基于FPGA的SAS控制器设计与实现

论文摘要

串行SCSI(Serial Attached SCSI,SAS)接口是目前最新一代的企业级存储接口技术,具有传输速率高、兼容性好、布线简易、扩展性好、支持热插拔、纠错能力强等优点,获得了企业的广泛青睐,成为未来企业存储系统或服务器硬盘的主流。而SAS控制器又是SAS技术的核心。目前,SAS控制器均为国外厂商设计和生产。国内SAS相关产品都是在国外厂商提供的芯片上进行二次开发而成的,国内尚无自主知识产权的SAS控制器。在这样的背景下,设计具有自主知识产权的SAS控制器具有着重要的意义。首先对SAS协议进行了详细的分析。对SAS协议的总体结构及其各层分别进行了阐述,主要介绍了各层的主要的功能模块的作用及原理,同时还介绍了与各层相关的状态机。并对SAS控制器开发的硬件环境及软件环境作了简要的介绍。在对协议的深入分析的基础上,设计并实现了一款基于FPGA的SAS控制器。介绍了SAS控制器的总体框架结构,并进行模块化处理,将SAS控制器划分成SAS IP(Intellectual Property)核模块、PCI主机接口模块、AHB总线模块三大部分,其中SAS IP核模块又划分为PHY层、链路层、端口层、传输层四层。对SAS控制器的各模块的总体结构进行了阐述,并对各模块的主要功能模块的设计思想,设计过程及其实现做了详细的阐述,给予了相关的代码实现。利用EDA仿真工具对设计的SAS控制器进行了仿真验证,并对仿真结果进行了分析,验证了设计的正确性和有效性。并利用EDA工具对设计进行了综合。最后,根据仿真验证及综合结果提出了设计中的一些不足和有待改善之处。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 硬盘接口技术的发展
• 1.3 国内外研究概况
• 1.4 本课题的主要研究内容、目的与意义
• 1.5 全文结构
• 2 SAS 协议分析
• 2.1 SAS 物理层
• 2.2 SAS PHY 层
• 2.3 SAS 链路层
• 2.4 SAS 端口层
• 2.5 SAS 传输层
• 2.6 SAS 应用层
• 2.7 本章小结
• 3 SAS 控制器的FPGA 实现
• 3.1 开发环境
• 3.2 SAS PHY 层的实现
• 3.3 SAS 链路层的实现
• 3.4 SAS 端口层的实现
• 3.5 SAS 传输层的实现
• 3.6 PCI 主机接口
• 3.7 AHB 总线
• 3.8 仲裁器
• 3.9 本章小结
• 4 仿真验证及综合
• 4.1 功能仿真
• 4.2 综合
• 4.3 门级仿真验证
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 前景展望
• 致谢
• 参考文献