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基于FPGA的对象存储控制器SATA接口及关键技术研究

作 者: 刘勋
导 师: 冯丹
学 校: 华中科技大学
专 业: 计算机系统结构
关键词: 对象存储控制器 现场可编程逻辑阵列 串行高级连接技术
分类号: TM571
类 型: 硕士论文
年 份: 2007年
下 载: 261次
引 用: 1次
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内容摘要


随着存储需求的增加及存储应用日益复杂,以块为基础的存储接口已限制了存储系统的发展,以对象为基础的存储接口应运而生。对象级接口是块级接口和文件级接口的完美结合,具有安全性、跨平台操作性、高性能和智能化的特点,但是对象级接口智能化的管理和复杂存储协议的解析使对象存储控制器的负荷加重,为了提高对象存储系统的性能,进行了对象存储控制器的硬件设计与研究。基于现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Array),使用交换式的Avalon总线与RISC(Reduced Instruction Set Computer)型的NiosII处理器,设计对象存储控制器的总体架构;基于可编程片上系统技术,用硬件描述语言实现串行高级连接技术SATA(Serial Advanced Technology Attachment)协议与光纤通道底层协议的部分功能;基于IP(Intellectual Property)核,并采用锁相环进行分频倍频,实现了DDR内存控制器及其时钟电路;基于实时操作系统ucLinux,并采用硬件抽象层技术屏蔽硬件细节,在软件层次上实现面向对象存储协议。进行循环冗余校验CRC(Cyclic Redundancy Check)算法的优化与扰码(Scrambling)算法的优化,通过资源复用提高空间并行度,以更多的组合逻辑资源换取更高的性能;对SATA链路层的大型状态机进行切割,运用流水线原理提高时间并行度,以更多的寄存器资源换取更高的性能。进行功能仿真与时序仿真,确保在功能正确的前提下,硬件的工作频率得到提高,系统的性能得到提升。

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 对象存储系统简介  9-10
  1.3 国内外研究现状  10-12
  1.4 课题研究的目的和意义  12
  1.5 本文的内容与组织  12-13
2 基于FPGA 的对象存储控制器的架构  13-25
  2.1 FPGA 设计简介  13-17
    2.1.1 FPGA 的系统设计流程  14-15
    2.1.2 FPGA 的系统实现流程  15-17
  2.2 对象存储控制器的总体设计  17-18
  2.3 Avalon 总线结构  18-20
  2.4 NiosII CPU 的体系结构与编程模型  20-22
  2.5 对象存储控制器的软件层次划分  22-24
    2.5.1 设备驱动  22-24
    2.5.2 操作系统  24
  2.6 本章小结  24-25
3 SATA 接口控制器的设计及实现  25-40
  3.1 SATA 协议简介  25-28
  3.2 SATA 数据通路的硬件实现  28-30
  3.3 SATA 链路层状态机的时序优化  30-36
    3.3.1 状态机切割的基本原理  30-31
    3.3.2 SATA 链路层状态机切割  31-35
    3.3.3 功能仿真与性能评价  35-36
  3.4 扰码算法的时序优化  36-39
    3.4.1 扰码算法基本原理与串行实现  36-37
    3.4.2 扰码算法的并行优化实现  37-39
    3.4.3 功能仿真与性能评价  39
  3.5 本章小结  39-40
4 对象存储控制器几个关键模块的设计  40-59
  4.1 DDR 内存控制器时钟电路设计  40-44
    4.1.1 DDR 工作时序简介  41-42
    4.1.2 PLL 时钟设计  42-44
  4.2 Fibre-channel 接口中流量控制模块的设计  44-53
    4.2.1 Fibre-channel 协议层次  44-48
    4.2.2 Fibre-channel 接口控制器的硬件结构  48-49
    4.2.3 Fibre-channel 接口控制器的控制状态机  49-52
    4.2.4 Fibre-channel 接口控制器的流量控制  52-53
  4.3 循环冗余算法的时序优化  53-57
    4.3.1 CRC-32 算法的基本原理与串行实现  54-55
    4.3.2 CRC-32 算法的并行优化实现  55-57
    4.3.3 功能仿真与性能评价  57
  4.4 本章小结  57-59
5 全文总结  59-60
致谢  60-61
参考文献  61-64
附录1 攻读学位期间发表论文目录  64

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电器 > 控制器、接触器、起动器、电磁铁 > 控制器
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