基于SATAⅡ固态硬盘的高速数据存储器的研究与设计

发布时间：2017-04-19 22:39

  本文关键词：基于SATAⅡ固态硬盘的高速数据存储器的研究与设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年无论是军事的航天遥测领域,还是民用的大数据传输领域,都经历着高速和大容量数据的改革,千兆万兆光纤通信技术已经进入千家万户。在此背景下,人们对数据传输速度、存储容量的要求越来越高,对信号处理的实时性要求也越来越苛刻。本课题在符合大环境要求下,针对遥测领域对数据存储的大容量、高速以及高可靠性的要求,设计了一款便携式高速数据存储器。课题选择的主控核心选择Xilinx公司提供的高性价比的Spartan-6系列FPGA,前端数据采用高带宽x1通道的PCI-Express作为传输总线。为了匹配数据的跨时钟域传输,选用DDR3-SDRAM作为遥测数据的高速数据缓存器。课题方案把存储数据存储至以高速串行收发器为物理底层的SATA II固态硬盘,克服了传统大容量存储器的体积大、并行传输速度慢的劣势。由于目前SATA II主控制器的实现多采用SOPC(可编程片上系统)操作,为了节约开发成本以及方便操作,提出了一种不依赖于操作系统的SATA II主控操作方式,并实现了SATA II固态硬盘数据存储。同时完成了DDR3控制数据的缓存和PCI-E总线DMA控制数据传输。课题对各个模块进行了硬件设计,并在此平台上完成了各模块主控器的逻辑设计。设计完成后,在搭建的测试平台上,利用IBERT、Chipscope等调试工具对SATA II、PCI-E链路进行了数据传输正确性和速度的测试,并对DDR3模块进行了存储测试,最后通过上位机控制完成系统的固态硬盘的数据读写。结果显示,系统可以达到设计指标要求的存储量达到120GB,速率达到1Gb/s。论文依据完成的工作情况详细阐述了各部分的工作原理以及设计流程。
【关键词】：高速数据存储 SATA II 固态硬盘 PCI-E 高速缓存
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1.绪论9-14
• 1.1 课题背景和意义9-10
• 1.2 高速数据存储器的国内外发展现状10-11
• 1.3 SATA接口关键技术的发展现状11-12
• 1.4 论文主要工作及体系结构12-13
• 1.5 本章小结13-14
• 2. 高速数据存储器的总体方案设计及关键接口解析14-27
• 2.1 高速数据存储器系统的主要性能指标14
• 2.2 高速数据存储器的总体设计14-19
• 2.2.1 高速数据存储器方案设计14-16
• 2.2.2 方案的可行性分析16-19
• 2.3 SATA协议结构分析19-24
• 2.3.1 SATA2.0 物理层协议结构解析20-21
• 2.3.2 SATA 2.0 链路传输协议结构解析21-22
• 2.3.3 SATA2.0 命令层与应用层协议结构解析22-24
• 2.4 SATA II总线接口的实现方式24-26
• 2.5 本章小结26-27
• 3. 高速数据存储器的硬件设计27-38
• 3.1 电源模块及时钟电路设计27-31
• 3.2 主控单元设计31-33
• 3.3 PCI-E接口模块电路设计33-35
• 3.4 DDR3缓存模块电路设计35-36
• 3.5 SATA II接口模块电路设计36-37
• 3.6 本章小结37-38
• 4. 高速数据存储器的FPGA逻辑控制设计38-61
• 4.1 SATA II主机控制器设计38-55
• 4.1.1 物理层控制模块设计40-46
• 4.1.2 链路层控制模块设计46-51
• 4.1.3 命令层控制模块设计51-55
• 4.2 PCI-E总线接口设计55-59
• 4.2.1 PCI-E IP核的参数例化56-58
• 4.2.2 基于DMA的PCI-E传输总线设计58-59
• 4.3 DDR3数据缓存模块控制器设计59-60
• 4.4 本章小结60-61
• 5. 系统功能调试与整体测试61-69
• 5.1 测试平台的搭建61-62
• 5.2 SATA链路测试62-64
• 5.3 PCI-E链路测试64-65
• 5.4 DDR3高速数据缓存器的测试验证65
• 5.5 系统准确性测试结果分析65-68
• 5.6 本章小结68-69
• 6. 总结与展望69-71
• 6.1 总结69-70
• 6.2 展望70-71
• 参考文献71-74
• 读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果74-75
• 致谢75-76

【参考文献】

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本文编号：317301