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固态硬盘的SATA接口设计

作　者: 陈希
导　师: 陈涛
学　校: 华中科技大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: 固态硬盘串行高级技术附件协议可编程逻辑器件设计仿真
分类号: TP333.35
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 119次
引　用: 2次
阅　读: 论文下载

内容摘要

固态硬盘(Solid State Disk)是一种新型的硬盘存储设备,与传统的磁记录硬盘相比,具有数据传输率高、能耗低、抗震性好等优点,在高端存储应用中市场潜力巨大。由于固态硬盘采用的是半导体存储介质,不再含有机械部件,其数据读写速度得以显著提升。采用串行高级技术附件协议(Serial Advanced Technology Attachmet, SATA)的接口标准,将使固态硬盘的接口速度在ATA协议的基础上大幅提升。虽然目前SATA接口有着广泛应用,但国内对此方向的研究成果甚少,尚无发现自主研发的SATA接口芯片。详细分析了SATA协议规范,分层阐述了协议的主要功能,阐述了硬件设计方法及相应的硬件开发环境,给出了固态硬盘接口体系结构。根据SATA协议数据传输流程进行了层次性功能模块和主控模块划分,进而对主控模块中的物理层初始化状态机、链路层传输控制状态机及循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check, CRC)、数据扰频、带外信号信号等功能模块进行了设计和实现。对SATA协议传输层主要的数据传输模式PIO(Programming Input/Output)传输与DMA(Direct Memory Access)传输进行了分析与设计,阐述了SATA协议双方进行数据传输的交互过程。对实现的SATA协议各层主要功能进行了仿真验证与结果分析,针对SATA物理层进行了板级调试验证,对验证结果进行了理论分析并提出了改进方法。通过对接口进行设计优化,节省了FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片门阵列资源,加快了数据传输进程,提高了接口数据传输速度。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1. 绪论  8-12
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-10
  1.3 课题主要研究内容  10-11
  1.4 本文组织结构  11-12
2. 固态硬盘接口分析  12-25
  2.1 固态硬盘体系结构  12-13
  2.2 SATA 接口分析  13-15
  2.3 物理层分析  15-18
  2.4 链路层分析  18-21
  2.5 传输层分析及传输控制流程  21-24
  2.6 本章小结  24-25
3. SATA 物理层设计与实现  25-35
  3.1 物理层开发环境  25-26
  3.2 时钟与Reset 模块  26-30
  3.3 OOB 信号收发模块  30-32
  3.4 物理层初始化状态机  32-34
  3.5 本章小结  34-35
4. SATA 链路层设计与实现  35-43
  4.1 控制原语收发模块  35-37
  4.2 CRC 校验码模块  37-38
  4.3 扰码模块  38-39
  4.4 链路层状态机  39-42
  4.6 本章小结  42-43
5. SATA 传输层设计与实现  43-51
  5.1 传输层主控状态机  43-45
  5.2 非数据命令操作  45-46
  5.3 PIO 模式数据传输  46-48
  5.4 DMA 模式数据传输  48-50
  5.5 本章小结  50-51
6. 系统测试与验证  51-58
  6.1 软件仿真验证  51-54
  6.2 板级调试验证  54-56
  6.3 测试分析与系统优化  56-57
  6.4 本章小结  57-58
7. 总结与展望  58-59
致谢  59-60
参考文献  60-64
附录攻读学位期间发表论文目录  64

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