论文部分内容阅读
随着信息社会的蓬勃发展,人们对信息存储设备的存储容量、传输稳定性、数据完整性都提出了更高的要求。固态硬盘凭借其优良的工作性能以及更快的传输速率,逐渐成为主流的高速存储介质,而且随着存储阵列技术的发展,存储系统的容量也变得越来越大。论文设计了基于FPGA的多通道SATA接口,进而实现了由固态硬盘组成的高速大容量固态存储阵列,安全稳定,应用广泛,存储容量更大,并且具有一定的可扩展性。论文首先设计了系统的整体结构,包括主控板卡、存储控制板、VPX背板以及固态存储阵列,主控板卡提供了系统的命令接口和数据接口,负责系统工作控制和数据分发;存储控制板基于FPGA的片上嵌入式系统,根据SATA标准协议,设计实现了多通道SATA控制器;VPX背板一方面完成存储控制板与主控板卡的板间数据传输,另一方面构成存储控制板与固态存储阵列间的SATA通路;固态存储阵列由24块480G的固态硬盘构成。论文的主要工作如下:1、依据VPX标准设计了总线型系统架构,详细分析了系统数据传输带宽需求及VPX高速串行接口的传输能力,基于FPGA内集成的高速串行接口的高效性和稳定性,通过VPX背板实现了多路并行高速数据的板间传输。2、以Xilinx公司的XC5VFX200T芯片为核心,对单板多通道SATA接口进行了硬件设计,包括四个主要模块,其中SATA控制模块依据SATA标准协议设计实现了多通道的SATA控制器,完成对固态盘的读写控制;数据传输模块完成与背板之间的数据交互、数据位宽转换以及数据缓存过程;时钟管理模块负责管理外部可配置时钟芯片并完成系统内部时钟网络的设计和管理;命令管理模块负责接收并执行主控板卡的命令,控制单板系统的工作流程。3、为保证系统工作的可靠性和稳定性,结合硬件调试进行了改进性设计,通过推迟外设时钟芯片工作时间及通过应用层控制底层链路重建的措施,解决了硬盘检测的问题;通过改进控制物理链路的OOB状态机,为底层程序增加了自我校验的功能,增加了系统冗余性,结合硬件设计重新修正了主机端高速串行接口参数,进一步完善了通信链路的信号完整性。4、最后,对系统存储能力及稳定性进行了测试,测试结果表明,每条SATA通道的平均数据传输速率在217MB/s左右,单板四通道并行传输的平均速率在871MB/s左右;同时通过主控板卡的校验程序验证了存储阵列数据存储的准确性,保证了论文设计实现的多通道SATA接口可以安全稳定的工作。