔡有兩臺桌面電腦，一臺Windows一臺Ubuntu，演示時僅演示W(wǎng)indows系統(tǒng)，下意識的認(rèn)為白蔡之前也在Ubuntu上測試過。

吳解：“問題找到了，甲方提供的FPGA板卡ICMP reply模仿Windows格式，Windows的request就是以abcd開頭的。我猜測你如果用windows設(shè)置ping包大小，F(xiàn)PGA同樣不會正確返回。”

白蔡來了精神，抓取Windows上的ICMP request數(shù)據(jù)，果真是“abcd”開頭：“也就是說后續(xù)可以正常開發(fā)應(yīng)用層協(xié)議，不必管ping嗎？”

吳解：“是的?！?/span>

后來白蔡找甲方爸爸確認(rèn)，他們的確是模仿Windows的reply包做的。