本文關(guān)鍵詞：基于SATA 2.0接口的固態(tài)硬盤控制器的設(shè)計與實現(xiàn)

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【摘要】：存儲技術(shù)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(shè)備已經(jīng)無法滿足海量數(shù)據(jù)處理和存儲的應(yīng)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(shè)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(nèi)在該領(lǐng)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(shù)和SATA標準接口的發(fā)展歷程以及SATA接口技術(shù)的國內(nèi)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(yīng)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(shè)計方案。詳細介紹了該IP核的總體設(shè)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(diào)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(jié)果。 最終測試結(jié)果表明，該固態(tài)硬盤控制器工作正常，能夠?qū)崿F(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(yīng)用價值。
【關(guān)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(shù)發(fā)展11-13
• 1.1.2 FPGA技術(shù)在數(shù)據(jù)存儲領(lǐng)域的應(yīng)用13
• 1.2 國內(nèi)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(jié)構(gòu)19-20
• 2.2 物理層20-26
• 2.2.1 物理層內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的類型和功能35-39
• 2.5 命令層39-42
• 2.6 應(yīng)用層42-43
• 2.7 本章小結(jié)43-44
• 3 固態(tài)硬盤控制器設(shè)計與實現(xiàn)44-89
• 3.1 固態(tài)硬盤控制器總體設(shè)計44
• 3.2 開發(fā)平臺44-46
• 3.3 物理層的設(shè)計與實現(xiàn)46-52
• 3.3.1 物理層功能模塊設(shè)計46-48
• 3.3.2 高速串口IP設(shè)計48-49
• 3.3.3 時鐘與復(fù)位模塊設(shè)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(shè)計與實現(xiàn)52-68
• 3.4.1 數(shù)據(jù)鏈路層功能模塊設(shè)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(shè)計59-63
• 3.4.4 32位并行CRC校驗?zāi)K設(shè)計63
• 3.4.5 32位并行擾碼模塊設(shè)計63
• 3.4.6 原語發(fā)送與解析模塊設(shè)計63-66
• 3.4.7 接收數(shù)據(jù)同步66-67
• 3.4.8 自動復(fù)位67-68
• 3.5 傳輸層的設(shè)計與實現(xiàn)68-84
• 3.5.1 傳輸層功能模塊設(shè)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(shè)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(shè)計與實現(xiàn)84-88
• 3.6.1 命令層功能模塊設(shè)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(jié)88-89
• 4 固態(tài)硬盤控制器測試與結(jié)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(jié)果分析93-100
• 4.5 本章小結(jié)100-101
• 5 總結(jié)與展望101-103
• 5.1 總結(jié)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(shè)計新方法[J];廣東通信技術(shù);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