基于USB总线的硬盘测试设备设计

摘要

基于 USB总线的硬盘测试设备实现了 SCSI/SATA/IDE协议到 USB协议的转化,完成了通过USB接口进行硬盘的读写测试。文章重点从系统的总体方案设计、硬件系统电路的搭建、系统逻辑电路的设计三个方面,对硬盘测试模块的整个设计做了详细的介绍。完成的工作主要有以下几个方面:
　　1、总体方案设计。先对各自硬盘接口进行协议分析,对其市场应用进行调查与研究,进行芯片选型,完成系统架构搭建,完成电路原理图的设计。
　　2、硬件电路设计。重点介绍了USB-SCSI协议转换电路的设计,其中主要有USB接口电路、FPGA配置电路、SCSI协议控制器电路、硬盘接口电路的设计,并对电路板绘制过程中遇到的问题进行了分析总结。USB接口电路选择了技术成熟的 USB接口专用芯片,SCSI协议处理器采用了使用微处理器和 DMA接口结构的 FAS366U芯片,FPGA担任微处理器和 DMA控制器功能,从而实现整个系统的测试功能。
　　3、数字逻辑电路设计。基于 USB总线的硬盘测试模块的关键在于对硬盘的快速读、写操作。使用 Verilog HDL语言对 FPGA芯片编程实现外部微处理器及DMA控制器功能,并设计异步FIFO完成数据传输。由于FPGA芯片的内部速度很高,比起单独的微处理器、DMA控制器、存储芯片,不但使系统设计更灵活,而且传输性能更好,反应速度更快。在逻辑设计中,重点对时钟电路模块、数据传输控制模块、计数器模块的设计进行了详细的阐述,实现了对硬盘的读写测试。
　　4、软、硬件联机调试。测试结果表明,硬盘测试模块工作正常,上位机可以良好的控制测试模块,来完成硬盘的读写测试,工作可靠、性能良好。

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第一章绪 论

1.1课题研究背景

1.2国内外研究现状

1.3论文的主要研究内容

第二章基于USB总线的硬盘测试设备总体方案设计

2.1硬盘测试设备的指标要求

2.2硬盘测试设备模块工作模式简介

2.3硬盘测试设备模块硬件组成框图

2.4实现方法

第三章硬件系统电路设计

3.1 USB-SATA/IDE协议转换电路设计

3.2 USB总线接口设计

3.3 FPGA配置电路设计

3.4 SCSI协议控制电路设计

3.5 电源电路及时钟电路设计

3.6 电路板的抗干扰设计

第四章系统模块逻辑设计

4.1 QuartusⅡ和Verilog HDL

4.2 USB-SCSI转换模块逻辑电路总体设计

4.3时钟电路设计

4.4微处理器模块逻辑设计

4.5双向I/O逻辑设计

4.6异步FIFO逻辑设计

4.7数据传输控制模块逻辑设计

4.8计数器逻辑设计

第五章硬盘测试设备的调试与验证

5.1硬件部分调试

5.2系统功能调试

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

附录