国产FPGA在工业以太网（EtherCAT）控制器中的2026年替代方案

// ecat_top.v 顶层模块示例（安路EG4S20 + YT8512）
module ecat_top (
    input  wire        clk_50m,      // 板载50MHz晶振
    input  wire        rst_n,        // 全局复位（低有效）
    // PHY接口（MII模式）
    output wire        eth_tx_clk,
    output wire [3:0]  eth_txd,
    output wire        eth_tx_en,
    input  wire        eth_rx_clk,
    input  wire [3:0]  eth_rxd,
    input  wire        eth_rx_dv,
    // 调试UART
    output wire        uart_tx
);

    wire clk_100m, clk_25m, pll_locked;
    wire rst_sync;

    // PLL实例化
    pll_inst u_pll (
        .clkin     (clk_50m),
        .clkout0   (clk_100m),   // 系统时钟
        .clkout1   (clk_25m),    // PHY时钟
        .locked    (pll_locked)
    );

    // 复位同步器
    rst_sync u_rst_sync (
        .clk       (clk_100m),
        .rst_n     (rst_n & pll_locked),
        .rst_out   (rst_sync)
    );

    // ESC IP核实例化（假设来自开源项目）
    esc_core u_esc (
        .clk       (clk_100m),
        .rst_n     (rst_sync),
        .phy_tx_clk(clk_25m),
        .phy_txd   (eth_txd),
        .phy_tx_en (eth_tx_en),
        .phy_rx_clk(eth_rx_clk),
        .phy_rxd   (eth_rxd),
        .phy_rx_dv (eth_rx_dv),
        .uart_tx   (uart_tx)
    );

    assign eth_tx_clk = clk_25m;

endmodule

// ESC IP核内部PDO映射示例（Verilog参数化）
module pdo_mapping #(
    parameter PDO_IN_COUNT = 4,   // 输入PDO数量（从站->主站）
    parameter PDO_OUT_COUNT = 4   // 输出PDO数量（主站->从站）
) (
    input  wire        clk,
    input  wire        rst_n,
    input  wire [15:0] pdo_in_data [0:PDO_IN_COUNT-1],  // 应用层输入
    output wire [15:0] pdo_out_data [0:PDO_OUT_COUNT-1], // 应用层输出
    // 与ESC数据路径接口
    input  wire        esc_pdo_valid,
    input  wire [15:0] esc_pdo_data,
    output wire        pdo_ready
);

    reg [15:0] pdo_out_reg [0:PDO_OUT_COUNT-1];
    integer i;

    // 接收主站PDO数据
    always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
        if (!rst_n) begin
            for (i = 0; i < PDO_OUT_COUNT; i = i + 1)
                pdo_out_reg[i] <= 16'h0000;
        end else if (esc_pdo_valid) begin
            // 假设数据按顺序映射
            for (i = 0; i < PDO_OUT_COUNT; i = i + 1)
                pdo_out_reg[i] <= esc_pdo_data + i;  // 示例：偏移映射
        end
    end

    assign pdo_out_data = pdo_out_reg;
    assign pdo_ready = 1'b1;  // 始终准备好接收

endmodule

# 约束文件示例（TD工具，.sdc格式）
create_clock -name sys_clk -period 10.000 [get_ports {clk_100m}]
create_clock -name phy_tx_clk -period 40.000 [get_ports {eth_tx_clk}]
create_clock -name phy_rx_clk -period 40.000 [get_ports {eth_rx_clk}]

set_input_delay -clock phy_rx_clk -max 5.000 [get_ports {eth_rxd[*] eth_rx_dv}]
set_input_delay -clock phy_rx_clk -min 2.000 [get_ports {eth_rxd[*] eth_rx_dv}]

set_output_delay -clock phy_tx_clk -max 5.000 [get_ports {eth_txd[*] eth_tx_en}]
set_output_delay -clock phy_tx_clk -min 2.000 [get_ports {eth_txd[*] eth_tx_en}]

set_false_path -from [get_ports {rst_n}] -to [all_registers]

// Testbench片段：模拟PHY发送EtherCAT帧
initial begin
    // 初始化
    clk_50m = 0;
    rst_n = 0;
    eth_rx_clk = 0;
    eth_rxd = 4'h0;
    eth_rx_dv = 0;
    #100 rst_n = 1;
    #200;
    // 模拟一个EtherCAT帧（简化：前导码+数据）
    send_ecat_frame(8'h55, 8'h55, 8'h55, 8'h55, 8'h55, 8'h55, 8'h55, 8'hd5);
    #1000;
    $finish;
end

task send_ecat_frame(input [7:0] data [0:7]);
    integer i;
    begin
        for (i = 0; i < 8; i = i + 1) begin
            @(posedge eth_rx_clk);
            eth_rxd <= data[i][3:0];  // 先发送低4位
            @(posedge eth_rx_clk);
            eth_rxd <= data[i][7:4];  // 再发送高4位
            eth_rx_dv <= 1;
        end
        @(posedge eth_rx_clk);
        eth_rx_dv <= 0;
    end
endtask