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

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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})

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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)

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

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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

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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




物理層

↓これで勉強しました

SATAについて...もう少し詳しく

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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

CRCEOF

8bit

10bit 10bit 10bit…

10bit

1bit

10bit

SATAホストコアの実装

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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

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FPGA

FPGAボード

その他

または

PCIeエッジから信号引き出す(1)

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PCIeエッジから信号引き出す(1)...今思えば

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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)

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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)

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

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

SATAホストコアの実装

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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

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作ってみたシステムの構成

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BufferedSataIface

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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

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動いている様子(1)

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リンク確立の開始

OOB

D10.2


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リンク確立

B5B5957C(SYNC)

7B4A4ABC(ALIGN)


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ホストからコマンド発行

3737B57C(SOF) <データ> D5D5B57C(EOF)


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転送開始

37375B57C(SOF)...


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転送完了

..D5D5B57C(EOF)

で，気になる性能は??

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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...

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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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?

たとえば，こんな風に使えるといいな

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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)

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