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基于SATA3.0的存儲(chǔ)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2021年電子技術(shù)應(yīng)用第1期

李晉濤1，任勇峰1，2，楊志文1，李輝景1

1.中北大學(xué) 電子測(cè)試技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西太原030051； 2.中北大學(xué) 儀器科學(xué)與動(dòng)態(tài)測(cè)試教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西太原030051

摘要： 針對(duì)遙測(cè)試驗(yàn)中，獲取的高分辨率、高幀頻的大容量圖像數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)以及傳輸穩(wěn)定性問(wèn)題，對(duì)存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)以Kintex 7系列FPGA為控制核心，將接收到的大容量圖像通過(guò)SATA3.0傳輸總線(xiàn)，存儲(chǔ)到固態(tài)硬盤(pán)中,并且優(yōu)化了鏈路狀態(tài)機(jī)，通過(guò)實(shí)時(shí)標(biāo)志監(jiān)測(cè)解決了傳輸中斷的問(wèn)題。存儲(chǔ)完成后，通過(guò)千兆以太網(wǎng)將固態(tài)硬盤(pán)中的數(shù)據(jù)讀取到上位機(jī)進(jìn)行回放和分析。在常溫以及-40 ℃和+60 ℃條件下完成大量的讀寫(xiě)測(cè)試，結(jié)果表明，優(yōu)化后的存儲(chǔ)系統(tǒng)可以完成高速率、長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定存儲(chǔ)，在大容量存儲(chǔ)方面具有很好的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞： SATA3.0 固態(tài)硬盤(pán) OOB 大容量存儲(chǔ)

中圖分類(lèi)號(hào)： TN919
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200612
中文引用格式： 李晉濤，任勇峰，楊志文，等. 基于SATA3.0的存儲(chǔ)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2021，47(1)：86-90.
英文引用格式： Li Jintao，Ren Yongfeng，Yang Zhiwen，et al. An optimized design of a storage system based on SATA3.0[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(1)：86-90.

An optimized design of a storage system based on SATA3.0

Li Jintao1，Ren Yongfeng1，2，Yang Zhiwen1，Li Huijing1

1.State Key Laboratory of Electronic Tecchnology，North University of China，Taiyuan 030051，China； 2.Key Laboratory of Instrument Science and Dynamic Testing(Ministry of Education) North University of China，Taiyuan 030051，China

Abstract： Aiming at the problem of real-time storage of high resolution, high frame frequency and large capacity image data obtained in telemetry test, as well as the problem of transmission stability, we optimized a storage system. This system takes 7 series FPGA as the control core, and stores the received large-capacity image into the solid state hard disk through SATA3.0 transmission bus. The state machine is optimized in the stored procedure to solve the problem of transmission interruption through the real-time marker monitoring.After the storage was completed, the data in the SSD will be read through the gigabit Ethernet to the computer for playback and analysis.Lots of reading and writing data were completed at room temperature and -40 ℃ and +60 ℃. The results show that the optimized storage system can achieve high speed and long time stable storage and has a good reference value in large capacity storage.

Key words : SATA3.0；solid state disk；OOB；bulk storage

0 引言

SATA3.0(SerialATA Revision3.0)采用差分信號(hào)傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)對(duì)共模噪聲有很強(qiáng)的抵抗力，因此SATA可以采用更低的電壓去抑制噪聲。在數(shù)據(jù)傳輸這一方面，SATA3.0的傳輸速度在SATA2.0的基礎(chǔ)上翻倍，理論上可以達(dá)到6 Gb/s。另一方面，SATA總線(xiàn)使用了嵌入式時(shí)鐘頻率信號(hào)，具備了比以往更強(qiáng)的糾錯(cuò)能力。在傳輸過(guò)程中能對(duì)相應(yīng)的指令進(jìn)行檢查，即使出現(xiàn)錯(cuò)誤的指令，也可以進(jìn)行及時(shí)的修正，因此廣泛地應(yīng)用于實(shí)際工程中。但是，基于測(cè)試系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)愈加地趨向于大體積、高速率，多數(shù)存儲(chǔ)系統(tǒng)采用存儲(chǔ)陣列的方式進(jìn)行存儲(chǔ)。然而，隨著存儲(chǔ)量的增加以及傳輸環(huán)境的復(fù)雜，SATA總線(xiàn)會(huì)出現(xiàn)個(gè)別通道傳輸中斷的現(xiàn)象，雖然只是偶爾現(xiàn)象，但卻能造成不可挽回的損失。

針對(duì)以上問(wèn)題，該設(shè)計(jì)基于FPGA控制的SATA3.0總線(xiàn)，從硬件和代碼方面優(yōu)化了存儲(chǔ)系統(tǒng)并進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)測(cè)存儲(chǔ)速率不低于800 MB/s，并且數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，在大容量存儲(chǔ)應(yīng)用領(lǐng)域具有很好的參考和使用價(jià)值。

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作者信息:

李晉濤1，任勇峰1，2，楊志文1，李輝景1

(1.中北大學(xué) 電子測(cè)試技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西太原030051；

2.中北大學(xué) 儀器科學(xué)與動(dòng)態(tài)測(cè)試教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西太原030051)

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