基于fpga的sata2.0加密桥控制器的设计与研究

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1、电子科技大学硕士学位论文基于FPGA的SATA2.0加密桥控制器的设计与研究姓名：郑先翔申请学位级别：硕士专业：信息与通信工程指导教师：林水生20090501摘要摘要SATA是一种高速的串行总线，采用点对点方式进行数据传输，内置数据／命令校验单元，支持热插拔，具有150MB／s(SATAl．O)或300MB／s(SATA2．O)传输速度。目前SATA2．0应用广泛，相较于SATAl．0还支持NCQ(原生命令队列)、端口多路器(PortMultiplier)、交错启动(StaggeredSpinup)、热插拔等一系列的功能。随着我国信息化发展进程加快，信息化

2、覆盖面扩大，信息安全问题也随之增多，数据存储和保护的需求与日俱增。基于硬件的加密方式因其速度快、密钥保存方式安全可靠等优点，逐渐成为存储数据加密的发展趋势。本文将硬盘数据加密和SATA2．0接口相结合进行研究，并基于FPGA实现了带有SATA2．0接口的硬盘加密桥p，对于研究硬盘高速串行接口的加密桥具有重要的价值。本文分析了PATA和SATA两种协议之间的差异，深入研究了SATA2．0协议和ATA／ATAPI一6指令集，包括物理层、链路层、传输层和应用层分析。阐述了Xilinx公司的Vinex一5“GTP的结构框图以及其工作原理。重点研究了SATA2．0加

3、密桥接口口的系统设计，分析了加密桥的原语传输方式和帧传输方式等。详细介绍了SATA2．0加密桥接口的系统中各个单元的工作原理，阐述了在实现过程中应注意的要点。设计SATA加密桥控制器口，依照设计流程，规划硬件功能，制定接口信号和相关时序，再利用硬件描述语言编写代码描述电路，通过验证保证描述电路功能符合协议要求。设计电路时不仅要考虑面积与功耗影响，更重要的是保证设计完全正确。很多指导性原理和经验可作为设计参考，从源头增强设计鲁棒性。其次对设计进行充分验证也是保障的必要手段之一。因此，本文还介绍了系统验证。加密桥控制器P在Xilinx公司的Vinex．5“FP

4、GA上工作正常，性能良好，已达到设计的性能指标。本文对于SATA2．0加密桥控制器的研究具有一定的工程设计参考价值。关键词：串行高级技术附加装置，数据加密，8b／lOb编码，循环冗余校验码AbstractSATAembeddingwithdataandcommandscheckingunitiSahighspeedserialbus,whichtransfersdatabypointtopointtransfermodewith150MBpersecond(SATAversion1．o)or300MB／s(SATAversion2．O)，andsuppor

5、tshotplugandplay．TheproductsofSATAversion2，0iSwidelyusedthanthatofSATAversion1．0．becauseitcansupportsometechnologyfeatures,suchasNCQ，portmultiplier,interleavingstart—up，hotswapandSOon．Asinformationtechnologyhasbeendevelopingquicklyinourcountryandhaswidelyspreadedinindustrylifeetc’

6、i,commerceanddailynformationanddatasecuritybecomemoreimportantthaneverbefor．Theencryptiontechniquebasedonhardwarehasfeaturesofhighspeedandreliablewayofsecretkeyencryption,SOitgraduallybecomesthetrendofdataencryption．ThispaperintegratesharddiskencryptionandSArAversion2．0interface．a

7、ndhasrealizedharddiskencryptonbridgewithSArAverison2．0interfacebyFPG八whichiSveryimportanttoresearchharddiskencryptionbridgewithhigh．speedserialinterface．ThedifferencebetweenofParallelATAprotocolandSerialATAprotocolhasbeenintroducedinthepaper．SATAversion2．0standardandATA／ATAPI一6com

8、mandset，whichincludephysicallayeL