[发明专利]一种基于FPGA的SATA主控制器

摘要

本发明提供一种基于FPGA的SATA主控制器，为更高效更便利地使用FPGA器件实现对SATA接口硬盘的读写控制而设计。包括SATA物理层实现模块、SATA链路层实现模块、SATA传输层实现模块和SATA应用层实现模块等部分。与现有设计相比，本发明实现了更高层次的逻辑封装，为用户提供了更简便的操作接口，用户通过操作本发明提供的FIFO、SRAM、寄存器等形式的简单接口，即可实现对SATA接口硬盘的读写控制。

主权项

一种基于FPGA的SATA主控制器(99)，其特征在于包括：SATA应用层实现模块(1)，SATA传输层实现模块(2)，SATA链路层实现模块(3)，SATA物理层实现模块(4)；SATA应用层实现模块(1)具有用户使用接口，所述的用户使用接口由用户指令寄存器(101)，用户参数寄存器(102)，用户数据SRAM端口(103)，用户数据FIFO端口(104)，应用层状态报告端口(107)5个端口组成；SATA应用层实现模块(1)内部还具有应用层状态机(105)和应用层数据传输控制器(106)；用户指令寄存器(101)：用于设置硬盘读写启动等指令并查询关键状态；用户参数寄存器(102)：用于参数设置，可设置的参数有读写指令类别、读写地址、读写数据数量、读写数据通过用户数据SRAM端口(103)传输还是通过用户数据FIFO端口(104)传输等等；用户数据SRAM端口(103)：用于数据传输，其端口信号与常见的SRAM器件端口信号类似，能够直接与FPGA内部的SRAM连接；用户数据FIFO端口(104)：用于数据传输，其端口信号与常见的FIFO器件端口信号类似，能够直接与FPGA内部的FIFO连接；应用层状态报告端口(107)：报告SATA应用层实现模块(1)的工作状态；应用层状态机(105)：接收来自用户指令寄存器(101)以及用户参数寄存器(102)的指令参数，并控制应用层数据传输控制器(106)和SATA传输层实现模块(2)的端口，从而控制用户数据与SATA接口硬盘(5)之间的输入输出交互；应用层数据传输控制器(106)：接收来自应用层状态机(105)的指令，起到数据传输流向选择开关的作用，使数据流在用户数据SRAM端口(103)与SATA接口硬盘(5)之间交互，或者使用户数据在用户数据FIFO端口(104)与SATA接口硬盘(5)之间交互；SATA传输层实现模块(2)：内部包含传输层指令寄存器(201)，传输层参数寄存器(202)，传输层状态报告端口(207)，传输层状态机(206)，数据帧参数存储区(203)，存盘数据写出存储区(204)，存盘数据读入存储区(205)；在写硬盘时，传输层状态机(206)根据传输层指令寄存器(201)和传输层参数寄存器(202)接收到的指令，将数据帧参数写入数据帧参数存储区(203)，再命令SATA链路层实现模块(3)启动，将数据帧参数存储区(203)和存盘数据写出存储区(204)中的数据整合后写出到硬盘；在读硬盘时，经过SATA链路层实现模块(3)处理后的帧参数存入数据帧参数存储区(203)，存盘内容数据存入存盘数据读入存储区(205)，同时传输层状态机(206)得知数据帧被接收，继而通过传输层指令寄存器(201)和传输层参数寄存器(202)告知SATA应用层实现模块(1)；SATA链路层实现模块(3)：包括链路层指令状态寄存器(301)，链路层状态机(302)，SATA原语数据存储区(303)，数据选择复选器(304)，循环冗余校验值插入器(305)，扰码器(307)，数据发送端口(310)，数据接收端口(311)，原语检查器(308)，解扰器(309)，循环冗余校验检查器(306)，数据甄别器(312)；在写硬盘时，链路层状态机(302)根据链路层指令状态寄存器(301)接收到的指令，选择SATA原语数据存储区(303)中存储的某些原语，并控制数据选择复选器(304)选择不同数据源，使数据经过循环冗余校验值插入器(305)和扰码器(307)的处理后，形成最终要发送到SATA接口硬盘(5)的数据帧；在读硬盘时，数据帧首先经过解扰器(309)进行解扰处理，然后原语检查器(308)将检查到的原语告知链路层状态机(302)，循环冗余校验检查器(306)对数据帧进行循环冗余校验检查，将检查结果告知链路层状态机(302)；经过检查的数据再被数据甄别器(312)分别筛选出帧参数数据并存入数据帧参数存储区(203)，筛选出原始存盘数据并存入存盘数据读入存储区(205)；SATA物理层实现模块(4)基于FPGA芯片内部集成的高速串行数据收发器设计，通过数据发送端口(310)和数据接收端口(311)与SATA链路层实现模块(3)连接，SATA物理层实现模块(4)通过SATA协议规范定义的两对高速串行差分数据线与SATA接口硬盘(5)通信。