基于SATA接口的固态硬盘控制器设计

发布时间：2020-08-28 09:07

　　 随着计算机通讯的发展,存储产品广泛地应用于越来越多的领域,而传统的机械硬盘存在抗震性能低、功耗高和速度提升难度大等缺点,因此无法适应某些特殊的工作环境。固态硬盘是以半导体材料作为存储介质,无机械装置,具有抗震、宽温、无噪、可靠和节能等特点,是目前在数据存储领域所存在问题的解决的有效方案之一。本文针对这一问题,设计了基于SATA接口的固态硬盘控制器,实现数据的固态存储。 本文首先概述硬盘技术的发展,分析固态硬盘的技术现状和发展趋势,阐述课题研究意义,并介绍了本文研究的主要内容及所做的工作。在设计系统硬件时,研究了SATA接口协议和NAND FLASH芯片特性。采用SOPC架构完成了整体设计,由单片FPGA完成所有功能。移植MicroBlaze嵌入式处理器软核作为主控制器,利用Verilog HDL语言描述IP核形式设计SATA控制器核和NAND FLASH控制器核。SATA控制器核作为高速串行传输接口,实现SATA1.0协议。根据协议划分四层模型,通过状态机和逻辑电路实现协议功能。NAND FLASH控制器核管理NAND FLASH芯片阵列,将NAND FLASH接口转换成通用的SRAM接口,提高访问效率。控制器完成NAND FLASH存储操作和纠错算法,实现数据的存储和读取。而在软件系统设计中,用C语言描述了各个操作流程,根据SATA协议处理SATA接口上的命令和数据,并根据NAND Flash的特点给出了应用于NAND闪存的数据管理算法,通过二级地址映射,按块中的脏页数回收脏块和按时间标记转移静态信息实现坏块管理,均匀损耗。该设计能为硬盘控制器提供底层的NAND闪存存储系统,使其能方便快速地存储数据而不需要考虑NAND闪存的物理特性。最后完成固态硬盘控制器的模块测试和整体测试,介绍测试工具和测试方法,给出测试结果,并对结果进行分析得出了验证结论。 本文设计的固态硬盘控制器,具有结构简单和稳定性高的特点,易于升级和二次开发,是实现固态硬盘和固态存储系统的关键技术。
【学位单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2009
【中图分类】：TP333.35
【部分图文】：

图 3.3 系统组件连接视图MicroBlaze 处理器通过 LMB 总线访问内部程序和数据 RAM，大小选择B，默认地址为 0x00000000～0x0000FFFF。Microblaze 处理器通过 OPB 总线设组件模块进行访问控制，MicroBlaze 处理器只需要对相应的地址操作即可，模块的地址分配如图 3.4 所示，其中大小表示可访问的最大地址空间。

图 3.3 系统组件连接视图MicroBlaze 处理器通过 LMB 总线访问内部程序和数据 RAM，大小选择64KB，默认地址为 0x00000000～0x0000FFFF。Microblaze 处理器通过 OPB 总线对外设组件模块进行访问控制，MicroBlaze 处理器只需要对相应的地址操作即可，组件模块的地址分配如图 3.4 所示，其中大小表示可访问的最大地址空间。

尽最大可能地提高数据的存取速度。比如做读取操作时当 RE平 35ns 才能保证数据被正确读取，RE_L 上升为高电平后只要 10ns 的时间就行，这样加上 5ns 的余量，时钟周期至少也要为据能够被正确读取，并尽量提高读取速度，我们采用以 16.7M占空比为 1:2 的时钟。这种情况下，低电平持续时间为 40ns，取后，仍有 5ns 的余量，高电平有 20ns 时间，也很充裕，既保取，又充分发挥了器件的性能。如图 3.7 所示。

【引证文献】

相关硕士学位论文 前5条

1 李文博;Flash阵列存储技术研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

2 樊旭光;多通道固态盘系统的设计与实现[D];华中科技大学;2012年

3 王洁;阵列雷达回波模拟器技术研究[D];西安电子科技大学;2013年

4 姚铭;高密度高速存储系统设计与实现[D];西安电子科技大学;2013年

5 陈业伟;基于固态硬盘的大容量存储卡设计[D];西安电子科技大学;2013年

本文编号：2807380