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基于FPGA的SATAⅡ协议研究与实现

作　者: 高志
导　师: 黄生叶
学　校: 湖南大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: SATAⅡ协议 NCQ 现场可编程门阵列 8b/10b编码 CRC
分类号: TN791
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 452次
引　用: 3次
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内容摘要


现代的计算机追求的是更快的速度、更高的数据完整性和灵活性。无论从物理性能,还是从电气性能来看,现今的并行总线都已出现了某些局限,无法提供更高的数据传输率。而SATA以其传输速率快、支持热插拔、可靠的数据传输等特点,得到各行业越来越多的支持。目前市场上的SATA IP CORE都是面向IC设计的,不利于在FPGA上集成,因此,本文在Xilinx公司的Virtex5系列FPGA上实现SATAⅡ协议,对SATA技术的推广、国内逻辑IP核的发展都有一定的意义。本文将SATAⅡ协议的FPGA实现划分成物理层、链路层、传输层和应用层四个模块。提出了物理层串行收/发器设计以及物理链路初始化方案。分析了链路层模块结构,给出了作为SATAⅡ链路层核心的状态机的设计。为满足SATAⅡ协议3.0Gbps的速率,采用扩大数据处理位宽的方法,设计完成了链路层的16b/20b编码模块,同时为提高数据传输可靠性和信号的稳定性,分别实现了链路层CRC校验模块和并行扰码模块。在描述协议传输层的模块结构的基础上,给出了作为传输层核心的状态机的设计,并以DMA DATA OUT命令的操作为例介绍了FIS在传输层中的处理过程。完成了命令层协议状态机的设计,并实现了SATAⅡ新增功能NCQ技术,从而使得数据传输更加有效。最后为使本设计应用更加广泛,设计了基于AHB总线的用户接口。本设计采用Verilog HDL语言对需要实现的电路进行描述,并使用Modelsim软件仿真。仿真结果表明,本文设计的逻辑电路可靠稳定,与SATAⅡ协议定义功能一致。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-14
  1.1 课题研究背景  9-11
    1.1.1 FPGA 简介  9-10
    1.1.2 SATA 特性介绍  10-11
    1.1.3 SATA 的发展  11
  1.2 课题研究的意义  11-12
  1.3 SATA 研究现状  12
  1.4 本文研究的主要内容  12-14
第2章 SATAⅡ协议研究  14-28
  2.1 SATAⅡ协议的体系结构  14
  2.2 SATAⅡ协议物理层研究  14-16
    2.2.1 物理层概要  14-15
    2.2.2 SATAⅡ协议物理层功能  15
    2.2.3 物理层OOB 信号  15-16
  2.3 SATAⅡ协议链路层研究  16-19
    2.3.1 链路层概要  16-17
    2.3.2 链路层86/10b 编码机制  17-19
  2.4 SATAⅡ协议传输层研究  19-23
    2.4.1 传输层概要  19-20
    2.4.2 传输层FIS 类型  20-23
  2.5 SATAⅡ设备命令层协议解析  23-27
  2.6 本章小结  27-28
第3章 SATAⅡ协议物理层的FPGA 实现  28-32
  3.1 高速SERDES 传输技术  28-29
  3.2 SATAⅡ物理链路建立连接过程  29-30
  3.3 SATAⅡ物理链路初始化过程实现  30-31
  3.4 本章小结  31-32
第4章 SATAⅡ协议链路层的FPGA 实现  32-44
  4.1 SATAⅡ链路层模块结构设计  32-33
  4.2 SATAⅡ链路层控制原语  33-34
  4.3 SATAⅡ链路层状态机设计  34-38
    4.3.1 SATAⅡ链路层空闲状态机设计  34-35
    4.3.2 SATAⅡ链路层发送状态机设计  35-37
    4.3.3 SATAⅡ链路层接收状态机设计  37-38
  4.4 SATAⅡ链路层16b/20b 编码模块设计  38-40
  4.5 SATAⅡ链路层CRC-32 校验模块设计  40-41
    4.5.1 CRC 校验原理  40
    4.5.2 CRC-32 的FPGA 实现  40-41
  4.6 SATAⅡ链路层扰码模块设计  41-43
  4.7 本章小结  43-44
第5章 SATAⅡ协议传输层的FPGA 实现  44-50
  5.1 SATAⅡ协议传输层模块结构设计  44-45
  5.2 SATAⅡ协议传输层状态机设计  45-47
  5.3 SATAⅡ协议传输层FIS 处理模块设计  47-48
  5.4 DMA DATA OUT 命令在 SATAⅡ传输层的实现  48-49
  5.5 本章小结  49-50
第6章 SATAⅡ协议命令层及用户接口的FPGA 实现  50-57
  6.1 SATAⅡ命令层协议状态机设计  50-51
  6.2 SATAⅡ映像寄存器设计  51
  6.3 SATAⅡDMA 控制器设计  51-52
  6.4 SATAⅡ新增功能NCQ 技术的实现  52-53
  6.5 基于AHB 总线的用户接口设计  53-56
  6.6 本章小结  56-57
结论  57-59
参考文献  59-62
致谢  62-63
附录 A (攻读学位期间参与的项目与撰写的学术论文)  63

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 数字电路 > 逻辑电路
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