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基于FPGA的SATA主机端控制器的设计

作 者: 陈才
导 师: 周功业
学 校: 华中科技大学
专 业: 计算机系统结构
关键词: 串行高级技术附件协议 可编程逻辑器件设计 仿真
分类号: TP331
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要


SATA(Serial Advanced Technology Attachment)是一种连接主机总线适配器和大容量存储设备,例如硬盘、光驱的计算机外部总线接口。相比于并行ATA接口,SATA接口采用一对差分线进行数据的传送和接收,有效解决了串行数据传输过程中的干扰问题。在速度方面,SATA 1.0能实现150 MB/s的传输速度,SATA 2.0能实现300 MB/S的传输速度,最新推出的SATA 3.0标准更是能实现600 MB/s的传输速度,大幅度提高了传输性能。另外,SATA接口支持热插拔,提高了CRC对数据,命令和状态包错误检查的能力,提高了接入的整体精确度。目前SATA应用非常广泛,但国内主要是购买国外的集成芯片,并无自主研发的成果。给出了一个完整的SATA主机端控制器的设计。以Xilinx公司的Virtex 4系列FPGA作为硬件开发平台,采用Microblaze软核处理器处理数据读写和中断命令,PLB总线传输命令和数据,Block RAM作为存储介质,通过SATA IP核模块与设备端进行数据的交互。根据SATA协议,建立了各个层次结构,并在各个层次根据功能进行了模块划分。对物理层状态机、带外信号控制、上电复位、链路层状态机、循环冗余校验、数据扰码等功能模块进行了设计与实现。接收设备端上电后发送的数据,并对设备的状态信息进行分析。采用Verilog HDL语言对所需控制器进行描述,并使用Xilinx ISE自带仿真器进行功能仿真,采用在线逻辑分析仪Chipscope pro进行下板调试。对Verilog进行代码优化,避免了竞争状态的产生,使得程序更加稳定。下板测试结果表明,控制器运行正确,与SATA协议描述功能吻合。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-13
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 国内外相关研究现状  9-10
  1.3 课题主要工作内容  10-11
  1.4 本文组织结构  11-13
2 SATA 主机端控制器功能结构分析  13-27
  2.1 SATA 主机端控制器体系结构  13-14
  2.2 SATA IP 核模块分析  14-16
  2.3 物理层分析  16-20
  2.4 链路层分析  20-22
  2.5 传输层分析  22-24
  2.6 寄存器接口分析  24-26
  2.7 本章小结  26-27
3 物理层的实现  27-35
  3.1 系统开发环境  27-28
  3.2 时钟和复位模块  28-31
  3.3 OOB 控制模块  31-33
  3.4 下板测试分析  33-34
  3.5 本章小结  34-35
4 链路层的实现  35-49
  4.1 链路层体系结构  35-36
  4.2 原语控制  36-37
  4.3 读写FIFO  37-39
  4.4 CRC 计算模块  39-41
  4.5 扰码异或模块  41-43
  4.6 链路层状态机控制  43-47
  4.7 本章小结  47-49
5 传输层的实现  49-58
  5.1 传输层总体架构  49-50
  5.2 帧封装模块  50-51
  5.3 帧解析模块  51
  5.4 传输层状态机控制  51-54
  5.5 寄存器组  54-56
  5.6 本章小结  56-58
6 总结与展望  58-59
致谢  59-60
参考文献  60-62

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 电子数字计算机(不连续作用电子计算机) > 基本电路
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