發(fā)布時間：2020-05-24 02:22

【摘要】： 固態(tài)硬盤(Solid State Disk)是一種新型的硬盤存儲設備,與傳統(tǒng)的磁記錄硬盤相比,具有數據傳輸率高、能耗低、抗震性好等優(yōu)點,在高端存儲應用中市場潛力巨大。由于固態(tài)硬盤采用的是半導體存儲介質,不再含有機械部件,其數據讀寫速度得以顯著提升。采用串行高級技術附件協(xié)議(Serial Advanced Technology Attachmet, SATA)的接口標準,將使固態(tài)硬盤的接口速度在ATA協(xié)議的基礎上大幅提升。雖然目前SATA接口有著廣泛應用,但國內對此方向的研究成果甚少,尚無發(fā)現自主研發(fā)的SATA接口芯片。 詳細分析了SATA協(xié)議規(guī)范,分層闡述了協(xié)議的主要功能,闡述了硬件設計方法及相應的硬件開發(fā)環(huán)境,給出了固態(tài)硬盤接口體系結構。根據SATA協(xié)議數據傳輸流程進行了層次性功能模塊和主控模塊劃分,進而對主控模塊中的物理層初始化狀態(tài)機、鏈路層傳輸控制狀態(tài)機及循環(huán)冗余校驗(Cyclic Redundancy Check, CRC)、數據擾頻、帶外信號信號等功能模塊進行了設計和實現。對SATA協(xié)議傳輸層主要的數據傳輸模式PIO(Programming Input/Output)傳輸與DMA(Direct Memory Access)傳輸進行了分析與設計,闡述了SATA協(xié)議雙方進行數據傳輸的交互過程。 對實現的SATA協(xié)議各層主要功能進行了仿真驗證與結果分析,針對SATA物理層進行了板級調試驗證,對驗證結果進行了理論分析并提出了改進方法。通過對接口進行設計優(yōu)化,節(jié)省了FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片門陣列資源,加快了數據傳輸進程,提高了接口數據傳輸速度。
【圖文】：

.1 ATA 協(xié)議分析隨著數據傳輸速率的提升，并行 ATA 傳輸技術的各種問題如信號扭、設備尋址能力有限等都已成為提高協(xié)議數據傳輸效率的主要障礙，，因進行串行傳輸成為一種選擇[22]。在 2001 年 8 月，Seagate 公司在 IDF F會上宣布 SerialATA1.0 標準，SerialATA 規(guī)范正式確立，協(xié)議規(guī)定數據論值為 150MB/s，大大高于并行 ATA 協(xié)議[23]。隨著 SATA II 及 SATA 準陸續(xù)制定，其接口數據傳輸速率可提高到 300MB/s 甚至 600MB/s。在進行串行數據傳輸時，SATA 接口只有 7 根針腳線：4 根差分信號地線，它們的主要作用分別是提供電源，接地，數據發(fā)送和接收功能，數據線，一個輸入一個輸出，數據采用共模差分信號進行傳輸[24]，SA規(guī)范示例如圖 2.2 所示。這樣的結構也能夠降低數據傳輸的功耗，提高過程的穩(wěn)定性。

SATA 物理層的主要任務是完成串并數據之間的轉換，并將數字邏輯信號驅動為差分物理信號，對接收數據進行采樣得到相應的時鐘信號，通過帶外信號完成設備的上電初始化進程，SATA 協(xié)議中規(guī)定的物理層接口邏輯圖如圖 2.4 所示：圖 2.4 SATA 物理層接口邏輯圖由圖 2.4 可知，當 SATA 物理層接口進行數據傳輸時，串行數據傳輸鏈路中沒有提供必要的時鐘信號，物理層數據接收模塊在進行接收數據高低電平的檢測時沒有可參考的時鐘信號。為解決此問題，SATA 協(xié)議規(guī)定數據傳輸使用 8b/10b編碼機制，利用數據冗余信息向物理層接收器提供數據檢測時鐘信號。另外，為了增強 SATA 接口設備的擴展能力以及響應能力，協(xié)議還定義了特殊信號帶外信號（Out Of Band）以協(xié)助物理層進行上電初始化和復位操作。。
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：TP333.35

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本文編號：2678309