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。