1. (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
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2. 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

3. 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})
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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)

4. 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
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5. 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

6. SATAについて
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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
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
↓これで勉強しました

7. SATAについて...もう少し詳しく
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10B
Dwords
FIS
データ/コマンド
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
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

8. SATAホストコアの実装
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10B
Dwords
FIS
データ/コマンド
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
FIFO
command_layer.vhd
sata_link_layer.vhd
sata_phy.v
GTX
oob_control.v
FIFO
FIFO
I/O

9. 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
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FPGA
FPGAボード
その他
または

10. PCIeエッジから信号引き出す(1)
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11. 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....

12. PCIeエッジから信号引き出す(2)
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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)

13. 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
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などなど

14. 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
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...Spartan-6の方が安いから

15. SATAホストコアの実装
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10B
Dwords
FIS
データ/コマンド
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
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...

16. 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
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17. 作ってみたシステムの構成
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18. BufferedSataIface
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内部でキャッシュ
単純なWriteBack機構

19. 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
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20. 動いている様子(1)
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リンク確立の開始
OOB
D10.2

21. 動いている様子(2)
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リンク確立
B5B5957C(SYNC)
7B4A4ABC(ALIGN)

22. 動いている様子(3)
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ホストからコマンド発行
3737B57C(SOF) <データ> D5D5B57C(EOF)

23. 動いている様子(4)
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転送開始
37375B57C(SOF)...

24. 動いている様子(5)
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転送完了
..D5D5B57C(EOF)

25. で，気になる性能は??
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26. 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？
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→上位レイヤも作り直そう...

27. 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
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28. FPGA用(?)SATA接続キット
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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?

29. たとえば，こんな風に使えるといいな
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30. 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)