基于sata2.0的高速存储系统的设计与实现

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1、赚拓种藏＾專图硕±学位论文胃ｍ＊Ｆ＊Ｍ基于ＳＡＴＡ２．０的高速存储系统的设计与实现作者姓名姪＿迄学校副。姓名、巧疏鲍丹潮救按５Ｈ企业剔巧姓名、职疏輸震赢工申请学位类别工程硕主Ｉ学校代码10701学号1302121256分类号TP33密级公开西安电子科技大学硕士学位论文基于SATA2.0的高速存储系统的设计与实现作者姓名：解冬领域：电子与通信工程学位类别：工程硕士学校导师姓名、职称：鲍丹副教授企业导师姓名、职称：范海震高工学院：电子工程学院提交日期：2015年12月DesignandImp

2、lementationofHigh-speedStorageSystemBasedonSATA2.0AthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinElectronicsandCommunicationsEngineeringByXieDongSupervisor:BaoDanAssociateProfessorFanHaizhenSeniorEngineerDecember2015西安电子科技大学

3、学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师。指导下进行的研究工作及取得的研究成果尽我所知，除了文中特别加标注和致谢，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果中所罗列的内容外；也不包含一为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。一学位论文若有不实之处，本人承担切法律责任。乂－：：ｌｏ本人签名日期ｉＬ．Ｃｆ辞ｊ西安电子科技大学关于论文使

4、用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可Ｗ公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，获得学位后结合学位论文研究成果撰写的文章，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在。＿年解密后适用本授权书乂：签名：是本人签名＾导师，．－日期：ＩｊｃｙｉＬ［日期：０ｇＡ／．＾／ｌｆ摘要摘要存

5、储技术作为计算机系统的重要组成部分，极大地影响着系统的性能。随着大数据时代的到来，海量的数据对存储系统提出了更高的要求，传统的存储设备因为存储速度慢，已经无法满足当前的存储需求，因此设计一种能够实现数据实时、高速存储的大容量存储系统变得十分必要。在这种背景下本文结合实际的项目设计了一种基于固态硬盘的大容量高速数据存储系统。通过分析系统的指标要求，本文的设计思想是以多块固态硬盘组成磁盘阵列提高数据存储的速度；使用高性能FPGA作为控制器：一方面完成数据的高速传输，另一方面使用FPGA内部资源实现SATA2.0协议可以减少硬件电路的设计；采

6、用DDR2SDRAM存储器作为系统的高速缓存，解决数据传输速率不匹配的问题。结合设计思想本文主要完成了以下工作：首先对SATA2.0协议按照从下到上的划分顺序对物理层、链路层、传输层及应用层依次作了介绍，重点对GTX收发器、OOB信号、原语、帧的封装、CRC校验、加扰/解扰、编码方式以及状态机跳转等内容作了全面透彻的分析；其次对SSD固态硬盘的发展历程、传输特性以及磁盘阵列的工作原理作了详细的说明，结合磁盘阵列的传输特性本文设计了DMA传输模式大大提高了数据存储速度；最后根据SATA协议的要求本文选择了Xilinx公司Virtex-5系

7、列FPGA以及ISE和EDK联合开发工具作为开发平台，采取模块化的方式为SATA协议的每一层定制了相应的IP核，最终在FPGA上实现了SATA协议规定的所有要求。设计本系统实现数据的存储是为了方便以后对数据进行分析，挖掘数据中蕴含的价值，因此本系统设计了数据回读模式，为了简化设计数据回读模式与数据存储时共用了SATA控制器和GTX收发器，我们为其单独设计了数据处理模块，通过回读模式可以把存入固态硬盘的数据读出后发送给用户计算机，用户通过上位机软件可以对硬盘中的数据进行管理。本系统的测试选用的是在线逻辑分析仪（ChipScopePro）进

8、行片上系统的调试工作，最终的测试结果表明：该系统的持续读写速度可达800MB/S，经过反复测试本系统工作稳定，性能优良，完全满足了系统的指标要求。关键词：SATA协议，高速存储，磁盘阵列，固态硬盘，FPGA