基于FPGA的对象存储控制器原型的硬件设计与实现

论文摘要

研究对象存储控制器的硬件设计,使其高效完成对象级接口的智能化管理和复杂存储协议的解析,对对象存储系统整体性能提升有重要意义。基于SoPC（System on Programmable Chip,片上可编程系统）技术,在FPGA（Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列）上实现的对象存储控制器,具有功能配置灵活,调试方便,成本较低等优点。采用Cyclone II器件实现的对象存储控制器的网络接口,包含处理器模块、内存模块、Flash模块等核心组成部分,提供千兆以太网的网络接口和PCI（Peripheral Component Interconnect,周边元件扩展接口）总线的主机接口,还具备电源模块、时钟模块等以保证系统正常运行。在设计实现PCB（Printed Circuit Board,印制电路板）时,从叠层设计、布局、布线、阻抗匹配等多方面解决高达100MHz的全局时钟带来的信号完整性问题,并基于IBIS（I/O Buffer Information Specification）模型进行了信号完整性分析及仿真。针对各功能模块提出了相应的调试策略,并完成了部分模块的调试工作。在此基础上提出了基于Virtex-4的对象存储控制器系统设计方案,Virtex-4内嵌PowerPC高性能处理器,可更好地完成对象存储设备相关的控制和管理工作。实现了丰富的接口设计,包括千兆以太网、光纤通道、SATA（Serial Advanced Technology Attachment,串行高级技术附件）等网络存储接口以及较PCI性能更优异的PCI-X（Peripheral Component Interconnect eXtended,并连的PCI总线）主机接口;提供多种FPGA配置方式。使用Cadence公司的Capture CIS工具完成了该系统硬件的原理图绘制,通过了设计规则检查,生成了网表用作下一步设计工作的交付文件。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 高速硬件电路设计技术
• 1.3 千兆以太网技术
• 1.4 国内外研究的现状及发展
• 1.5 课题研究的目的和意义
• 1.6 本文的内容与组织
• 2 FPGA 技术及芯片选型
• 2.1 可编程逻辑器件发展概述
• 2.2 可编程逻辑的设计
• 2.3 FPGA 选型
• 2.4 本章小结
• 3 对象存储控制器网络接口的硬件设计与实现
• 3.1 系统工作原理
• 3.2 PCB 设计与实现的关键技术
• 3.3 OSC 网络接口的PCB 设计
• 3.4 关键信号仿真与板级调试
• 3.5 本章小结
• 4 对象存储控制器原型的硬件设计
• 4.1 对象存储控制器原型的总体设计
• 4.2 对象存储控制器的工作原理
• 4.3 OSC 的接口电路设计与功能模块实现
• 4.4 原理图设计与绘制
• 4.5 本章小结
• 5 总结与展望
• 致谢
• 参考文献