Fpgax 20130604

(JavaRock)の話と
FPGAでSSDSATAの話
三好健文
株式会社イーツリーズ・ジャパン
1

SATAもGTPもよく知らない俺が
OpenCoresのSATAコアを
すんなりうごかせるはずがない
...といえないこともなくはない

SSD/HDDで魅力的ですね!!
大容量で低価格
ピン数少ない(TX{P,N}/RX{P,N})
3
バイト単価 Read/Write速度転送速度
HDD 安数十∼数百MBps ∼6Gbps
SSD 中数百MBps ∼6Gbps
SD 高数十MBps
∼104MBps
(UHS-II: ∼312MBps)

SATAをFPGAで使いたい
外付けのチップを利用
SATAホストチップ
PCのSATAコントローラを乗っ取る
SATA IPコアを利用
デザインゲートウェイ SATA-IPコア
特電SATA互換IPコア
OpenCores
0から自作
4

OpenCoresにあるじゃないか
5
やってみよう
なんかMicroBlazeとか書いてある
制御部分はJavaでいいか

SATAについて
6
10B
Dwords
FIS
データ/コマンド
10B
Dwords
FIS
データ/コマンドホストディスク
トランスポート/コマンド層
リンク層(上位)
リンク層(下位)
物理層
物理層
↓これで勉強しました

SATAについて...もう少し詳しく
7
10B
Dwords
FIS
物理層
FIS(Frame Information Structure)の
組み立て/送受信制御
FIS<->フレームデータ変換
CRC計算，スクランブル/デスクランブル
Dwords単位の操作(Primitive/PureData)
8B10B変換
シリアル<->10B変換
+/-の信号 + Hi-Z(OOB)信号
FIS
FIS
SOF
CRC
EOF
8bit
10bit 10bit 10bit…
10bit
1bit
10bit

SATAホストコアの実装
8
10B
Dwords
FIS
物理層
FIFO
command_layer.vhd
sata_link_layer.vhd
sata_phy.v
GTX
oob_control.v
FIFO
FIFO
I/O

用意するもの
Gbトランシーバが(ほぼ)必須
Xilinx Tシリーズ/Altera GXシリーズ
SATAポートのついているボード
PCIeエッジ搭載ボード + SATAポート変換ジグ
電源
気持ちの余裕
9
FPGA
FPGAボード
その他
または

PCIeエッジから信号引き出す(1)
10

PCIeエッジから信号引き出す(1)...今思えば
11
こういうのの方が工作しやすかったかも....

PCIeエッジから信号引き出す(2)
12
例えば，デザインゲートウェイ社製
AB06-PCIeSATA x8とか
...安くはない(と思う)

SATAポートを持ったFPGAボード
Xilinx ML555
特殊電子回路(株) EXPARTAN-6T
(株)アークス Axpcie6031
13
などなど

動かすついでにSpartan-6に移植してみた
物理層をGTX→GTPに変換
SATA 1.5Gbps/3Gbpsネゴシエーション
OOBはGTPに任せられる
16bit <-> 32bit バス変換
アプリI/F層をJavaで実装
14
...Spartan-6の方が安いから

SATAホストコアの実装
15
10B
Dwords
FIS
物理層
FIFO
command_layer.vhd
sata_link_layer.vhd
sata_phy.v
GTX
oob_control.v
FIFO
FIFO
I/O
Java
VHDL
この程度ですむと...

コードの移植をしてみて
環境の違いでIPコアをごにょごにょ
ミーリーマシンですか....
てか混在ですか？？
そこでintegerとか使う？？
割と読みやすいコードでした
16

作ってみたシステムの構成
17

BufferedSataIface
18
内部でキャッシュ
単純なWriteBack機構

リソース使用量/速度など
PHY単体では3Gbpsでリンク
全体では1.5Gbpsでネゴ完了
19

動いている様子(1)
20
リンク確立の開始
OOB
D10.2

21
リンク確立
B5B5957C(SYNC)
7B4A4ABC(ALIGN)

22
ホストからコマンド発行
3737B57C(SOF) <データ> D5D5B57C(EOF)

23
転送開始
37375B57C(SOF)...

24
転送完了
..D5D5B57C(EOF)

で，気になる性能は??
25

えーっと...
動くのは分かった...
4KB(=8セクタアクセス)じゃ性能でないよね
ロジック回路が37.5(75)MHzは寂しいよね
ってか，エラー処理は？
26
→上位レイヤも作り直そう...

上位層の作り直し
Spartan-6での3Gbpsでのネゴ実現
NCQなどの上位コマンドの実装
RAID，みたいな？
もっとインテリジェントな何か？
今後
27

FPGA用(?)SATA接続キット
28
SATAデバイスにアクセスするためだけの最小構成
欲しい人いませんか？
SATA?
フィルムケーブル
FMC?

たとえば，こんな風に使えるといいな
29

俺のFPGAがこんなかんたんに
SATAディスクにアクセスできる
はずがない
次回(時期未定)

Fpgax 20130604

More Related Content

What's hot (20)

Viewers also liked (6)

Similar to Fpgax 20130604 (20)

More from Takefumi MIYOSHI (16)

Fpgax 20130604