[发明专利]基于SOPC的电子硬盘控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子硬盘控制器，采用大规模现场可编程门阵列FPGA(Field Programable Gate Array)作为物理载体，实现基于可编程片上系统SOPC(System On a Progammable Chip)技术的电子硬盘控制器。

背景技术

目前，计算机的存储设备是机械硬盘。飞转的硬盘就像高速行驶的汽车，稍有磕碰，后果就会非常严重，可靠性差而且功耗大。在以宽温、抗振、节电为要求的高可靠性的工业、军事、航天等领域，这种存储介质成了最难达到要求甚至无法解决的问题。作为解决以上问题的方式之一，以半导体作为存储及控制载体的电子硬盘成为取代机械硬盘的一种趋势。没有机械装置，完全的半导体化，使电子硬盘形成了自己的特点：抗震、宽温、无噪、低耗、可靠。

现有的电子硬盘控制器均采用专用控制器芯片，这类控制器芯片基于SOC(System On Chip)技术，不能根据用户需要进行配置，对系统进行裁剪、升级。现有控制器的主机接口主要是IDE接口，串行接口的SATA(Serial AdvancedTechnology Attachment)还未出现技术成熟芯片。

SOPC作为嵌入式系统具有以下两个特点：首先，它是片上系统SOC，即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；其次，它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁剪、可升级、可扩充，并具备软硬件在系统可编程的功能。SOPC结合了SOC和FPGA的优点，其基本特征：至少包含一个嵌入式处理器IP(Intellectual Property)核；具有小容量的片内高速RAM资源；丰富的IP核资源可供灵活选择；有足够的片上可编程逻辑资源；处理器高速接口和FPGA编程接口共用或并存。

发明内容

针对现有传统机械硬盘将逐步被电子硬盘取代的趋势，提出利用SOPC技术构建电子硬盘控制器，负责SATA通信接口协议解析和控制管理FLASH存储介质，实现高速大容量SATA接口电子硬盘，其具有结构紧凑，宽温、抗振、低功耗，提高硬盘的容量、读写速度以及稳定性。

本发明的技术方案是：基于SOPC的电子硬盘控制器采用模块化设计，主要由以下3个模块组成：嵌入式处理器IP核1、SATA控制器4和Flash控制器3。嵌入式处理器作为主控端，负责整体协调处理，调度SATA控制器和Flash控制器，确保数据正确传输。SATA控制器负责解析处理SATA命令，实现SATA接口通信协议。Flash控制器负责对Flash存储芯片的读写控制和Flash高级管理算法实现。

FPGA中移植嵌入式软核处理器，实现硬件ECC(错误检查和纠正)校验和Flash坏块管理，保证数据存储持久。采用IP核实现SATA2.0标准总线协议，可达3.0Gb/s的传输速度。采用NAND FLASH阵列作为存储介质，并实现容量和速度的扩展。

本发明具有如下优点：

1：采用SOPC架构，单一块芯片实现控制器所有功能，外围电路简单，能减少PCB制版面积，使硬盘结构小型化，降低功耗。

2：采用SOPC架构，系统结构简单，稳定性好，系统可裁剪和灵活配置，便于升级。

3：选用SATA接口电子硬盘，在继承机械硬盘的通用性的同时，提供机械硬盘所不具有的优异的物理特性和环境特性，并将硬盘的存储领域扩展到工业、军事、航天等领域。

4：采用NAND Flash作为存储介质，具有掉电数据不丢失，使用寿命长等特点。

附图说明

图1：基于SOPC的电子硬盘控制器结构框图

具体实施方式

基于SOPC的电子硬盘控制器包括：嵌入式处理器IP核1、OPB总线用户接口(OPB IPIF)2、NAND Flash控制器3、SATA控制器4、OPB桥AHB 5、OPB总线仲裁器6、通用输入输出接口(GPIO)7和Nor Flash及SRAM控制器8。