基于sata2.0的高速存儲系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

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1、賺拓種藏＾專圖碩±學位論文胃ｍ＊Ｆ＊Ｍ基于ＳＡＴＡ２．０的高速存儲系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)作者姓名姪＿迄學校副。姓名、巧疏鮑丹潮救按５Ｈ企業(yè)剔巧姓名、職疏輸震贏工申請學位類別工程碩主Ｉ學校代碼10701學號1302121256分類號TP33密級公開西安電子科技大學碩士學位論文基于SATA2.0的高速存儲系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)作者姓名：解冬領域：電子與通信工程學位類別：工程碩士學校導師姓名、職稱：鮑丹副教授企業(yè)導師姓名、職稱：范海震高工學院：電子工程學院提交日期：2015年12月DesignandImp

2、lementationofHigh-speedStorageSystemBasedonSATA2.0AthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinElectronicsandCommunicationsEngineeringByXieDongSupervisor:BaoDanAssociateProfessorFanHaizhenSeniorEngineerDecember2015西安電子科技大學

3、學位論文獨創(chuàng)性（或創(chuàng)新性）聲明秉承學校嚴謹?shù)膶W風和優(yōu)良的科學道德，本人聲明所呈交的論文是我個人在導師。指導下進行的研究工作及取得的研究成果盡我所知，除了文中特別加標注和致謝，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果中所羅列的內(nèi)容外；也不包含一為獲得西安電子科技大學或其它教育機構(gòu)的學位或證書而使用過的材料。與我同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。一學位論文若有不實之處，本人承擔切法律責任。乂－：：ｌｏ本人簽名日期ｉＬ．Ｃｆ辭ｊ西安電子科技大學關于論文使

4、用授權(quán)的說明本人完全了解西安電子科技大學有關保留和使用學位論文的規(guī)定，即：研究生在校攻讀學位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)單位屬于西安電子科技大學。學校有權(quán)保留送交論文的復印件，允許查閱、借閱論文；學校可Ｗ公布論文的全部或部分內(nèi)容，允許采用影印、縮印或其它復制手段保存論文。同時本人保證，獲得學位后結(jié)合學位論文研究成果撰寫的文章，署名單位為西安電子科技大學。保密的學位論文在。＿年解密后適用本授權(quán)書乂：簽名：是本人簽名＾導師，．－日期：ＩｊｃｙｉＬ［日期：０ｇＡ／．＾／ｌｆ摘要摘要存

5、儲技術作為計算機系統(tǒng)的重要組成部分，極大地影響著系統(tǒng)的性能。隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，海量的數(shù)據(jù)對存儲系統(tǒng)提出了更高的要求，傳統(tǒng)的存儲設備因為存儲速度慢，已經(jīng)無法滿足當前的存儲需求，因此設計一種能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)實時、高速存儲的大容量存儲系統(tǒng)變得十分必要。在這種背景下本文結(jié)合實際的項目設計了一種基于固態(tài)硬盤的大容量高速數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。通過分析系統(tǒng)的指標要求，本文的設計思想是以多塊固態(tài)硬盤組成磁盤陣列提高數(shù)據(jù)存儲的速度；使用高性能FPGA作為控制器：一方面完成數(shù)據(jù)的高速傳輸，另一方面使用FPGA內(nèi)部資源實現(xiàn)SATA2.0協(xié)議可以減少硬件電路的設計；采

6、用DDR2SDRAM存儲器作為系統(tǒng)的高速緩存，解決數(shù)據(jù)傳輸速率不匹配的問題。結(jié)合設計思想本文主要完成了以下工作：首先對SATA2.0協(xié)議按照從下到上的劃分順序?qū)ξ锢韺印㈡溌穼?、傳輸層及應用層依次作了介紹，重點對GTX收發(fā)器、OOB信號、原語、幀的封裝、CRC校驗、加擾/解擾、編碼方式以及狀態(tài)機跳轉(zhuǎn)等內(nèi)容作了全面透徹的分析；其次對SSD固態(tài)硬盤的發(fā)展歷程、傳輸特性以及磁盤陣列的工作原理作了詳細的說明，結(jié)合磁盤陣列的傳輸特性本文設計了DMA傳輸模式大大提高了數(shù)據(jù)存儲速度；最后根據(jù)SATA協(xié)議的要求本文選擇了Xilinx公司Virtex-5系

7、列FPGA以及ISE和EDK聯(lián)合開發(fā)工具作為開發(fā)平臺，采取模塊化的方式為SATA協(xié)議的每一層定制了相應的IP核，最終在FPGA上實現(xiàn)了SATA協(xié)議規(guī)定的所有要求。設計本系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲是為了方便以后對數(shù)據(jù)進行分析，挖掘數(shù)據(jù)中蘊含的價值，因此本系統(tǒng)設計了數(shù)據(jù)回讀模式，為了簡化設計數(shù)據(jù)回讀模式與數(shù)據(jù)存儲時共用了SATA控制器和GTX收發(fā)器，我們?yōu)槠鋯为氃O計了數(shù)據(jù)處理模塊，通過回讀模式可以把存入固態(tài)硬盤的數(shù)據(jù)讀出后發(fā)送給用戶計算機，用戶通過上位機軟件可以對硬盤中的數(shù)據(jù)進行管理。本系統(tǒng)的測試選用的是在線邏輯分析儀（ChipScopePro）進

8、行片上系統(tǒng)的調(diào)試工作，最終的測試結(jié)果表明：該系統(tǒng)的持續(xù)讀寫速度可達800MB/S，經(jīng)過反復測試本系統(tǒng)工作穩(wěn)定，性能優(yōu)良，完全滿足了系統(tǒng)的指標要求。關鍵詞：SATA協(xié)議，高速存儲，磁盤陣列，固態(tài)硬盤，F(xiàn)PGA