🗊Презентация Разработка SATA - IO-link контроллера с программными интерфейсами Legacy и AHCI

Выпускная квалификационная работа Разработка SATA - IO-link контроллера с программными интерфейсами Legacy и AHCI Студент:Белянин И.В., ФРТК, 713 гр. Научный руководитель:Петраков П.Ю.

Развитие интерфейсов накопителей

Сравнение характеристик IDE и SATA Максимальная пропускная способность 133 МБ/с (UDMA-6) Способ передачи данных параллельный интерфейс Кодировка нет Методы контроля ошибок CRC Метод подключения устройств master/slave

Постановка задачи Разработать универсальный SATA-контроллер, удовлетворяющий следующим требованиям: - поддержка программных интерфейсов Legacy и AHCI - контроллер обязан полностью соответствовать стандартам SATA v2.5 и AHCI v1.3 - интерфейс внешнего взаимодействия IO-link - использование физического уровня фирмы «Synopsys» - надежная работа в режимах SATA I — 1.5 GHz и SATA II — 3 GHz

Расположение контроллера в структуре вычислительного комплекса

Схема функциональных уровней стандарта SATA - Commands and Application ― верхний уровень, обрабатывающий поступающие команды, работающий с памятью, выставляющий прерывания и т.д.; - Serial Digital Transport Control ― транспортный уровень выполняет преобразование контрольной информации или данных, которые необходимо передать, в пакеты\фреймы (Frame Information Structure, FIS); - Serial Digital Link Layer ― реализует протокол звена данных, кодировка 8\10b; - Serial Physical Interface Plant ― физический уровень отвечает за передачу и прием данных по последовательному каналу;

Особенности интерфейса AHCI - до 32-х портов - 32-х, 64-х битная адресация - отсутствие разделения накопителей на Master/Slave - улучшенное управление питанием - поддержка режима очередей (Native Queued Command) - ступенчатая «раскрутка» диска - Port Multiplier

Конфигурационное пространство AHCI Конфигурационное пространство AHCI полностью совпадает с конфигурационным устройством PCI контроллера. Базовые адреса, расположенные в конфигурационном пространстве: один базовый адрес 24h (реализация AHCI); пять базовых адресов (интерфейс Legacy);

Формат команды AHCI

Особенности реализации поддержка команд с невыровненным адресом поддержка режима передачи невыровненного количества слов поддержка 4-х портов 32-х битная адресация не реализована поддержка команд Native Queded Command не поддерживается Port Multiplier

Реализация - IO-link client ― модуль, отвечающий за проведение транзакций на IO-link-интерфейсе; - SATA ― IO-link Config Space ― конфигурационное пространство (набор управляющих регистров) совпадающее с PCI Config Space; - DMA Arbiter ― модуль, обеспечивающий арбитраж сигналов с разных портов; - AHCI HCSM (AHCI HBA Controller State Machine) ― модуль, определяющий внешнее поведение контроллера в режиме AHCI, содержит в себе такие опции как глобальный reset, бит AHCI enable, а также набор регистров отвечающих за поведение устройства; - SATA Port ― модуль, включающий в себя, модули отвечающие за обработку данных и общение с диском, самая объемная часть контроллера. К порту через SATA кабель подключается накопитель данных.

Внутреннее устройство модуля SATA-port

Автомат, реализующий DMA транзакции на AHCI уровне

Моделирование Пример выполнения команды на уровне Commands & Application с интерфейсом AHCI Порядок выполнения теста: инициализация диска(OOB sequence); выполнение команды записи данных на диск по определенному адресу; выполнение команды чтения данных с диска по тому же адресу; cравнение данных в памяти; смещение адреса и данных на фиксированную величину и повторение команды:

Отладка на макете Из-за отсутствия тестового стенда с IO-link интерфейсом был использован PCI-интерфейс. Использованное тестовое оборудование: - ВК на основе микропроцессора МЦСТ «R150» - набор тестов, входящих в состав boot - макетная плата (4 разъема SATA, ПЛИС Xilinx Virtex-5, SATA phy layer GTP-Dual Transceiver, 1 PCI разъем) - логический анализатор ПО ChipScope Analyzer Принцип тестирования совпадает с уже использованным при моделировании.

Пример диаграммы, полученной с помощью логического анализатора

Результаты: - разработано RTL-описание универсального SATA- IO-link контроллера с интерфейсами Legacy и AHCI; - получен макет контроллера с PCI-интерфейсом; - собран тестовый стенд и успешно проведены имеющиеся тесты контроллера в составе стенда с использованием реальных SATA дисков фирмы Maxtor