基于FPGA的SATA3.0硬盘阵列控制器设计

摘要

随着航天技术的不断发展，卫星通信技术日益成熟，能够实现空对地的大容量、高速率的数据传输。虽然在现代通信中，高速数据的传输技术发展十分迅速，但是高速数据存储技术的瓶颈依然很难突破。导致高速采集的数据不能及时有效存储。在我国天地一体化网络的背景下，越来越多的卫星、空间站等复杂航天器要对地面高速传输大量数据，要求地面在有限的时间内将数据存储以便于后期处理。尤其是在非同步卫星过顶时间短的情况下，卫星数据传回速度可达10Gbps，而现在计算机存储速度远远跟不上数据的传输速度。因此研究一种能够将海量数据实时的高速存储并便于携带的设备具有重要意义。国内的硬盘存储技术起步较晚，市面上较常见基于 SATA2.0协议的硬盘控制器，2009年Serial ATA委员会提出了传输速度可达到600MB/s的第3代SATA协议标准后，SATA3.0接口的硬盘控制器一直处于研究发展的过程中。
　　本文以SATA3.0接口硬盘作为存储载体，以两块硬盘通过按位分配构成RAID0阵列，以FPGA逻辑控制实现硬盘控制器直接进行硬盘数据读写，包括以逻辑控制实现协议应用层读写，从而能够避开操作系统的介入，实现数据的高速读写。文中首先对SATA3.0协议的物理层、链路层、传输层、应用层进行了结构和功能分析，介绍了RAID0阵列实现原理和方法并给出了硬盘阵列控制器的整体设计方案。其次，利用 Verilog语言对 SATA3.0硬盘控制器进行了详细的设计以及功能仿真，最后通过数据分配单元实现 RAID0硬盘阵列并对数据分配单元进行数据读写仿真。通过仿真测试，验证了设计的正确性，实现了在150MHz时钟下的单块硬盘600MB/s，两块SATA3.0硬盘组成的RAID0阵列1.2GB/s的读写速度。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究目的意义

1.2 SATA3.0硬盘阵列研究概述

1.3本文所做主要工作以及结构安排

第2章SATA3.0协议分析

2.1 SATA3.0协议总体结构

2. 2 物理层分析

2.3 链路层分析

2.4 传输层分析

2.5 应用层分析

2.6本章总结

第3章 SATA3.0硬盘控制器设计与实现

3.1 物理层设计与实现

3.2链路层设计与实现

3.3 传输层设计与实现

3.4 应用层设计与实现

3.5 本章小结

第4章 RAID0硬盘阵列设计与实现

4.1 RAID硬盘阵列技术分析

4.2整体方案设计

4.3 数据分配单元的设计与实现

4.4 数据分配单元的仿真测试

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 工作总结

5.2工作展望

参考文献

致谢