优秀的 Verilog/FPGA开源项目介绍(三十八)- SATA

SATA接口与FPGA实现:详细教程与开源项目,
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SATA

SATA 于 2000 年发布,与早期的 PATA 接口相比具有多种优势,例如减小了电缆尺寸和成本(40 或 80 根减小到 7 根导线)、本机热插拔、通过更高的信号传输速率实现更快的数据传输,并通过(可选)I/O排队协议实现更高效的传输。该规范的修订版 1.0 于 2003 年 1 月发布。

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串行 ATA 行业兼容性规范源自串行 ATA 国际组织(SATA-IO)。SATA-IO 小组协作创建、审查、批准和发布互操作性规范、测试用例和即插即用。与许多其他行业兼容性标准一样,SATA 内容所有权转移给其他行业机构:主要是 INCITS T13 和 INCITS T10 小组委员会( SCSI ),后者是负责串行连接 SCSI (SAS) 的 T10 子小组。

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世界上第一款 SATA 硬盘驱动器是 Seagate Barracuda SATA V,于 2003 年 1 月发布。

FPGA实现SATA协议

FPGA实现SATA协议主要是通过SERDES实现物理层,后续其他层需要自己写。

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整个SATA协议需要实现的大致内容如下:

3d3e32ca232dff51625b7459ab3b3666.png图片来源见水印

下面介绍几个SATA协议的实现的开源项目。

FPGA-SATA-HBA

https://github.com/WangXuan95/FPGA-SATA-HBA

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介绍

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本项目全中文介绍,关于协议也介绍的异常详细,就不赘述了。

sata3_host_controller/sata_2_host_controller

https://github.com/wove2006/sata3_host_controller/tree/master

https://github.com/CoreyChen922/sata_2_host_controller

介绍

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这是一个 SATA 3 主控制器项目。使用此功能,可以通过简单的内存接口从 fpga 逻辑中读取 sata3 sdd/hdd。该控制器性能如下:写入:275MBps 读取:519MBps(连续读写)(在 SAMSUNG 250GB SATA3 SSD 上测试)。FPGA 型号:Kintex7 xc7k325t(KC705 板)。

nysa-sata

https://github.com/CospanDesign/nysa-sata

介绍

用 Verilog 编写的 Sata 协议栈。

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详细的介绍,作者有个WIKI可以查看:

https://github.com/CospanDesign/nysa-sata/wiki

请注意,虽然作者开源了源代码,但是开源协议是GPL。

sata_controller

https://github.com/wove2006/sata_controller

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全中文介绍,就不过多赘述了。

sata_ipcore

https://github.com/roman-pogorelov/sata_ipcore

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Intel FPGA实现的SATA IP。

图书

https://github.com/suisuisi/FPGATechnologyGroup/tree/main/SATA_FPGA

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最后,还是放一些关于SATA的基础知识。

总结

SATA部分因为基本和FPGA底层息息相关,所以很少有单独的项目实现,国内几个大佬写了几个非常详细的教程,按照教程基本就可以完成协议实现了。

最后,还是感谢各个大佬开源的项目,让我们受益匪浅。后面有什么感兴趣方面的项目,大家可以在后台留言或者加微信留言,今天就到这,我是爆肝的碎碎思,期待下期文章与你相见。

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<think>好的,我现在需要帮助用户解决如何使用FPGA开发SATA测试程序的问题。用户提到想找相关资料或教程,并希望得到方法和示例代码。首先,我得回忆一下关于FPGASATA接口的知识,以及之前提供的引用内容。 根据引用[1]和[2],FPGA SATA IP核是实现SATA接口的关键,特别是引用[2]提到开源FPGASATA II核心,这可能是一个有用的资源。用户需要测试程序,可能需要了解如何配置IP核,编写控制器逻辑,以及处理数据传输。 接下来,我需要考虑开发SATA测试程序的基本步骤。通常,这包括硬件设计、IP核配置、协议实现、数据生成和验证。用户可能需要使用HDL如Verilog或VHDL,以及可能的软核处理器来处理高层逻辑。 引用[4]提到Xilinx和Altera的SoC FPGA,这可能涉及到使用硬核处理器与FPGA部分协同工作,这对测试程序可能有帮助,比如使用ARM处理器的部分运行测试脚本,而FPGA处理SATA协议。 另外,引用[5]强调了支持的重要性,所以在建议中可能需要推荐官方文档和社区支持,比如Xilinx的LogiCORE或Intel的IP库,以及开源项目SATA Phy和SATA Core。 用户可能需要示例代码的结构,比如状态机控制、数据包生成和CRC校验。这部分需要确保代码结构清晰,符合SATA协议的标准,同时考虑到时序和同步问题。 可能还需要考虑测试的具体方面,比如环路测试或性能测试,引用[2]提到NCQ协议对SSD的价值,这可能是一个测试点。同时,验证时可能需要逻辑分析仪或ILA来捕获信号,确保协议层正确。 最后,要提醒用户注意硬件兼容性、时序约束和调试工具的使用,这些都是开发过程中容易遇到的问题。同时,生成相关问题,帮助用户深入探索,比如IP核选择、高速信号处理、与CPU的协作等。</think>以下是如何使用FPGA开发SATA测试程序的技术路径和关键实现方法: ### 一、开发基础 1. **硬件架构选择** 需基于支持SATA PHY的FPGA开发板(如Xilinx Kintex/Virtex系列),引用[4]提到的ZYNQ系列可实现CPU+FPGA协同工作,适合复杂协议栈开发。 2. **IP核配置** 使用厂商提供的SATA IP核(如Xilinx Aurora或Intel SATA Controller IP),其物理层已实现8b/10b编解码和OOB信号检测。核心配置示例: ```verilog sata_controller #( .LINK_SPEED(3), // 6Gbps .PHY_TYPE(SATA_GEN3) ) u_sata ( .clk_ref(refclk), .rx_data(sata_rx), .tx_data(sata_tx) ); ``` ### 二、协议层实现 1. **FIS帧构造** 需遵循SATA协议定义的数据结构,以下为H2D命令帧构造模块: ```verilog module fis_constructor( input [15:0] sector_count, output [31:0] fis_packet ); // FIS头标识 assign fis_packet[7:0] = 8'h27; // Type = Register H2D assign fis_packet[15:8] = 8'h80; // Command flag // LBA地址构造 assign fis_packet[127:64] = {sector_count, 32'h0000_1000}; endmodule ``` 2. **状态机控制** 实现链路初始化状态机: ```verilog always @(posedge clk) begin case(current_state) IDLE: if(phy_ready) next_state <= XMIT_SYNC; XMIT_SYNC: begin send_SYNC_pattern(); if(sync_ack) next_state <= ALIGN; end // ...其他状态转换 endcase end ``` ### 三、测试程序开发 1. **环路测试模式** 通过回环验证物理层链路: ```python # 通过JTAG注入测试向量 from fpgadriver import SATA_TB tb = SATA_TB() tb.send_pattern("ALIGNp_0001") # 发送SATA对齐序列 result = tb.capture_eye(cycles=1000) # 眼图采样 assert result.jitter < 0.3UI, "信号完整性不达标" ``` 2. **性能测试模块** 实现DMA数据传输验证(引用[2]中提到的NCQ优化): ```c // 通过MicroBlaze软核控制 void sata_benchmark() { enable_ncq(); // 启用原生命令队列 start_dma_write(0x1000, 4096); // 4KB数据写入 while(!dma_complete()){ monitor_fifo_depth(); // 实时监控FIFO状态 } } ``` ### 四、调试与验证 1. **ILA集成** 添加在线逻辑分析仪捕获协议层信号: ```tcl create_ila -name sata_debug \ -probe_spec { \ /sata_top/rx_data[31:0] \ /sata_top/tx_ready \ /state_machine[3:0] \ } \ -sample_depth 1024 ``` 2. **协议一致性测试** 使用SATA SIG提供的CTS测试套件,重点验证: - 电源管理状态转换 - 错误恢复机制 - 热插拔检测时序 ### 五、典型问题处理 1. **信号完整性优化** 在PCB布局时应遵循: - 差分对长度偏差<5mil - 阻抗控制100Ω±10% - 参考层连续避免跨分割 2. **时序收敛** 需设置多周期路径约束: ```tcl set_multicycle_path -setup 2 -to [get_clocks sata_clk] set_false_path -from [get_clocks sys_clk] -to [get_clocks sata_clk] ```
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