SATA控制器的設計與FPGA驗證.pdf

1、隨著集成電路性能的提高和網絡技術的發(fā)展，數據規(guī)?？涨芭蛎?，海量存儲逐漸成為研究的重要課題。以計算機的硬盤為例，處理器的工作頻率不斷加快，并行接口（PATA）的信號之間干擾日益加劇，無法再滿足時代的需要。串行傳輸應運而生，Serial ATA接口管腳少，傳輸速率快，設置多重數據糾錯模式，支持熱插拔特性，剛一出世便成為硬盤存儲業(yè)的新寵。但該產品的關鍵技術大都集中在國外的壟斷公司手中，國內主要對其分析修改，二次開發(fā)。鑒于SATA控制器市場空白

2、，本文以此為切入點，設計面向FPGA的SATA主機控制器，旨在快捷便利地存儲數據。
　　 SATA標準為國外發(fā)布的協議，本文詳細剖析了SATA1.0版本，深刻理解串行傳輸的層次架構，自上而下為命令層、傳輸層、鏈路層和物理層。設計采用FPGA自頂向下的模塊化理念，以協議內容為框架，最大限度地發(fā)揮FPGA并行優(yōu)勢，命令層由FPGA的嵌入式處理器MicroBlaze來實現，主要完成硬盤的參數配置和讀寫命令。下面三層為設計重點，中間傳輸

3、層和鏈路層主要完成幀的封裝，幀的發(fā)送、暫停、結束控制，幀的解析和校驗。按功能分為控制模塊和數據通路，前者用VHDL描述為多個狀態(tài)機協同控制實現，后者調用存儲IP核FIFO保存數據，利用CRC和擾碼校驗雙重數據糾錯。最底層物理層包括高速串行收發(fā)器、OOB信號控制模塊和速率協調模塊。高速串行收發(fā)器對應協議中的模擬前端，可根據需求靈活配置8B/10B編解碼，串并轉換，COMMA字符檢測，時鐘修正，預加重和線性均衡等選項。OOB控制模塊和速率協

4、調模塊能夠自動識別硬盤的傳輸速率，實現了1.5 Gbps/3.0Gbps自動切換的串行傳輸通路。
　　 整個設計使用Xilinx公司的ISE軟件完成，各個模塊附有仿真圖和結果分析。系統驗證采用Virtex-5開發(fā)板，把SATA控制器封裝成IP核掛在PLB總線上，由處理器MicroBlaze設置硬盤命令，通過PLB總線調配SATA控制器IP核對硬盤進行讀寫測試，結果符合協議要求。整個SATA控制器在FPGA上實現，集成度強、可移植