FPGA实现的SATA控制器设计与性能测试

"这篇硕士学位论文主要探讨了基于FPGA的SATA控制器的研究与实现，作者范俊在华中科技大学攻读计算机系统结构专业硕士，导师为周功业。该研究针对国内缺乏自主SATA芯片的现状，深入分析了SATA协议标准，并构建了SATA控制器的分层结构，包括主机接口层、ATA适配层、传输层、链路层和物理层。设计中采用了异步FIFO通信机制，实现了多状态机协同工作，以及高速并行CRC编码解码器、8B/10B编码解码器和基于线性反馈移位寄存器的加密解密模块，支持1.5Gbps的串行传输。同时，设计了133MHz的PCI主机接口，具备32/64位总线宽度配置、地址配置空间和主控DMA功能。此外，论文还涵盖了FIFO深度对系统性能的影响分析，以及SATA控制器的功能测试，其性能可与市面上的商业产品相媲美。为了确保设计的正确性和稳定性，进行了智能仿真验证，编写了相应的测试脚本。在设计优化方面，运用了低功耗设计和流水线技术，减少了FPGA资源消耗，提升了芯片运行速度。最后，论文讨论了芯片设计自动化的方法，提出了一种新的描述模型，通过可视化环境简化了设计流程，实现了部分集成电路设计的自动化。关键词包括串行ATA、FPGA、PCI和仿真。" 本文详细介绍了基于FPGA实现SATA控制器的关键技术和步骤，首先，对SATA协议进行了深入解析，这是设计的基础。接着，通过分层设计，将控制器分解为逻辑上独立的部分，便于管理和实现。其中，异步FIFO在各层间起到了数据缓冲和同步的作用，保证了不同处理速度的层次间通信的顺畅。高速并行CRC编解码器用于数据校验，确保传输的准确性；8B/10B编码解码器则解决了串行化传输中的信号编码问题，而加密解密模块则增强了数据的安全性。 此外，设计的PCI主机接口是连接SATA控制器与系统其余部分的关键，133MHz的工作频率和可配置的总线宽度使其能够适应多种系统需求。主控DMA功能提高了数据传输效率，降低了CPU负担。FIFO深度的选取和性能测试是优化设计的重要环节，它直接影响系统的并行处理能力和响应速度。 在验证阶段，通过智能化的仿真测试确保了设计的正确性和鲁棒性。最后，论文提出了低功耗设计和流水线技术的应用，旨在减少硬件资源消耗，提升整体性能。同时，提出了一种新的设计模型，使得芯片设计过程更加自动化，降低了设计复杂性。 这篇论文为FPGA实现高性能SATA控制器提供了全面的技术方案和实践经验，对于FPGA开发者和嵌入式系统设计者来说具有很高的参考价值。