本文關(guān)鍵詞：高速大容量固態(tài)存儲系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

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【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,裝備面臨的信號環(huán)境越來越復(fù)雜,研制周期也越來越短。在這些系統(tǒng)的研制和測試階段,一種能夠在試驗過程中將電磁信號實時、高精度記錄下來的大容量存儲系統(tǒng)就變得十分必要。通過存儲系統(tǒng)記錄的數(shù)據(jù),可以進(jìn)行事后分析、研究改進(jìn)算法或設(shè)計。為滿足試驗的需求,這種存儲系統(tǒng)必須具備高帶寬、大容量的特點。在項目需求背景下,本文分析各種要求指標(biāo),給出系統(tǒng)的總體設(shè)計方案。以SSD固態(tài)盤為存儲載體,通過使用多塊SSD盤并行讀寫的方式,實現(xiàn)高帶寬傳輸、大容量存儲的目標(biāo);以Xilinx公司Virtex-5系列FPGA為開發(fā)平臺,實現(xiàn)SATA接口的固態(tài)盤存儲控制器,并通過例化多個SATA控制器的方式來實現(xiàn)簡單的RAID0磁盤陣列形式;使用FPGA提供的Rocket IO高速收發(fā)器硬核來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速串行傳輸,一方面完成系統(tǒng)與采集模塊的外部接口,另一方面完成系統(tǒng)與固態(tài)盤之間的數(shù)據(jù)通信;采用DDR2 SDRAM存儲器作為系統(tǒng)的高速緩存,解決數(shù)據(jù)傳輸速度不匹配的問題。論文主要工作如下:1.分析研究了Rocket IO高速收發(fā)器的結(jié)構(gòu)、特性,各模塊的功能與工作方式;設(shè)計實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸功能,并完成Virtex-5 FPGA與數(shù)據(jù)采集端的Virtex-6 FPGA的通信測試。2.基于SATA2.0協(xié)議,設(shè)計了由應(yīng)用層、傳輸層、鏈路層和物理層組成的SATA控制器架構(gòu)。物理層在基于Rocket IO高速串行收發(fā)器通信基礎(chǔ)上,使用VHDL硬件描述語言實現(xiàn)OOB信號模塊和狀態(tài)控制模塊,并通過OOB信號與固態(tài)盤建立通信鏈接;設(shè)計實現(xiàn)鏈路層中的CRC校驗?zāi)K、擾碼模塊和收發(fā)控制模塊,實現(xiàn)了幀收發(fā)的CRC校驗、擾碼與解擾以及通過原語交互的控制功能;設(shè)計實現(xiàn)傳輸層的幀封裝、幀解析以及狀態(tài)控制模塊,完成數(shù)據(jù)及命令的幀組裝與幀解析功能;分析研究了嵌入式總線PLB總線,通過給SATA控制器配置PLB總線接口,使之成為基于FPGA的嵌入式系統(tǒng)中用戶IP核,可以靈活被調(diào)用;介紹了嵌入式處理器PowerPC,通過高級語言實現(xiàn)命令發(fā)送的應(yīng)用層。3.通過MIG工具對設(shè)計的DDR2 SDRAM存儲器高速緩存進(jìn)行了測試,驗證了設(shè)計的正確性。最終的存儲系統(tǒng)中使用MPMC對DDR2 SDRAM進(jìn)行控制。設(shè)計測試了外部接口模塊,對多路RocketIO收發(fā)器接收到的數(shù)據(jù)采集端數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存,完成數(shù)據(jù)拼接、位寬轉(zhuǎn)換等功能,最后通過NPI接口實現(xiàn)了對MPMC的訪問。4.最后,在對SATA控制器、NPI控制器、高速緩存模塊等各子模塊功能進(jìn)行了單項測試的基礎(chǔ)上,使用EDK工具建立基于FPGA的嵌入式存儲系統(tǒng),測試了對由多塊SSD盤組成的磁盤陣列的讀寫控制性能,測試結(jié)果表明,本論文所設(shè)計的基于高速串行傳輸?shù)拇笕萘抗虘B(tài)存儲系統(tǒng)工作穩(wěn)定,性能優(yōu)良,滿足系統(tǒng)需求中提出的指標(biāo)要求。
【關(guān)鍵詞】：SATA控制器 高速存儲 磁盤陣列 RocketIO 固態(tài)盤
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP333
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 符號對照表13-14
• 縮略語對照表14-20
• 第一章 緒論20-24
• 1.1 課題的研究背景和意義20-21
• 1.2 國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)的研究現(xiàn)狀21-23
• 1.2.1 相關(guān)存儲技術(shù)研究現(xiàn)狀21-22
• 1.2.2 SATA應(yīng)用研究現(xiàn)狀22-23
• 1.3 本文主要內(nèi)容及論文結(jié)構(gòu)安排23-24
• 第二章 高速大容量存儲系統(tǒng)總體設(shè)計24-30
• 2.1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計24-25
• 2.1.1 存儲系統(tǒng)的技術(shù)要求24
• 2.1.2 存儲系統(tǒng)的整體構(gòu)成24-25
• 2.2 系統(tǒng)存儲控制模塊設(shè)計25-26
• 2.3 大容量磁盤陣列設(shè)計26-28
• 2.4 本章小結(jié)28-30
• 第三章 高速串行傳輸接口30-60
• 3.1 Rocket IO GTX的結(jié)構(gòu)與特性簡介30-34
• 3.1.1 Rocket IO GTX的特性30-31
• 3.1.2 Rocket IO GTX的結(jié)構(gòu)31-34
• 3.2 Rocket IO GTX模塊設(shè)計34-40
• 3.2.1 參考時鐘與用戶時鐘34-37
• 3.2.2 時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)（CDR）37-38
• 3.2.3 時鐘修正38-39
• 3.2.4 串行器/解串器39
• 3.2.5 8B/10B編碼39-40
• 3.2.6 COMMA字符對齊檢測40
• 3.3 Rocket IO GTX高速串行接口設(shè)計與驗證40-54
• 3.3.1 Rocket IO GTX設(shè)計要點40-41
• 3.3.2 Rocket IO GTX的軟硬件設(shè)計41-49
• 3.3.3 Rocket IO GTX接口數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏y試49-54
• 3.4 系統(tǒng)外部接口模塊設(shè)計54-59
• 3.4.1 MPMC與NPI接口55-56
• 3.4.2 數(shù)據(jù)緩存模塊56-59
• 3.5 本章小結(jié)59-60
• 第四章 基于FPGA的SATA控制器設(shè)計60-80
• 4.1 SATA物理層協(xié)議與實現(xiàn)60-63
• 4.1.1 物理層的功能60-61
• 4.1.2 OOB帶外信號61-62
• 4.1.3 物理層的設(shè)計實現(xiàn)62-63
• 4.2 SATA鏈路層協(xié)議研究63-69
• 4.2.1 鏈路層的功能63-64
• 4.2.2 原語與 8B/10B編碼64-68
• 4.2.3 CRC校驗68
• 4.2.4 擾碼/解擾碼68-69
• 4.3 SATA傳輸層協(xié)議研究69-72
• 4.3.1 傳輸層的功能69
• 4.3.2 幀信息結(jié)構(gòu)FIS69-72
• 4.4 SATA鏈路層與傳輸層的FPGA設(shè)計與實現(xiàn)72-78
• 4.4.1 鏈路層與傳輸層總體設(shè)計72
• 4.4.2 各模塊FPGA設(shè)計實現(xiàn)72-75
• 4.4.3 嵌入式PLB總線75-76
• 4.4.4 嵌入式用戶IP核76-78
• 4.5 SATA應(yīng)用層協(xié)議研究78-79
• 4.5.1 應(yīng)用層的功能78
• 4.5.2 Power PC440微處理器78-79
• 4.5.3 應(yīng)用層的設(shè)計實現(xiàn)79
• 4.6 本章小結(jié)79-80
• 第五章 高速大容量存儲系統(tǒng)測試80-92
• 5.1 系統(tǒng)測試環(huán)境80-81
• 5.2 系統(tǒng)高速緩存的測試81-83
• 5.3 基于單SATA核的固態(tài)盤存儲控制器測試83-88
• 5.4 基于多SATA核的磁盤陣列控制器測試88-91
• 5.5 本章小結(jié)91-92
• 第六章 總結(jié)與展望92-94
• 參考文獻(xiàn)94-96
• 致謝96-98
• 作者簡介98-99
• 1.基本情況98
• 2.教育背景98
• 3.攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果98-99

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