嵌入式SATA存储系统的研究
基于PowerPC的SATA固态硬盘存储阵列设计
基于PowerPC的SATA固态硬盘存储阵列设计孟琪;张杰;范晓星【摘要】设计了基于SATA接口的固态阵列存储系统.系统选用FPGA作为硬件平台,内嵌PPC440处理器作为处理单元,以SATA接口的固态硬盘阵列作为存储介质,并采用RAID0技术.该存储阵列系统具有海量、高带宽等特点.系统同时具有实时存储、传输和管理等功能,并可脱机运行.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2015(028)004【总页数】5页(P111-115)【关键词】FPGA;PPC440处理器;SATA接口;固态硬盘;RAID0【作者】孟琪;张杰;范晓星【作者单位】西安电子科技大学电子信息攻防对抗与仿真技术教育部重点实验室,陕西西安710071;西安电子科技大学电子信息攻防对抗与仿真技术教育部重点实验室,陕西西安710071;西安电子科技大学电子信息攻防对抗与仿真技术教育部重点实验室,陕西西安710071【正文语种】中文【中图分类】TN79在科研和生产中,往往需要记录实时性强的信息便于后续的分析处理。
随着科学技术的发展,高速、海量、能脱机的数据存储设备已成为工业和科研不可或缺的关键设备。
而目前市场上常见的硬盘、Flash等存储介质均不具有海量且高速的特点,无法满足需求。
因此研究一种同时具有高速传输、海量存储、能脱机运行等特点的数据存储设备具有重要意义。
磁盘阵列(RAID)基本思想是将多个相对便宜的硬盘组合,成为一个硬盘阵列组,使性能达到甚至超过一个价格昂贵、容量巨大的硬盘性能。
RAID由多个硬盘组成,通过在多个硬盘上同时存储数据来大幅度提高存储系统的数据吞吐量。
固态硬盘(SSD)是一种基于闪存的存储技术。
与普通磁盘相比,固态硬盘由半单体存储器构成,没有移动的部件,因而随机访问的时间比旋转磁盘要快,能耗更低,同时也更结实。
不过,SSD也有一些缺点。
首先,因为反复写之后,闪存块会磨损,所以SSD也容易磨损。
其次,SSD的价格较高。
基于SATA的嵌入式直接存储系统
关健诃 ：Ｓ Ｔ Ａ Ａ协议 ；多通道 ；直接存储 ；嵌入式系统 ；存储带 宽 ； 现场可编程 门阵列
Ｅｍ ｂ ｄ ｅ ｒ ｃ ｔ ｒ ｇ ｙ ｔ ｍ ｓ ｄ ｏ ＡＴＡ ｅ ｄ ｄ Ｄｉｅ ｔＳ ｏ ａ ｅＳ ｓｅ Ｂａ ｅ ｎ Ｓ
Ｗ Ａ ＮＧ Ｃｈａｏ， Ｕ ｅ 。 ＬＩ Ｗ ｉ ＺＨ Ａ ＮＧ － ｏｎｇ Ｄｅ ｔ
Hale Waihona Puke （ｃ ｏ ｌ ｆｎｏｍａｉｎａ ｄＥｅｔ ｎｃ， ｅ ｉｇＩｓｔｔ ｆ ｅｈ ｏｏ ｙ Ｂ ｉｎ ０ ０ １Ｃ ｍａ Ｓ ｈ ｏ ｏ Ｉｆｒ ｔ ｎ ｌ ｒ ｉｓＢ ｉｎ ｔｕｅ Ｔ ｃｎ ｌｇ ， ｅ ｉｇ１０ ８ ， ｈ ） ｏ ｃｏ ｊ ｎｉ ｏ ｊ
［ ｂｔａｔ ｅｅｒ ｉ ｅａ ｐ ｃｔ ｎｏ ｅｄ ｄｈ 一 ｅｄ ｓ ｒｇ ｙｔ ， ｈ ｈ ｒ ｇ ｎ ｍ ｔ ｉ ｆｔ ｄ ｉ ａ ｄ ｔ ｓ ｒ ｅａｅ Ａｓ ｃ ｒ ］Ｒ ｓ ｃ ｎ ｔ ｐ ｌ ａ ｏ ｆ ｍｂｄ ｅ ｉ ｓ ｅ ｔ ａ ｅｓｓ ｍ ｔ ｓ ｔ ｅａ ｄ ｌ ｉ ｔ ｎ ｏ ａｉｏ ｌ ａ ｔ ａ ｒ ａｈｇｈ ｉ ｉ ｅ 曲 ｐ ｏ ｅ ｅ ｏａ ｉ ａｏ ｒ ｔｎ ａ ｏ ｇ
ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｎ ｔ ｏ ｆｈ ｇ — ｐ ｅ ｍ ｂ ｄ ｅ ａａ ｓｏ ａ ｅ ｓ ｓｅ ｂ ｓ ｄ ｏ Ｔ ｉ ｕ ｏ ｗａ ｄ ｈｅ ｍｅ ｏ ｕ ｌ ｓ Ｓ Ａ ｔ ｒ ｇ ｈ ｎ ｅ ｉｃ ｓ ｅ ，ａ ｄ ａ ｍｅ ｄ ｏ ｉ ｈ ｓ ｅ ｄ ｅ ｅ ｄ ｄ ｄ ｔ ｔ ｒ ｇ ｙ ｔ ｍ ａ ｅ ｎ ＳＡ Ａ ｓ ｐ ｔｆ ｒ ｒ ．Ｔ ｔ ｄ ｂ ｉ ＡＴ ｓ ｏ ａ ｅ ｃ ａ ｎ ｌ ｈ ｈ ｄ
ｗｈｃ ｅｓＳ Ｔ ａｄ ｒ ｉｌ ｒ ｇａ ｉ ｍｅｔ Ａ Ａｓ ｎ ａｄｉ ＦｅｄＰｏ ｒｍｍａｌ ｔ ｒｙＦ Ｇ ，ｔｍｐｅ ｍｓＳ Ｔ ｐ ｙｉ ｌａｅ ｎ ｎ ｙ ｒ ｏ ｌｅ ａｄｃ ｍｂ ｓ ｈ ｔ ｎ ｂｅ ｅ ａ （Ｐ Ａ）ｉｉ ｌ Ｇａ Ａｒ ｍｅ Ａ Ａ ｈ ｓ ａ ｙｒ ｄｌ ｋｌ ｅ ｍｐｅ ｎ ｏ ｍｅ ｃ ｌ ａ ｉ ａ ｃ ｔ
SATA
在过去15年中的绝大部分时间，最为流行的桌面工作站硬盘标准就是ATA标准。
直到IBM发布第一个PS/2之前，你打开过计算机机箱查看都会面对的是基于ATA的设备。
ATA 标准一直以历史悠久且非常可靠著称，什么是SATA？迈拓是ATA标准的专利所有者。
Maxtor不断推动这一硬盘标准的进步，成果包括从峰值传输速率分别可达100mbps和133 mbps 的ATA以及Ultra ATA。
ATA这一术语可以同IDE互换，ATA标准有时也被称为并行ATA（Parallel ATA，PATA），因为PATA按照并行的方式来传输数据。
然而，由于PATA的峰值传输速率有限，随着硬盘驱动器厂商推出的产品数据传输速率提高、磁盘转速更快，PATA技术很快成为了数据传输过程中的瓶颈。
SATA，因一开始出现时速度就可以达到150 mbps的峰值传输速率，立刻让PATA黯然失色。
SATA的进步不仅仅在传输性能上，还包括了可扩展性、更为简单的安装过程，以及更好的散热性能。
SATA 主要瞄准高端PC市场以及低端服务器市场（或者换句话说，不负责非紧急事务的服务器?D?D尽管这样的市场状况会很快有所改变）。
串行ATA工作组（Serial ATA Working Group）是业界负责设计、开发和发布SATA接口标准的组织。
工作组又分成两个部分。
在2000年，首先设立了开发针对桌面应用SATA 标准的第一部分。
在2002年2月分，为了满足服务器器和网络存储市场的需求又成立了工作组第二部分。
为了全面的了解SATA为存储技术所带来的进步，我们需要简单回顾一下并行ATA的发展及其弱点。
当PATA问世的时候，它仅仅能够达到3.3 mbps的传输速率，若干年后逐渐增长到了100 mbps。
在这段时间里，PATA还获得了以下方面的改进：∙开发了ATAPI以支持其他存储设备，例如磁带驱动器，以及CD-ROM；∙向后兼容早期版本的ATA设备；∙为确保数据完整性进行循环冗余校验；∙为更为快速的访问驱动器提供EIDE扩展；∙多种传输模式，包括DMA和UDMA。
sata原理
sata原理
SATA（Serial ATA）是一种计算机总线接口技术，用于连接
存储设备和主机（例如硬盘驱动器与主板）之间的数据传输。
与早期的PATA（Parallel ATA）接口相比，SATA接口采用
了串行传输的方式，提供更高的数据传输速度和更好的信号稳定性。
SATA接口的工作原理是通过将数据位逐位地顺序传输来实现
数据的传输。
每个位都通过一个简单的电气信号来表示，这些信号传输到目标设备。
传输速率通常以每秒传输的位数表示，例如SATA 3.0接口可以达到6 Gbit/s的传输速度。
SATA接口的传输过程包括两个关键的阶段：命令传输和数据
传输。
命令传输阶段用于传输指令（如读取、写入等）到存储设备，而数据传输阶段则用于实际的数据传输。
在命令传输阶段，主机将指令发送到SATA控制器，然后SATA控制器将指令转发到目标设备。
目标设备接收到指令后，将执行相应的操作。
在数据传输阶段，主机将数据分成一系列数据段，并通过SATA接口逐个传输到目标设备。
数据被分成多个数据段的原
因是提高传输的防错能力，以确保数据的完整性。
为了提供更高的数据传输速度，SATA接口还引入了多通道技术。
多通道技术允许同时传输多个数据段，从而提高整体的数据传输速度。
此外，SATA接口还支持热插拔功能，允许用户在不关闭计算机的情况下插入或移除存储设备。
这为用户带来了便利，并降低了系统维护的成本。
总而言之，SATA接口通过串行传输方式实现高速稳定的数据传输，具有高防错能力和热插拔功能，为计算机存储设备的连接提供了可靠的解决方案。
基于SATA接口的固态硬盘设计
１０ ０次 每 秒 ， 机 写 Ｉ０ 速 度 为 ５ ０～６ ０次 每 ５０ 随 ／ ８ ５
秒， 因此固态硬盘有着极其优越的性能。
２ 固态硬盘组建分析
固态硬盘又称 电子硬盘， 它由控制单元和固态 存储单 元 组成 ， 其接 口功 能 、 式 和使 用方 法与磁介 形 质硬 盘相 同 。与传 统 的机 械硬 盘 不 同的是 ， 不需 它
要精 密磁 头 和盘 片实现 ， 有诸 如寻道 、 没 定位等 复杂
速访 问 、 辑 、 储 卫 星 图像 ， 据存 储 规模 庞大 ， 编 存 数 要
求其存储系统必须具有较高 的系统稳定性和数据访
问 ＩＯ性 能 。在 实时 卫 星 图像 系统 中 ， 储 系 统 的 ／ 存 Ｉ０传 输成 为 占时 间 比重 最 多 的事 件 之 一 ， Ｏ 速 ／ Ｉ ／
１ 引 言
实时卫星图像系统要求大量采集高分辨率的卫 星图像 ， 以绘制地图图片、 分析地质特性和应付突发 地质灾害。图像文件数据量较大 ， 幅图像可达数 每 Ｇ Ｂ甚 至更 高 ， 对可 能发 生地 震 、 水灾 、 石 流等地 质 泥
灾 害 的重 点关 注地 区还 要 实 时 采 集 ， 需 要 随 时快 并
率 和 ＩＯ访 问延迟 将 会成 为研 究 的技 术 瓶 颈 之 一 。 ／
的机械操 作 ， 仅通 过 信 号 的控 制 来 实 现对 数 字存 储 器 的操作 ， 因而其 效 能 远 高 于 机 械硬 盘 。 固态硬 盘 按 存储介 质 不 同可 以分为两 类 。
２ １ 基 于 Ｄ 盘 主要 由 ｆ ｓ ｍｏｙ闪存 单元和 各控 制单 元 组成 ， ｌ ｈｍｅ ｒ ａ 由于 没有机 械 硬 盘 的旋 转
介 质 等机械 结构 ， 需 要大 量 的寻道 时间 ， 不 因而在 小体 积 ， 快存 取 ， 震 摔 ， 可 靠性 和 轻质 量等 方 抗 高 面有 着极其 优越 的性 能。本 设计 通 过分析 固态硬 盘 的组 织结构 以及 各模 块 的设 计 思路 ， 出一种 提
ffu基本构造
ffu基本构造FFU基本构造FFU（Flash File Unit）是一种嵌入式存储器设备，具有固态硬盘（SSD）的特性，用于数据存储和传输。
在本篇文章中，我们将介绍FFU的基本构造及其工作原理。
一、FFU的基本构造1. 控制器（Controller）：控制器是FFU的核心组件，负责管理存储器芯片的读写操作。
它包含主控芯片、接口电路和缓存等部分。
主控芯片是控制器的核心，通过与主机系统进行通信，接收主机系统的指令并将其转化为对存储器芯片的读写操作。
2. 存储芯片（Flash Chip）：存储芯片是FFU的存储介质，通常由多个闪存芯片组成。
闪存芯片采用非易失性存储技术，能够在断电情况下保持数据的完整性。
存储芯片根据不同的存储单元结构可以分为SLC、MLC和TLC等类型，其特点包括容量、读写速度和耐用性等。
3. 接口（Interface）：接口是FFU与主机系统之间的连接通道，用于传输数据和控制信号。
常见的接口类型包括SATA、PCIe和USB等。
不同的接口类型有不同的传输速度和兼容性，用户可以根据实际需求选择适合的接口类型。
二、FFU的工作原理1. 读操作：当主机系统需要读取FFU中的数据时，首先通过接口将读取指令发送给控制器。
控制器根据指令的地址信息和读取长度，通过读取存储芯片中相应的存储单元，将数据传输给主机系统。
2. 写操作：当主机系统需要向FFU中写入数据时，同样先将写指令发送给控制器。
控制器根据指令的地址信息和写入数据，将数据写入存储芯片中相应的存储单元。
在写入过程中，为了提高写入速度和数据的可靠性，控制器会采用一些技术手段，如写入缓存和错误校验等。
3. 均衡与垃圾回收：由于闪存芯片的特性，写入和擦除操作会导致存储单元的寿命消耗和性能下降。
为了延长FFU的使用寿命和保持良好的性能，控制器会定期进行均衡和垃圾回收操作。
均衡操作主要是将写入数据分散到不同的块中，以减少某些块的写入次数；垃圾回收操作主要是将已经无效的数据擦除，释放出可用的存储空间。
XILINX FPGA嵌入式串行 ATA 存储系统
© 2006 Xilinx, Inc. All rights reserved. All Xilinx trademarks, registered trademarks, patents, and further disclaimers are as listed at /legal.htm . PowerPC is a trademark of IBM Inc. All other trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. All specifications are subject to change without notice.NOTICE OF DISCLAIMER: Xilinx is providing this design, code, or information "as is." By providing the design, code, or information as one possible implementation of this feature,application, or standard, Xilinx makes no representation that this implementation is free from any claims of infringement. You are responsible for obtaining any rights you may require for your implementation. Xilinx expressly disclaims any warranty whatsoever with respect to the adequacy of the implementation, including but not limited to any warranties or representations that this implementation is free from claims of infringement and any implied warranties of merchantability or fitness for a particular purpose.提要本应用指南描述了在 Virtex ™-4 平台上对嵌入式串行高级技术附件 (Serial AdvancedTechnology Attachment, (SATA)) 存储系统的设计和实现。
Microsemi发布完整SATA存储系统系
Microsemi 发布完整SATA 存储系统系
致力于提供帮助功率管理、安全、可靠与高性能半导体技术产品的领先供应商美高森美公司(Microsemi CorporaTIon，纽约纳斯达克交易所代号：MSCC)发布用于安全嵌入式防御应用之完整SATA 存储系统系列的首款产
品。
MSM37 和MSM75 紧凑型解决方案均采用单一32mm x 28mm 522 塑料球栅阵列(PBGA)封装，并提供最高75GB NAND 闪存固态存储。
这两款器件综合了以上特性，适用于需要小于2.5 英寸的存储器件的应用场合。
两款器件拥有包括AES-128 加密，自毁功能和一按触发全模块擦除选项
等先进安全特性，这些特性对于如防御和太空应用、坚固的移动系统、监
视、航空电子、导航和高耐用性便携存储解决方案等关键性任务来说是必不
可少的。
美高森美公司营销总监Jack Bogdanski 表示：我们具备实现微电子系统小型化的能力，业界证实这是注重尺寸、重量和功耗(SWaP)解决方案的防御应用的一项关键优势。
以紧凑型模块提供完整的固态存储系统，可让设计人员
为其系统增添更多的特性，同时支持对于防御和太空客户日益重要的关键安
全特性。
sata协议书
sata协议书SATA (Serial ATA) 协议是一种用于计算机存储设备（如硬盘驱动器、光盘驱动器等）和主板之间的接口标准。
它的发展源于曾经流行的PATA (Parallel ATA) 接口，因为在硬盘驱动器的性能和带宽方面有一些限制，所以SATA接口的出现使得数据传输更快更稳定。
接下来，我将详细介绍SATA协议，包括其发展历史、技术特点和应用领域等内容。
首先，我们来看看SATA协议的发展历史。
SATA接口最早在2000年被成立的SATA-IO（Serial ATA International Organization）标准化组织提出，并在2003年发布了第一个版本的SATA协议。
随着时间的推移，SATA协议也经历了多次更新和升级，其中最重要的是SATA 2.0和SATA 3.0两个版本。
SATA 2.0在2004年发布，增加了传输速率支持到3Gb/s，同时还提供了更大的数据缓冲区和更强大的电源管理功能。
而SATA 3.0则于2008年发布，将传输速率进一步增加到6Gb/s，并引入了新的功能如Native Command Queuing (NCQ)、eSATA外部接口等。
接下来，让我们了解一下SATA协议的技术特点。
首先，SATA采用了串行传输方式，与PATA的并行传输方式相比，可以极大地减少传输时钟同步问题和信号干扰等。
其次，SATA接口采用了差分信号传输，可以有效减少信号失真和干扰，提高数据传输的可靠性。
另外，SATA还引入了热插拔功能，用户可以在计算机运行时随时连接或断开SATA设备，而无需重启系统。
此外，SATA接口还提供了更小的连接器尺寸和更好的电源管理功能，使得硬盘驱动器更加紧凑和省电。
最后，我们来看看SATA协议在哪些领域得到了广泛的应用。
目前，SATA接口几乎成为了所有台式机和大部分笔记本电脑的标配接口，几乎所有的硬盘驱动器都采用了SATA接口。
此外，SATA接口还广泛应用于服务器、网络存储系统、嵌入式系统等领域。
标准sata ahci控制器
标准sata ahci控制器标准SATA AHCI控制器。
SATA AHCI控制器是一种高级主机控制器接口，它是一种用于SATA驱动器的接口标准，它提供了一种高速、热插拔和热交换的接口，同时还支持NCQ （Native Command Queuing）和AHCI（Advanced Host Controller Interface）功能。
在本文中，我们将深入探讨标准SATA AHCI控制器的特点、原理和应用。
首先，让我们来了解一下AHCI的特点。
AHCI是一种用于SATA控制器的接口标准，它提供了一种高速、热插拔和热交换的接口。
它还支持NCQ和AHCI功能，这使得SATA设备在传输数据时更加高效和稳定。
AHCI还支持磁盘阵列、硬盘自检和硬盘热插拔等功能，这些功能使得SATA设备在数据传输和存储方面更加灵活和可靠。
其次，让我们来了解一下SATA AHCI控制器的原理。
SATA AHCI控制器是一种集成电路，它包括了SATA接口、AHCI控制器和缓存控制器等部分。
当计算机与SATA设备进行数据传输时，SATA AHCI控制器会负责控制数据的传输和存储，并且通过AHCI接口与主机进行通信。
AHCI控制器会根据NCQ和AHCI功能对数据进行优化和管理，以提高数据传输的效率和稳定性。
缓存控制器则负责管理数据的缓存和存储，以提高数据的读写速度和可靠性。
最后，让我们来了解一下SATA AHCI控制器的应用。
SATA AHCI控制器广泛应用于PC、服务器、嵌入式系统和存储设备等领域。
在PC领域，SATA AHCI 控制器可以提供高速的硬盘接口，使得计算机在数据传输和存储方面更加高效和可靠。
在服务器领域，SATA AHCI控制器可以提供高速的数据传输和存储接口，满足服务器对数据传输和存储的高要求。
在嵌入式系统和存储设备领域，SATA AHCI控制器可以提供高速的数据传输和存储接口，满足嵌入式系统和存储设备对数据传输和存储的高要求。
(完整)嵌入式期末考试题
嵌入式1．下面说法正确是(B ）A. 嵌入式系统不是一个计算机系统。
B. MP3播放器是软实时的.C. 嵌入式系统的资源受限就是嵌入式系统的体积太小.D。
嵌入式系统的开发调试通常比通用计算机轻松容易。
2．目前嵌入式系统领域中使用最广泛、市场占有率最高的实时系统是（C ）A．Symbian B．Windows CE C．VxWorks D．QNX3．Make预置了一些内部宏，其中＄@表示（ B）A．没有扩展名的当前目标文件B．当前目标文件C．当前目标文件最近更新的文件名D．当前扩展文件最近更新的文件名4．下面可以用来查看文件系统中剩余空间大小的命令( C ）A．ls B．dd C．df D．fdisk5．每个设备文件都对应有两个设备号，而标识该设备的种类，也标识了该设备所使用的驱动程序的类别号是指（ A ）A．主设备号 B．次设备号C．块设备号 D．字符设备号6．Windows中管理屏幕以及输入设备的是（ B)A．客户端B．服务器C．X协议 D．网络7．通常所说的 32 位微处理器是指( C )A．地址总线的宽度为 32 位B．处理的数据长度只能为 32 位C．CPU 字长为 32 位D．通用寄存器数目为 32 个8．将高速缓存分为指令缓存（I Cache）和数据缓存（D Cache）的体系结构是（B）A．冯•诺依曼结构B．哈佛结构C．RISC D．CISC9．下面对北桥理解正确的是(C ）A．北桥又称标准总线桥路B．北桥连接CPU与存储器C．北桥连接前端总线与较为低速的PCI总线D．北桥连接CPU与USB、串口等低速设备10．指令和数据共享同一总线的体系结构是（A ）A．冯•诺依曼结构B．哈佛结构C．RISC D．CISC11．Intel为上网本、上网机推荐配备了通常采用Atom处理器的系列名称和芯片组名称是（A ） A．N，i945 B．N，SCHC．Z，i945 D．Z，SCH12．嵌入式系统硬件的组成部分是(C )A．微处理器、存储设备、输入输出外设、电源B．存储设备、输入输出外设、电源、人机交互设备C．微处理器、存储设备、输入输出外设、电源、人机交互设备D．微处理器、存储设备、输入输出外设、电源、人机交互设备、BSP13．SCH芯片组是（C）A．北桥芯片B．南桥芯片C．整合了南北桥功能的芯片D．图形处理器14．在嵌入式处理器与外部设备接口中，使用2根线实现多对多双向收发的是（B）A．UART B．I2CC．SPI D．USB15．64位x86架构属于（C )A．IA-32 B．IA-64C．Intel 64 D．EM64T///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// //////////////////////////////////1．属于RISC类型的处理器有（B ）A。
嵌入式存储芯片、性能、协议及发展分析
嵌入式存储芯片、性能、协议及发展分析摘要：在计算机技术的推动下，嵌入式计算机的作用是益突出，应用也越来越广。
嵌入式存储芯片作为核心重要部件也被更多的设计工程师采用，嵌入式存储芯片由于具有“小体积、大容量、高速度、低功耗”的特点,增强的数据可靠性，容易设计和量产，在各类嵌入式计算机和智能设备中得到了广泛应用和快速发展。
本文对嵌入式存储芯片的性能、协议及发展进行了分析。
本文探讨了嵌入式存储芯片在未来的发展趋势，包括在新兴领域的应用、高速和大容量存储技术的发展以及对安全性的要求提升等方面的变化。
此外，本文还介绍了目前主流的嵌入式存储芯片协议，包括PATA、SATA、NVME、eMMC和UFS等，并对其特点进行了详细解析。
最后，本文总结了嵌入式存储芯片的国内发展前景与挑战，预测了其未来的国产化发展趋势，为相关领域的研究和应用提供了参考。
关键词：嵌入式存储芯片；性能；协议；发展；自主可控；国产化嵌入式计算机的广泛应用，使得嵌入式存储芯片逐渐成为各类智能设备中不可或缺的一部分。
相较于传统存储设备，嵌入式存储芯片具有小巧、高效、低功耗等优点，因此在智能手机、平板电脑、智能手表、智能家居等设备中得到了广泛应用。
随着科技的不断发展和智能设备的不断升级，人们对嵌入式存储芯片的性能和体验要求也越来越高。
本文将对嵌入式存储芯片的性能、协议及发展进行分析，探讨其在未来的发展趋势。
1嵌入式存储芯片的协议1.1 PCIe NVME 协议(2.03.04.05.06.0… )嵌入式存储芯片通常使用各种协议进行数据传输和通信。
其中，PCIe NVMe （Peripheral Component Interconnect Express Non-Volatile Memory Express）协议是一种广泛应用于嵌入式存储芯片的高性能存储接口协议。
该协议的不同版本（如2.0、3.0、4.0、5.0、6.0等）提供了不同的性能和功能特性。
基于FPGA的SATA控制器20150420
本人在XILINX公司FPGA(Virtex的FX系列XC5VFX70T/XC5VFX100T/XC5VFX200T，Spartan6的LX系列XC6SLX45T, Virtex6的LX系列XC6SLX75T,XC6VLX130T,XC6VLX240T)中开发了一个SATAII host控制器，SATA协议的应用层由嵌入式处理器PPC440来实现，主要完成硬盘的参数配置和读写操作命令。
SATA协议的传输层和链路层是通过硬件描述语言设计在FPGA中生产相应的电路来实现，这两层主要是完成帧的封装，帧的发送、暂停、结束控制，帧的解析和校验。
SATA协议的物理层由千兆位级收发器GTX、OOB控制模块和接口传输率选择模块共同实现。
千兆位级收发器GTX的主要功能包括8B/10B编码/解码，串并/并串转换，逗点检测，时钟修正，预侧重和线性均衡等。
OOB控制模块完成硬盘的上电过程或硬件复位过程，并同SATA控制器建立通信链接。
用户接口由两部分组成：PLB接口和NPI接口(相当于FIFO接口)。
PLB接口实现嵌入式处理器POWERPC和SATA控制器之间控制信息和状态信息的交换，具体的是通过在SATA控制器中的32个32比特的寄存器实现的。
PLB接口用于小量数据的传输。
FIFO接口用于实现内存和SATA控制器之间数据的交换。
NPI接口（NPI接口是与多端口存储器控制器模块连接的接口）来实现片外存储芯片DDR2和SATA控制器之间数据的交换，主要用于大量数据的传输。
基于SATA控制器的典型应用如图1所示，基于FPGA的SATA控制器可以在一片FPGA中实现典型的存储系统，相机数据或AD采样数据等先经过DDR2缓存然后由SATA控制器直接写入固态硬盘中。
SATA控制器采用分层和模块化的设计方法，在FPGA中应用SATA控制器读写硬盘一般情况下需要3个模块：NPI控制器，SATA控制器和MGT_wrapper。
NPI控制器(Npi_ctrl)实现NPI接口的读写控制（NPI接口是xilinx提供的多端口存储器控制器IP的一种接口，端口存储器控制器即Multi-Port Memory Controller，简称MPMC），NPI控制器是SATA 控制器和内存之间的桥梁，该模块负责将内存的数据传给SATA控制器或者将SATA控制器的数据写入内存。
基于FPGA的SATA控制器
本人在FPGA中开发了一个SATA控制器， SATA协议的应用层由嵌入式处理器PPC440来实现，主要完成硬盘的参数配置和读写操作命令。
SATA协议的传输层和链路层是通过硬件描述语言设计在FPGA中生产相应的电路来实现，这两层主要是完成帧的封装，帧的发送、暂停、结束控制，帧的解析和校验。
SATA协议的物理层由千兆位级收发器GTX、OOB控制模块和接口传输率选择模块共同实现。
千兆位级收发器GTX的主要功能包括8B/10B编码/解码，串并/并串转换，逗点检测，时钟修正，预侧重和线性均衡等。
OOB控制模块和接口传输率选择模块能够自动识别硬盘的接口传输率，完成硬盘的上电过程或硬件复位过程，并同SATA控制器建立通信链接。
PLB接口实现嵌入式处理器PPC440和SATA控制器之间控制信息和状态信息的交换，NPI接口来实现片外存储芯片DDR2和SATA控制器之间数据的交换。
该控制器既可以作为主设备控制器又可以作为从设备控制器，既支持SATA I (接口传输率是1.5Gbps)又支持第二代SATA II(接口传输率是3.0Gbps)，而且可以自动识别连接的设备是符合第一代SATA接口标准还是第二代SATA接口标准，并选择相应的接口传输率与其建立通信链接。
图1和图2分别是该控制器连接不同型号SATA硬盘的持续顺序读写性能图，硬盘的接口传输率都是3.0Gbps。
从图上的实验数据可以看到，普通的台式机硬盘的持续读写达到了110-85MB/S。
需要说明的是不要理解为该控制器的持续数据传输率最高不能够超过120MB/s，因为图3实验中实验数据的测得受到SATA 硬盘持续读写速率的限制，而非来自控制器本身。
从图1和图2的数据上来看，该控制器在对单个SATA硬盘的持续顺序读控制上，分别达到了硬盘持续读速率极限值的65.1%，97.2%，81.7%；对单个SATA硬盘的持续顺序写控制上，分别达到了硬盘持续写速率极限值的64.7%，72.1%，81.1%。
PCIe和NVMe实现存储现代化
PCIe和NVMe实现存储现代化1. 引言1.1 PCIe和NVMe实现存储现代化PCIe和NVMe是当前存储技术领域中的两大关键技术，它们的结合为存储现代化提供了强大的支持。
PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）是一种计算机总线标准，用于连接外部设备，如图形卡、网络卡和存储设备等，其高带宽和低延迟的特点使其成为现代存储系统中不可或缺的一部分。
NVMe（Non-Volatile Memory Express）是一种针对固态硬盘（SSD）的高性能、低延迟和并行性的通讯接口协议，相较于传统的SATA接口具有更高的性能和效率。
PCIe技术介绍：PCIe技术通过其高速的数据传输能力和可扩展性，为存储系统提供了更快速和可靠的数据传输路径，使存储设备能够更高效地与主机进行通信。
NVMe技术介绍：NVMe技术将固态硬盘的潜力完全释放出来，通过最大化固态硬盘的性能和功能，提升了存储系统的速度和效率。
PCIe与NVMe的结合：PCIe和NVMe的结合将高速数据通信和高性能存储设备有机结合起来，有效地提高了存储系统的整体性能和效率。
PCIe和NVMe在存储现代化中的应用：PCIe和NVMe技术的应用使得存储系统能够更好地应对大数据、人工智能和云计算等新兴应用场景，满足不断增长的存储需求。
PCIe和NVMe的优势：PCIe和NVMe技术的高速性能、低延迟、高可靠性和较低的功耗优势，为存储现代化带来了更快速、更稳定和更经济的解决方案。
PCIe和NVMe共同推动着存储技术的发展，未来它们将继续引领存储现代化的趋势，为用户提供更强大、更高效的存储解决方案。
2. 正文2.1 PCIe技术介绍PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）是一种高速串行接口协议，用于连接计算机主板和外部设备，具有高带宽和低延迟的特点。
PCIe接口最早于2003年推出，经过多次更新和发展，目前已经普遍应用于各种设备和系统中。
msata结构标准 -回复
msata结构标准-回复MSATA（Mini-SATA）是一种用于存储设备的接口标准。
它旨在提供高速数据传输和小尺寸插槽，适用于紧凑型计算机，如超极本和嵌入式系统。
本文将一步一步回答关于MSATA结构标准的问题，以帮助读者更好地了解这一技术。
第一步：什么是MSATA结构标准？MSATA结构标准是一种用于存储设备的接口规范，其定义了连接主板和存储设备之间的连接方式和通信协议。
它基于SATA（Serial ATA）技术，并在原有的SATA接口标准上进行了一些改进和优化，以适应小尺寸存储设备的需求。
第二步：MSATA接口的特点是什么？MSATA接口具有以下几个显著特点：1. 小尺寸：MSATA插槽的尺寸较小，适合安装在紧凑型计算机中。
2. 高速传输：MSATA接口支持高速的数据传输，具体速度取决于采用的SATA版本，最高可达到6Gbps。
3. 低功耗：MSATA接口采用低功耗的设计，节能效果显著。
4. 热插拔支持：MSATA接口支持热插拔功能，用户可以在不关闭计算机的情况下插拔存储设备。
第三步：MSATA结构标准与其他存储接口有何不同？MSATA结构标准与其他常见的存储接口（如SATA、NVMe）相比具有以下几个不同之处：1. 尺寸：MSATA接口的尺寸较小，适合用于超极本等小型计算机，而SATA和NVMe接口则更适用于台式机和笔记本电脑。
2. 性能：虽然MSATA接口支持高速传输，但其速度相对于NVMe接口来说较低。
NVMe接口采用了更先进的协议和控制器设计，能够实现更高的传输速度。
3. 兼容性：MSATA接口与SATA接口兼容，可以插入SATA插槽中使用。
然而，MSATA和NVMe接口之间无兼容性，需要主板和存储设备同时支持NVMe接口才能使用。
第四步：如何安装和使用MSATA设备？要安装和使用MSATA设备，需要按照以下步骤进行操作：1. 确保计算机主板支持MSATA接口，并具备对应的插槽。
2. 将MSATA设备插入MSATA插槽中，确保插头正确对齐并轻轻插入。
SATA硬盘控制器的FPGA实现
SATA硬盘控制器的FPGA实现
贾效玲;张刚;张博
【期刊名称】《火力与指挥控制》
【年(卷),期】2016(041)009
【摘要】设计一款高性能的SATA硬盘控制器IP核。
基于Xilinx公司的Virtex-5系列FPGA，参考SATA2.5协议，运用VHDL硬件描述语言，采用模块化的设计理念，完成IP核的设计。
搭建了验证平台，对IP核的性能进行了测试，经测试该控制器IP核能正确地完成读、写、设备复位、设备识别等操作，且稳定性良好。
同时编写了PetaLinux操作系统下的驱动程序，便于嵌入式系统的应用。
【总页数】4页(P182-184,188)
【作者】贾效玲;张刚;张博
【作者单位】太原理工大学信息工程学院，太原 030024;太原理工大学信息工程学院，太原 030024;太原理工大学信息工程学院，太原 030024
【正文语种】中文
【中图分类】TP333.2
【相关文献】
1.硬盘控制器的FPGA实现 [J], 王星睿;林涛
2.基于FPGA的SATA硬盘加解密控制器设计 [J], 刘文国;李广军;林水生
3.基于FPGA的SATAⅢ控制器的实现 [J], 牛戴楠;李江涛;周仟
4.SATA控制器的FPGA实现 [J], 张芬平;王建生
5.Pacific Digital的Talon控制器和西部数据的Raptor（TM）10，000 RPM SATA硬盘共同创造SATA队列的性能速度纪录 [J],
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
浅析慧荣科技嵌入式存储及图形解决方案
浅析慧荣科技嵌入式存储及图形解决方案
在设计和推广固态存储设备专用NAND闪存控制器方面处于全球领导地位的慧荣科技公司（Silicon MoTIon Technology CorporaTIon，纳斯达克交易代码：SIMO）于2月23至25日在德国纽伦堡举行的2016嵌入式世界展会，在1号厅160号展台向业界展示其针对汽车、工业和物联网应用的各种嵌入式存储及图形解决方案。
慧荣科技展台将展出如下产品：
Ferri-eMMC解决方案
Ferri-eMMC解决方案是一款集成了NAND闪存、嵌入式微控制器和固件的高成本效益、小尺寸产品，符合JEDEC/eMMC v4.5与v5.0接口和协议规范。
经过优化设计的Ferri-eMMC适用于广泛的应用并且符合AEC-Q100汽车标准要求。
该解决方案基于慧荣科技成熟的eMMC控制器和固件技术而设计，具有先进的NAND管理、纠错、坏块管理和健康监测功能。
所有这些特性结合在一起，为Ferri-eMMC带来了业内前所未有的强大的数据完整性维护和数据保护功能。
在当今的尖端汽车和工业嵌入式应用市场，Ferri-eMMC 可谓是最先进的存储解决方案。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
的８ｂ，１０ｂ编码、逗号校准、信道绑定以及时钟校正模块。
以Ｖｉｒｔｅｘ一５ＬＸＴ系列的ＸＣ５ＶＬｘ３０Ｔ为例，它具有四个独立的ＧＴＰ模块，每个模块又分别包含了若干ＧＴＰ驱动电压与参考电压引脚，一对低压差分串行时钟引脚，以及两对ＲｏｃｋｅｔｌＯＴＭ低压差分串行引脚。
３．３．２ＳＡＴＡ接口信号定义
ＳＡＴＡ接口数据线由７根信号线组成。
在主机端，ｌ至７号线依次为ＧＮＤ、Ｔｘ＋、Ｔｘ一、ＧＮＤ、Ｒｘ＋、Ｒｘ一和ＧＮＤ。
其中，Ｔｘ＋和Ｔｘ一组成低压差分发送信号对，分别与ＸＣ５ＶＬＸ３０Ｔ的ＭＧｌｌ［ｘＰ和ＭＧＴ．ＴＸＮ引脚相连；Ｒｘ＋和Ｒｘ一组成低压差分接收信号
对，分别与ＸＣ５ＶＬｘ３０Ｔ的ＭＧＴＲＸＰ和ＭＧＴＲｘＮ引
脚相连。
３．３．３ＳＡ．ｒＡ时钟电路及ＰＣＢ仿真［ｓ－ｓｌ
由于ＳＡＴＡ的时钟频率和串行数据传输速率都很高，因此对信号的抗干扰能力的要求很高。
为提高系统可靠性。
需要对布线后的ＰＣＢ板上ＳＡＴＡ时钟信号和数据信号进行反复的仿真实验。
下面以ＳＡＴＡ时钟信号为例，进行ＰＣＢ布线后仿真实验。
ＳＡ’ｒＡ２．５最高支持３．ＯＧｂ，ｓ的传输速度，因此要求所选的晶振具有３００ＭＨｚ以上的低压差分时钟输出能力。
ＩＤＴ公司的ＩＣＳ８４４０７１和ＩＣＳ８４４０３１满足要求，前者的输出频率范围是６２．５ＭＨｚ一１７０ＭＨｚ，后者的输出频率范围是２４５ＭＨｚ一３４０ＭＨｚ。
两者在封装上完全兼容，用户可以根据设计的速度要求来选取。
图３是ＳＡＴＡ时钟接口电路图，其中ＳＡＴＡ—ＣＬＫ和ＳＡｌｒＡ—ＣＬＫ分别与ＸＣ５ＶＬＸ３０Ｔ的Ｇ１１Ｐ专用差分时钟输入引脚ＭＧＴＲＥＦＣＬＫＰ和ＭＧＴＲＥＦ－ＣＬＫＮ相连。
利用８４４０７１—３ｖ３．ｉｂｓ及ｖｉｒｔｅｘ５．ｉｂｓ两个ＩＢＩＳ模型，在Ｈｙｐｅｒｌｙｎｘ７．５环境下对ＳＡＴＡ差分时钟进行ＢｏａｒｄＳｉｍ差分眼图仿真。
图４是在线长１．２ｉｎ、线宽１０ｍｉｌ、差分线距１２ｒａｉｌ、串行连接０．０１斗Ｆ电容以及端接１００１１电阻等条件下，考虑各种过孔、ＰＣＢ板的整体分析等因素后的ＰＲＢＳ位模式仿真眼图。
从图中可以看出，在１００ＭＨｚ频
＋３．３ＶＦ１Ｒ３
图４ＳＡＴＡ时钟信号的Ｂｏａｒｄｓｉｍ仿真图
率条件下，眼图的睁开程度较大，符合Ｇ’ｒＰ收发器的时钟眼图要求。
随着ＦＰＧＡ逻辑单元的不断增多、内存容量的不断增大、主频的不断提高，许多以前只能在专用芯片上才能实现的功能，现在都可以集成到一片ＦＰＧＡ内部来完成。
例如围绕着一片Ｖｉｒｔｅｘ一５ＦＸＴ可以搭建涵盖图像采集、显示、处理、存储、通信等功能的系统。
ＳＡｌｒＡ作为一项正蓬勃发展的存储技术，与ＦＰＧＡ技术结合之后可以极大地提高其本身的应用范围，特别是为一些脱离ＰＣ机的嵌入式系统实现高速、稳定、价格较低的存储功能提供一种新的有效途径。
参考文献
【ｌ】ＳＡＴＡ－ＩＯ．ＳｅｒｉａｌＡＴＡＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＯｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ：ＳｅｒｉａｌＡ’ｒＡＲｅｖｉｓｉｏｎ２．５【Ｚ】．ＵＳＡ：ＳＡＴＡ—ＩＯ，２００５．
【２】ＸｉｌｉｎｘＩｎｃ．Ｖｉｒｔｅｘ一５ＵｓｅｒＧｕｉｄｅ［Ｚ］．ＵＳＡ：ＸｉｌｉｎｘＩｎｃ，２００６．【３】徐光辉，程东旭，黄如．基于ＦＰＧＡ的嵌入式开发与应用［Ｍ】．北京：电子工业出版社，２００６．
【４】ＷａｙｎｅＷｏｌｆ．ＦＰＧＡ－ＢａｓｅｄＳｙｓｔｅｍＤｅｓｉｇｎ［Ｍ】．ＵＳＡ：ＰｒｅｎｔｉｃｅＨａＵＰｒＲ．２００５．
【５】ＸｉｌｉｎｘＩｎｃ．Ｖｉｒｔｅｘ－５ＲｏｃｋｅｔｌＯＧＴＰＴｒａｎｓｃｅｉｖｅｒＵｓｅｒＧｕｉｄｅ［Ｚ］．ＵＳＡ：ＸｉｌｉｎｘＩｎｅ，２００６．
图３ＳＡＴＡ时钟电路图３０欢迎网上投稿ＷＷＷ．ｃｈｉｎａａｅｔ．ｃｏｍ
【６】ＩＤＴＩｎｃ．ＦｅｍｔｏｅｌｏｃｋＴＭＣｒｙｓｔａｌ一
ｔｏ—Ｉ』ＶＤＳＣｌｏｃｋＧｅｎｅｒａｔｏｒ
ＩＣＳ８４４０７１【Ｚ１．ＵＳＡ：ＩＤＴＩｎｃ，
２００６．
ｆ７】ＸｉｌｉｎｘＩｎｃ．Ｖｉｒｔｅｘ一５ＰＣＢＤｅ－
ｓｉｇｎｅｒ’ＳＧｕｉｄｅ［Ｚ］．ＵＳＡ：Ｘｉｌｉｎｘ
Ｉｎｃ．２００６．
【８】张海风．Ｈｙｐｅｄｙｎｘ仿真与ＰＣＢ
设计［Ｍ】．北京：机械工业出版
社，２００５．
（收稿日期：２００７－１０－１０）
《电子技术应用》２００８年第４期
嵌入式SATA存储系统的研究
作者：陈晓东， 苏宛新， 王化龙， CHEN Xiao Dong， SU Wan Xin， WANG Hua Long
作者单位：陈晓东,王化龙,CHEN Xiao Dong,WANG Hua Long(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院研究生院,北京,100039)， 苏宛新,SU Wan Xin(中国科学
院长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033)
刊名：
电子技术应用
英文刊名：APPLICATION OF ELECTRONIC TECHNIQUE
年，卷(期)：2008,34(4)
1.张海风Hypedynx仿真与PCB设计 2005
2.Xilinx Inc Virtex-5 PCB Designer's Guide 2006
3.IDT Inc FemtoelockTM Crystalto-LVDS Clock Generator ICS844071 2006
4.Xilinx Inc Virtex-5 RocketIO GTP Transceiver User Guide 2006
5.Wayne Wolf FPGA-Based System Design 2005
6.徐光辉;程东旭;黄如基于FPGA的嵌入式开发与应用 2006
7.Xilinx Inc Virtex-5 User Guide 2006
8.SATA-IO Serial ATA International Organization:Serial ATA Revision 2.5 2005
本文链接：/Periodical_dzjsyy200804025.aspx。