固态硬盘中SATA接口控制器命令层的设计及验证

发布时间：2017-09-16 09:06

  本文关键词：固态硬盘中SATA接口控制器命令层的设计及验证

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【摘要】：随着大数据时代的到来,传统的机械硬盘受限于其机械特性,在稳定性、抗震性方面的缺陷,已经无法满足用户的需求,人们迫切需要一种新的存储设备来替代传统的机械硬盘。固态硬盘(Solid State Disk),正是这样一种新兴的存储设备,其高速的传输速率,在抗震性、稳定性方面的优势,立刻使其成为人们关注的重点。而固态硬盘所使用的接口通常为SATA接口。 SATA接口是一种高速串行通信总线,其传输速率最高可达600MB/sec,支持热插拔、支持NCQ命令的特性,使其取代了PATA接口,成为市场上的主流接口。目前,国内在这个领域中还处于研发的初始阶段,市场上尚无成熟的产品,因此本课题选择研究具有自主产权的SATA IP,具有非常重要的意义。 本课题首先介绍了课题研究的背景,然后分析了SATA协议,包括物理层、链路层、传输层、命令层,其中命令层是本课题研究的重点。在掌握协议的基础上,提出了命令层的设计架构,对设计的命令层控制模块、数据传输控制模块进行了详细说明。在对性能仿真进行分析之后,提出了一种流水线执行NCQ命令的设计,可以节约软硬件交互的时间,大大提高了NCQ命令的执行效率。 对于整个SATA设计的验证,是本文的另一个重点。本课题分析并选择了UVM验证方法学来构建SATA验证环境,完成了UVM验证平台的搭建,实现了大规模随机验证,达到了验证的目标。
【关键词】：固态硬盘 SATA 命令层 UVM验证
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP333.35
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-5
• 目录5-8
• 1. 绪论8-12
• 1.1. 课题研究背景8-10
• 1.1.1. 固态硬盘简介8-9
• 1.1.2. 硬盘接口技术的概述9
• 1.1.3. Serial Advanced Technology Attachment(简称SATA)接口的发展过程9-10
• 1.1.4. SATA接口的研究现状10
• 1.2. 主要研究工作10
• 1.3. 论文组织及内容安排10-11
• 1.4. 本章小结11-12
• 2. SATA 3的协议分析12-31
• 2.1. SATA体系架构12-13
• 2.2. 物理层分析13-16
• 2.2.1. 物理层功能13
• 2.2.2. 带外信号13-15
• 2.2.3. 建立链接的流程15-16
• 2.3. 链路层分析16-19
• 2.3.1. 8b/10b编码16-18
• 2.3.2. 原语18
• 2.3.3. 链路层CRC校验18-19
• 2.3.4. 扰码19
• 2.4. 传输层分析19-22
• 2.4.1. FIS19-22
• 2.5. 命令层分析22-30
• 2.5.1. NON DATA命令22
• 2.5.2. PIO命令22-24
• 2.5.3. DMA命令24-26
• 2.5.4. NCQ命令26-30
• 2.6. 本章小结30-31
• 3. SATA命令层的设计与实现31-46
• 3.1. 命令层总体设计架构31-33
• 3.2. 数据传输控制模块的设计与实现33-34
• 3.3. 命令层控制模块的设计与实现34-45
• 3.3.1. PIO读命令状态机34-36
• 3.3.2. PIO写命令状态机36-37
• 3.3.3. DMA读命令状态机37-39
• 3.3.4. DMA写命令状态机39-40
• 3.3.5. NCQ接收命令状态机40-41
• 3.3.6. NCQ读命令执行状态机41-43
• 3.3.7. NCQ写命令执行状态机43-45
• 3.4. 本章小结45-46
• 4. 基于UVM的SATA验证平台的设计与实现46-61
• 4.1. UVM验证方法学46
• 4.2. SATA验证平台架构46-57
• 4.2.1. AHB_Agent47-48
• 4.2.2. Memory_Agent48-50
• 4.2.3. AXI_Agent50-55
• 4.2.4. CR_Agent55-57
• 4.3. SATA验证激励57-59
• 4.3.1. AXI_Control_sequence58
• 4.3.2. PRD_Create_sequence58-59
• 4.4. UVM验证结果分析59
• 4.5. 本章小结59-61
• 5. FPGA验证61-66
• 5.1. FPGA验证架构61
• 5.2. 测试结果分析61-65
• 5.2.1. PIO读命令测试61-62
• 5.2.2. PIO写命令测试62-63
• 5.2.3. DMA读命令测试63
• 5.2.4. DMA写命令测试63-64
• 5.2.5. NCQ读命令测试64
• 5.2.6. NCQ写命令测试64-65
• 5.3. 本章小结65-66
• 6. 总结与展望66-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 李宥谋;;8B/10B编码器的设计及实现[J];电讯技术;2005年06期

2 朱鑫鹏;林水生;;SATA Ⅱ接口中NCQ机制的研究[J];电脑与信息技术;2010年05期

3 任健强;;SSD在便携式消费类电子产品领域的应用[J];信息技术与标准化;2010年04期

4 申慧军;;SATA高速串行总线8B/10B编解码模块设计新方法[J];广东通信技术;2009年02期

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本文编号：862124