基于SATA2.0接口的固态硬盘控制器的设计与实现

摘要

存储技术作为计算机系统的重要组成部分，极大地影响着其整体性能。随着大数据时代的来临，传统数据存储设备已经无法满足海量数据处理和存储的应用需求。相比于机械硬盘，固态硬盘作为一种新兴的存储设备，具有数据传输速率高、抗震性好、稳定性强等诸多特点，受到了越来越多的青睐。同样作为新一代硬盘接口规范的SATA接口，采用串行连接方式有效解决了信号之间干扰的问题，凭借着接口速率快、纠错能力强、物理接口简单和支持热插拔等优势，已经成为市场上主流的硬盘接口标准。目前，多家国外厂商已经相继推出了SATA标准接口的固态硬盘，处于垄断地位；而国内在该领域尚处于起步阶段。因此，研究基于SATA标准接口的固态硬盘控制器具有十分重要的意义。
　　本文首先简要介绍了存储技术和SATA标准接口的发展历程以及SATA接口技术的国内外研究现状。重点研究SATA2.0标准协议，分别从物理层、数据链路层、传输层、命令层和应用层五个部分进行了深入的分析，包括物理链路的建立、OOB信号的交互、数据编解码方式、FIS的封装、ATA命令的解析等操作。然后，参考SATA2.0标准协议，利用Xilinx公司的Kintex-7 FPGA KC705评估套件作为开发平台，提出了一个固态硬盘控制器IP核的设计方案。详细介绍了该IP核的总体设计、每一层的功能模块划分以及它们具体的实现方法。最后，采用ChipScope在线调试工具配合测试逻辑对固态硬盘控制器的功能进行测试，并详细分析了测试结果。
　　最终测试结果表明，该固态硬盘控制器工作正常，能够实现读写、识别等操作，数据传输速度可达200MB/s，具有较好的可移植性和一定的应用价值。

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1绪论

1.1课题研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3主要研究工作

1.4论文组织安排

2 SATA 2.0标准协议分析

2.1 SATA标准协议概述

2.2物理层

2.3数据链路层

2.4传输层

2.5命令层

2.6应用层

2.7本章小结

3固态硬盘控制器设计与实现

3.1固态硬盘控制器总体设计

3.2开发平台

3.3物理层的设计与实现

3.4数据链路层的设计与实现

3.5传输层的设计与实现

3.6命令层的设计与实现

3.7本章小结

4固态硬盘控制器测试与结果分析

4.1测试原理

4.2测试平台

4.3测试用例

4.4整体测试与结果分析

4.5本章小结

5总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢