基于SATA 2.0接口的固態(tài)硬盤控制器的設計與實現(xiàn)
發(fā)布時間:2017-08-28 01:46
本文關鍵詞:基于SATA 2.0接口的固態(tài)硬盤控制器的設計與實現(xiàn)
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【摘要】:存儲技術作為計算機系統(tǒng)的重要組成部分,極大地影響著其整體性能。隨著大數(shù)據(jù)時代的來臨,傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲設備已經(jīng)無法滿足海量數(shù)據(jù)處理和存儲的應用需求。相比于機械硬盤,固態(tài)硬盤作為一種新興的存儲設備,具有數(shù)據(jù)傳輸速率高、抗震性好、穩(wěn)定性強等諸多特點,受到了越來越多的青睞。同樣作為新一代硬盤接口規(guī)范的SATA接口,采用串行連接方式有效解決了信號之間干擾的問題,憑借著接口速率快、糾錯能力強、物理接口簡單和支持熱插拔等優(yōu)勢,已經(jīng)成為市場上主流的硬盤接口標準。目前,多家國外廠商已經(jīng)相繼推出了SATA標準接口的固態(tài)硬盤,處于壟斷地位;而國內在該領域尚處于起步階段。因此,研究基于SATA標準接口的固態(tài)硬盤控制器具有十分重要的意義。 本文首先簡要介紹了存儲技術和SATA標準接口的發(fā)展歷程以及SATA接口技術的國內外研究現(xiàn)狀。重點研究SATA2.0標準協(xié)議,分別從物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、傳輸層、命令層和應用層五個部分進行了深入的分析,包括物理鏈路的建立、OOB信號的交互、數(shù)據(jù)編解碼方式、FIS的封裝、ATA命令的解析等操作。然后,參考SATA2.0標準協(xié)議,利用Xilinx公司的Kintex-7FPGAKC705評估套件作為開發(fā)平臺,提出了一個固態(tài)硬盤控制器IP核的設計方案。詳細介紹了該IP核的總體設計、每一層的功能模塊劃分以及它們具體的實現(xiàn)方法。最后,采用ChipScope在線調試工具配合測試邏輯對固態(tài)硬盤控制器的功能進行測試,并詳細分析了測試結果。 最終測試結果表明,該固態(tài)硬盤控制器工作正常,能夠實現(xiàn)讀寫、識別等操作,數(shù)據(jù)傳輸速度可達200MB/s,,具有較好的可移植性和一定的應用價值。
【關鍵詞】:數(shù)據(jù)存儲 SATA接口 固態(tài)硬盤 FPGA
【學位授予單位】:中北大學
【學位級別】:碩士
【學位授予年份】:2015
【分類號】:TP333.35
【目錄】:
- 摘要4-5
- Abstract5-11
- 1 緒論11-17
- 1.1 課題研究背景和意義11-13
- 1.1.1 存儲技術發(fā)展11-13
- 1.1.2 FPGA技術在數(shù)據(jù)存儲領域的應用13
- 1.2 國內外研究現(xiàn)狀13-16
- 1.3 主要研究工作16
- 1.4 論文組織安排16-17
- 2 SATA2.0 標準協(xié)議分析17-44
- 2.1 SATA標準協(xié)議概述17-20
- 2.1.1 SATA標準協(xié)議發(fā)展17-18
- 2.1.2 SATA標準接口電氣特性18-19
- 2.1.3 SATA2.0標準協(xié)議體系結構19-20
- 2.2 物理層20-26
- 2.2.1 物理層內部結構21-22
- 2.2.2 OOB信號22-23
- 2.2.3 物理層初始化過程23-26
- 2.3 數(shù)據(jù)鏈路層26-34
- 2.3.1 8B/10B編碼27-30
- 2.3.2 幀和原語30-32
- 2.3.3 CRC校驗32-33
- 2.3.4 擾碼33-34
- 2.4 傳輸層34-39
- 2.4.1 幀信息結構的類型和功能35-39
- 2.5 命令層39-42
- 2.6 應用層42-43
- 2.7 本章小結43-44
- 3 固態(tài)硬盤控制器設計與實現(xiàn)44-89
- 3.1 固態(tài)硬盤控制器總體設計44
- 3.2 開發(fā)平臺44-46
- 3.3 物理層的設計與實現(xiàn)46-52
- 3.3.1 物理層功能模塊設計46-48
- 3.3.2 高速串口IP設計48-49
- 3.3.3 時鐘與復位模塊設計49-50
- 3.3.4 物理層初始化狀態(tài)機50-52
- 3.4 數(shù)據(jù)鏈路層的設計與實現(xiàn)52-68
- 3.4.1 數(shù)據(jù)鏈路層功能模塊設計52-54
- 3.4.2 數(shù)據(jù)鏈路層狀態(tài)機54-59
- 3.4.3 通用同步FIFO設計59-63
- 3.4.4 32位并行CRC校驗模塊設計63
- 3.4.5 32位并行擾碼模塊設計63
- 3.4.6 原語發(fā)送與解析模塊設計63-66
- 3.4.7 接收數(shù)據(jù)同步66-67
- 3.4.8 自動復位67-68
- 3.5 傳輸層的設計與實現(xiàn)68-84
- 3.5.1 傳輸層功能模塊設計68-71
- 3.5.2 傳輸層狀態(tài)機71-77
- 3.5.3 FIS發(fā)送和接收模塊設計77-78
- 3.5.4 錯誤處理78-82
- 3.5.5 命令流程82-84
- 3.6 命令層的設計與實現(xiàn)84-88
- 3.6.1 命令層功能模塊設計84-85
- 3.6.2 命令層狀態(tài)機85-87
- 3.6.3 錯誤處理87-88
- 3.7 本章小結88-89
- 4 固態(tài)硬盤控制器測試與結果分析89-101
- 4.1 測試原理89-90
- 4.2 測試平臺90-91
- 4.3 測試用例91-93
- 4.4 整體測試與結果分析93-100
- 4.5 本章小結100-101
- 5 總結與展望101-103
- 5.1 總結101-102
- 5.2 展望102-103
- 參考文獻103-105
- 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果105-106
- 致謝106-107
【參考文獻】
中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條
1 申慧軍;;SATA高速串行總線8B/10B編解碼模塊設計新方法[J];廣東通信技術;2009年02期
2 甲天下;;硬盤發(fā)展史(下)[J];大眾硬件;2008年09期
3 吳敵;;硬盤志[J];個人電腦;2006年06期
4 歐陽科文;黎福海;唐純杰;;基于RocketIO的SATA物理層高速串行傳輸實現(xiàn)[J];計算機測量與控制;2009年05期
本文編號:746818
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