基于FPGA的SATA主机端控制器的设计

论文摘要

SATA(Serial Advanced Technology Attachment)是一种连接主机总线适配器和大容量存储设备,例如硬盘、光驱的计算机外部总线接口。相比于并行ATA接口,SATA接口采用一对差分线进行数据的传送和接收,有效解决了串行数据传输过程中的干扰问题。在速度方面,SATA 1.0能实现150 MB/s的传输速度,SATA 2.0能实现300 MB/S的传输速度,最新推出的SATA 3.0标准更是能实现600 MB/s的传输速度,大幅度提高了传输性能。另外,SATA接口支持热插拔,提高了CRC对数据,命令和状态包错误检查的能力,提高了接入的整体精确度。目前SATA应用非常广泛,但国内主要是购买国外的集成芯片,并无自主研发的成果。给出了一个完整的SATA主机端控制器的设计。以Xilinx公司的Virtex 4系列FPGA作为硬件开发平台,采用Microblaze软核处理器处理数据读写和中断命令,PLB总线传输命令和数据,Block RAM作为存储介质,通过SATA IP核模块与设备端进行数据的交互。根据SATA协议,建立了各个层次结构,并在各个层次根据功能进行了模块划分。对物理层状态机、带外信号控制、上电复位、链路层状态机、循环冗余校验、数据扰码等功能模块进行了设计与实现。接收设备端上电后发送的数据,并对设备的状态信息进行分析。采用Verilog HDL语言对所需控制器进行描述,并使用Xilinx ISE自带仿真器进行功能仿真,采用在线逻辑分析仪Chipscope pro进行下板调试。对Verilog进行代码优化,避免了竞争状态的产生,使得程序更加稳定。下板测试结果表明,控制器运行正确,与SATA协议描述功能吻合。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外相关研究现状
• 1.3 课题主要工作内容
• 1.4 本文组织结构
• 2 SATA 主机端控制器功能结构分析
• 2.1 SATA 主机端控制器体系结构
• 2.2 SATA IP 核模块分析
• 2.3 物理层分析
• 2.4 链路层分析
• 2.5 传输层分析
• 2.6 寄存器接口分析
• 2.7 本章小结
• 3 物理层的实现
• 3.1 系统开发环境
• 3.2 时钟和复位模块
• 3.3 OOB 控制模块
• 3.4 下板测试分析
• 3.5 本章小结
• 4 链路层的实现
• 4.1 链路层体系结构
• 4.2 原语控制
• 4.3 读写FIFO
• 4.4 CRC 计算模块
• 4.5 扰码异或模块
• 4.6 链路层状态机控制
• 4.7 本章小结
• 5 传输层的实现
• 5.1 传输层总体架构
• 5.2 帧封装模块
• 5.3 帧解析模块
• 5.4 传输层状态机控制
• 5.5 寄存器组
• 5.6 本章小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献