[发明专利]ATA接口的DDR固态盘

说明书

技术领域

本发明涉及计算机外部存储设备：磁盘的革新。具体地说，多年来，传统机械式硬盘一直被用来作为计算机的外部存储设备，随着新的磁盘存储器(例如，ATA接口的DDR固态盘)的提出，在磁盘的存储速度、防震性能、体积等技术方面都将有重大的革新。

背景技术

当前，计算机通用的外部存储器是磁盘，就是传统的机械式硬盘，这是用来存储数据必备的外部设备，硬盘里存放着包括操作系统和各种各样的应用程序的计算机软件。

从机械式硬盘诞生之日起，到现在的四，五十年中，硬盘驱动器在控制技术、接口标准、机械结构等方面进行了一系列的重大改进，新的机械式硬盘技术不断涌现，并得到广泛的应用。从市场来看，磁盘的容量、体积、速度和性能方面仍有待进一步提高方能满足用户的需求。

另一种是以通用串行总线USB(Universal Serial Bus)为接口的闪盘，这是一个容量较大的存储设备，只要计算机上有USB插口就可以使用；虽然读写速度慢一些，但可以随意更换盘，且兼容性较高和防震性能好，仍受到用户广泛地重视。

新近出现的一种存储器是以ATA接口的双倍数据速率DDR(Double Data Rate)SDRAM的固态盘。比起前两种盘，固态盘有它显著的特点，如读写速度快，写操作次数没有限制等。表1给出这三种盘的性能比较：

有关盘的存储技术方面亦有相应的专利知识产权。例如，专利号为ZL01114762.8(2004年4月28日)的“使用半导体存储设备的数据安全存取方法和系统”和专利号为US6,148,354(2000年11月14日)的“通用串行总线个人电脑闪存盘的结构(Architecture for a universal serial bus-based PC flash disk)”。这两个专利文献涉及到的USB接口和闪存盘都是成熟的技术，但在这些专利中，将其组合在一起，也体现了一种创新的亮点。

表1：三种盘的性能比较

同样地，ATA接口，DDR接口是成熟的技术，但以ATA接口和DDR盘的组合而形成新的固态盘，确是继传统的机械式盘和闪盘之后出现的具有创新亮点的事物。由于DDR盘使用了更多更先进的同步电路，因此，DDR实际上不需要提高时钟频率就能加倍提高同步动态存储器SDRAM(Synchronous Dynamic RAM)的速度，它允许在时钟脉冲的上边沿和下边沿传输数据，这就使得DDR的速度是标准SDRAM的两倍；而且容量上还有了提高。当然，由于SDRAM的数据易失性，ATA接口和DDR接口组合的固态盘必须工作在有稳定电源支持的情况下。

发明内容

本发明是一项接口转换技术。即从ATA接口到DDR接口(如图1所示)，从而实现固态盘的功能。接口转换过程分四个步骤：(1)ATA接口分别通过两个通道：传送数据到FiFo，和传送控制信息到控制逻辑；(2)控制逻辑对控制信息的分析处理产生新的信息，并将新的相关控制信息分别通过控制信息通道送到FiFo，和DDR接口；(3)FiFo根据控制信息将数据送到DDR接口；(4)DDR接口对控制信息和数据加工，从而实现固态盘的整体转换功能。本发明是根据现场可编程门阵列芯片FPGA(Field Programmable Gate Array)设计的。根据ATA接口规范与DDR接口规范对接口类型和数量上的要求以及本发明的设计规模，我们采用的是美国Xilinx公司推出的Spantan III系列XC3S200型芯片。

(1)ATA接口

ATA是一种异步接口协议，需要使用异步接口电路完成信息的同步工作。ATA规范定义了12个寄存器，这些寄存器通过FPGA随机存储器实现对信息的监控。

ATA接口中的DMA的功能接收输入clk，reset，dior_，diow_和dmack等控制信息和输出dmarq和iody等控制信息。ATA接口中的接口模块的功能是利用FPGA芯片中的Block Ram实现ATA协议中规定的接口寄存器，并保存Identify信息。我们选用的RAM是一个双端口(A和B)器件；A和B两端口可分别对整个RAM空间进行读写操作，互不妨碍。在本发明的设计中，RAM的A端口由ATA的相关逻辑控制；B端口由控制逻辑控制，并向RAM中实现的状态寄存器中返回当前指令的状态信息。

(2)控制逻辑

控制逻辑主要由微控制器和FiFo控制逻辑，以及信息传送通道组成。

1)微控制器