本发明专利技术提供了一种原生ＳＡＴＡ的固态硬盘控制器。固态硬盘控制器选用ＦＰＧＡ，内部移植嵌入式处理器ＭｉｃｒｏＢｌａｅ软核，通过ＯＰＢ总线协调控制整个系统工作。单一块芯片控制器实现ＳＡＴＡ接口固态硬盘所有功能，外围电路简单，能减少ＰＣＢ制版面积，使硬盘结构小型化，降低功耗。采用原生ＳＡＴＡ接口，系统结构简单，稳定性好，数据传输速度可达３．０Ｇｂ／ｓ。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种SATA接口的固态硬盘控制器的实现，采用大规模现场可编 程门阵列FPGA(Field Programable Gate Array)作为物理载体，实现SATA(Serial Advanced Technology Attachment) 2.0通信接口协议标准，管理NAND Flash的读写，实现硬盘功能。
技术介绍
固态硬盘是具备高效能，高稳定度的快速记忆体储存媒体元件，效能成本 比最优异的记忆体储存媒体解决方案。具有取代传统硬盘的多项优势，采用符 合工业标准的控制技术。固态硬盘能提供原始的、高性能的和高可靠的数据储 存，即使是在恶劣的条件下工作，如温度、撞击、震动、干扰等，也不会对数 据构成威胁。它克服了机械硬盘抗振动性差的弊病，能广泛用于工业控制、公 共安全、电信、军工、航空等高可靠性的数据领域。现有的固态硬盘接口标准主要是IDE (IntegratedDrive Electronics)接口， 属于并行ATA (FATA)，常用的按口为40针接口，目前最高逨率为PATA-133 的i33MB/S，并行传输速度已经到极限。而且PATA的三大缺点是信号线长 度无法延长、信号同步性难以保持、5V信号线耗电较大。由于信号衰减，PATA 的线缆长度被限制在45厘米。这使得在大型计算机设备中连接距离很长的两个 连接点成了一个问题，导致特定的物理驱动器配置模式无法执行。PATA设备需 要5伏特的信号，不符合目前芯片设计的向电压更低，尺寸更小的发展方向。目前SATA接口的固态硬盘均采用桥接形式，即通过IDE转SATA桥接芯 片实现SATA通信接口。这种方式增加系统复杂性，降低整体可靠性，也不利 于设备的体积小型化和低功耗要求。故本专利技术设计了一种原生SATA接口的固 态硬盘控制器，无需桥接芯片，直接解析SATA2.0通信协议，实现数据高速传 输。
技术实现思路
针对现有SATA固态硬盘取代其他硬盘的趋势，设计原生SATA的固态硬盘 控制器，负责SATA通信接口协议解析和控制管理NAND Flash存储介质，实现 高速大容量SATA接口固态硬盘，其具有结构紧凑，宽温、抗振、低功耗，易 于提高硬盘的容量、读写速度以及稳定性。本专利技术的技术方案是原生SATA的固态硬盘控制器采用模块化设计，主 要由以下3个模块组成嵌入式处理器IP核、SATA控制器和Flash控制器。嵌入式处理器作为主控端，负责整体协调处理，调度SATA控制器和Flash控制器， 确保数据正确传输。SATA控制器负责解析处理SATA命令，实现SATA接口通 信协议。Flash控制器负责对NAND Flash存储芯片的读写控制和Flash高级管理 算法实现。SATA控制器采用通用IP (Intellectual Property)核形式设计成可移植的协 议栈。SATA控制器采用AHB (Advanced High-Performance Bus)通用总线接口， 方便与其他嵌入式处理器连接，实现SATA2.0标准总线协议，数据传输速度可 达3.0Gb/s。 FPGA中移植嵌入式MicroBlaze软核处理器，实现硬件ECC (错误 检查和纠正)校验和Flash坏块管理，保证数据存储持久。釆用NAND Flash存 储芯片阵列作为存储介质，并实现容量和速度的扩展。本专利技术具有如下优点-1:单一块芯片控制器实现SATA接口固态硬盘所有功能，外围电路简单， 能减少PCB制版面积，使硬盘结构小型化，降低功耗。2:采用原生SATA接口，系统结构简单，稳定性好，数据传输速度可达 3.0Gb/s。3:采用NAND Flash存储芯片作为存储介质，具有掉电数据不丢失，使用寿命长等特点。 附图说明图1:原生SATA的固态硬盘控制器结构框图 具体实施例方式本专利技术原生SATA的固态硬盘控制器包括嵌入式处理器IP核，SATA控 制器和FLASH控制器。原生SATA的固态硬盘控制器选用FPGA作为物理载体，通过在FPGA内 部嵌入MicroBlaze软核处理器⑤作为嵌入式处理器IP核，实现系统管理。 MicroBlaze软核处理器与外设接口均采用OPB (On-Chip Peripheral Bus)连接。 其中，MicroBlaze软核处理器作为主设备挂在OPB上，处理器负责实现SATA 的兼容命令、数据流的分发、阵列管理和Flash文件系统。从设备有NOR Flash 和SRAM控制器，外部分别连接一块NOR Flash和SRAM作为程序存储器和 数据存储器。固态硬盘控制器通过GPI0⑥接口控制LED灯显示硬盘工作状态， 当主机检测到硬盘时，GPIO⑥接收到上层软件传送来的控制命令，点亮LED灯， 表明主机已经识别硬盘，可以开始传输数据。当主机要终止与硬盘的通信，即 主机要删除这个硬件时，LED灯熄灭。与主机接口采用SATA串行接口，兼容SATA1.0和SATA2.0标准，可实现3.0Gb/s的传输速度。SATA协议分为四层应用层、传输层和链路层②和物理 层①。本专利技术的应用层由嵌入式处理器MicroBlaze软核⑤负责处理实现，主要 功能是处理SATA控制和读写操作命令。SATA协议解析的核心是传输层和链路 层，本专利技术通过硬件描述语言设计状态机实现，并以IP核形式独立封装成SATA 控制器，釆用通用的AHB总线接口与外部连接，并且集成DMA控制器，提高 数据传输效能，其中AHB Master接口应用于DMA数据传输，AHB Slave接口 用于嵌入式处理器配置SATA控制器的工作模式。物理层与其他层分开设计， 既可以使用外部专门的物理层芯片，也可以使用FPGA内部资源自行开发设计， 提高系统整体可移植性。本专利技术的物理层采用XilinxRoeketIOMGT (千兆级收 发器)，将数据进行串并转换后发送和接收，并行数据宽度为20bit，串行数据速 度为3.0Gb/s，物理层还设计OOB控制器，负责OOB信号检测和发送，实现主 机与设备之间的初始化。针对NAND Flash的特点以及固态硬盘在速度方面的要求设计出NAND Flash控制器 。 NAND Flash设计标准的SRAM接口 ，使上位机访问控制器如 同访问内存方便；数据缓存和NAND Flash之间加DMA通道，实现高速从NAND Flash读取数据和向NAND Flash写入数据；加入ECC纠错逻辑，确保读取数据 和写入信息的正确。本实施例采用如下配置可编程逻辑器件Virtex4FX60-llFF672嵌入式软核处理器Xilinx MicroBlaze 4.0SATA接口 Virtex画4 RocketIO MGT时钟管理ICS844001 实施案例原生SATA接口固态硬盘控制器，应用于固态硬盘的解决方案，硬件环境由 原生SATA控制器，嵌入式处理器，NAND Falsh控制器和NAND Falsh存储阵 列构成，软件环境由地址映射逻辑，坏块管理逻辑，均衡损耗逻辑构成，使SATA 接口固态硬盘对上位机表现为无差别于机械硬盘的器件，实现以"AND Flash 闪存为存储介质的大容量数据存储。 权利要求1、原生SATA的固态硬盘控制器，包括嵌入式处理器IP核、SATA控制器和Flash控制器，其特征本文档来自技高网...
【技术保护点】
原生ＳＡＴＡ的固态硬盘控制器，包括嵌入式处理器ＩＰ核、ＳＡＴＡ控制器和Ｆｌａｓｈ控制器，其特征在于：原生ＳＡＴＡ的固态硬盘控制器选用ＦＰＧＡ作为物理载体，通过在ＦＰＧＡ内部嵌入ＭｉｃｒｏＢｌａｚｅ软核处理器⑤作为嵌入式处理器ＩＰ核，实现系统管理，ＭｉｃｒｏＢｌａｚｅ软核处理器与外设接口均采用ＯＰＢ（Ｏｎ－Ｃｈｉｐ Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｂｕｓ）连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐欣，吴佳，步凯，吴建飞，
申请(专利权)人：湖南源科创新科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]
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