基于FPGA的SATA硬盘访问控制技术的研究

论文摘要

随着现代信息产业的飞速发展,在各种军用、民用和工业领域中,需要对不同场合下处理的数据进行记录或暂存,为后期进一步的观察和分析提供条件。应用领域的不断发展,伴随着数据量不断增大和数据率的不断加快,对存储系统提出了新的要求,例如便携,脱机,长时间、大容量的高效存储等,而这些严格的条件也促使着存储技术的不断向前发展。根据现有需求,本文以数据存储系统为研究对象,讨论了存储技术的发展前景和研究现状,对SATA协议理论体系的原理进行了详细分析,设计出了一种基于FPGA的硬盘访问控制方案,通过编写SATA协议的状态机逻辑,搭建有FPGA与SATA接口硬盘的硬件电路测试平台,对软件和硬件进行调试后,最终验证了该存储方案的可行性。本文的主要工作如下：1.全面并详细的阐述了SATA协议数据传输的原理,并从实现条件,数据结构,编码方式等方面,分析数据在每一个协议层中传输的过程,以及继承PATA协议的依据。2.采用了基于FPGA的数据流控制方案,分别对各个子模块的功能和实现原理进行了详细的介绍。3.设计并实现了FPGA内部的状态机逻辑,以状态转移图和文字的方式描述了各子协议层工作的过程。4.完成了印制电路板的设计和制作,详细的阐述了设计中布局布线的依据,并进行了后期的系统调试。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 数据存储技术的国内外发展现状
• 1.3 FPGA在数据存储领域的应用
• 1.4 主要工作及论文结构
• 第二章 SATA协议基本理论
• 2.1 SATA协议综合概述
• 2.2 SATA物理层
• 2.3 SATA链路层
• 2.3.1 数据编码
• 2.3.1.1 数据编码方式
• 2.3.1.2 不均等性
• 2.3.1.3 传输顺序
• 2.3.2 控制原语
• 2.3.3 数据校验及扰码
• 2.4 SATA传输层
• 2.4.1 FIS概念
• 2.4.2 FIS结构和类型
• 2.5 SATA命令和应用层
• 2.5.1 ATA指令集分类
• 2.5.2 ATA接口寄存器
• 2.5.3 映射寄存器组
• 第三章 SATA存储控制器总体方案设计
• 3.1 系统总体方案设计
• 3.2 系统存取控制原理
• 第四章 SATA存储控制器软件实现
• 4.1 SATA物理层设计
• 4.1.1 GTP配置方法
• 4.1.2 OOB模块
• 4.2 SATA链路层状态机
• 4.3 SATA传输层状态机
• 4.4 SATA命令和应用层
• 4.5 存储接口控制程序设计
• 第五章 SATA存储控制器硬件实现
• 5.1 芯片选型
• 5.1.1 FPGA芯片选型
• 5.1.2 FPGA配置芯片
• 5.1.3 存储接口控制芯片
• 5.1.3.1 PCIe接口模块
• 5.1.3.2 百兆网接口模块
• 5.1.4 电源芯片选型
• 5.1.5 时钟芯片选型
• 5.2 电路板布局
• 5.3 电路板分层和布线
• 第六章 测试结果及分析
• 6.1 验证平台
• 6.2 验证结果及分析
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间的研究成果
• 个人简介