基于FPGA的SATA控制器的研究与实现

发布时间：2020-03-25 16:30

【摘要】： SATA(Serial ATA)是一种高速的串行总线,采用点对点方式进行数据传输,内置数据/命令校验单元,支持热插拔,具有150MB/s(SATA 1.0)或300MB/s(SATA 2.0)传输速度。目前SATA应用广泛,但国内尚无独立研发的SATA芯片。 分析了SATA协议标准,建立了SATA主机控制器的层次结构,将SATA控制器划分成主机接口层、ATA适配层、传输层、链路层和物理层,各层之间采用异步FIFO(First In First Out)通讯。实现了多状态机的协同设计,完成了高速并行CRC编解码器、并行8B/10B编解码器和基于线性回馈移位寄存器的加密解密器件的设计,实现了1.5Gbps的自动阻抗匹配的串行传输通道。实现了133MHz高速PCI主机接口,支持32/64位可配置总线宽度,支持地址配置空间,具有主控DMA功能。分析并测试了FIFO深度及性能,计算了FIFO深度对层间并行运行度的影响。进行了SATA控制器的运行测试,与同类商用产品性能相当。编写了智能化仿真验证向量脚本,对整个设计进行对称封装测试,保证设计的正确性和健壮性。运用低功耗的设计理念和流水线设计技巧,对仿真验证后的设计进行了优化和重构,节约了现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)可综合资源,增加了芯片的运行速度。深入探讨了芯片设计的自动化方法,使用一种新的描述模型取代传统的编码过程。给出了一个可视化操作环境,使用这个模型描述的设计任务,能直接转换成芯片可综合的逻辑描述,实现部分集成电路的设计自动化。
【图文】：

2 SATA 控制器工作原理及结构设计本章阐述 SATA 控制器工作原理，SATA 控制器内部结构设计，，主机接口路中关键技术的设计方法。TA 简述着工作频率的提升，并行总线信号间相互干扰的影响令人难以忍受。当速度达到 100MB/s 和 133MB/s 的时候，同样的矛盾再次出现，而继续础上作改进显然无法再解决问题。当芯片工作频率越来越高，串行传输，USB、PCI Express 和 SATA 都是这个趋势的产物。SATA 采用串行传两个数据线 A 和 B，一输入一输出，每个数据线采用两根共模差分信.1 所示。所以 SATA 接口只有 7 根线：4 根差分线和 3 根地线[12]。SATA 总线

10图 2.5 物理层逻辑框图数据1.0a 物理层使用 1.5G 的时钟将链路层传来的并行数据一位一位的差分线上。数据1.0a 物理层 Data extraction 模块分离差分线上的时钟和数据信息。与 1.5G 的参考时钟比较以获得稳定的数据时钟。每当接受到 10bi报告。当分离的时钟与参考时钟无法匹配时，表示线上有带外数带外数据，COMRESET、COMINIT 和 COMWAKE。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TP336

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本文编号：2600128