1.1 微處理器
　　微處理器負(fù)責(zé)對各個模塊進(jìn)行協(xié)調(diào)和控制。本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的專用高速硬盤存儲設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的持續(xù)高速存儲，要求處理數(shù)據(jù)的速度高，因此采用DSP微處理器。微處理器主要功能如下：
　　（1）完成與外接數(shù)據(jù)的傳輸起始、結(jié)束控制。
　?。?）對FPGA進(jìn)行復(fù)位、開始操作。
　?。?）對FAS466的初始化操作,對傳輸?shù)漠惓Ｇ闆r進(jìn)行中斷處理。
　?。?）對協(xié)議控制芯片內(nèi)部寄存器的讀寫控制，從而控制SCSI總線的命令傳輸和狀態(tài)監(jiān)控。對SCSI的命令信息進(jìn)行解釋、執(zhí)行、管理；對來自SCSI總線的信息狀態(tài)進(jìn)行翻譯、執(zhí)行、管理。
1.2 DMA控制器
　　DMA控制器控制數(shù)據(jù)發(fā)送或接收源的數(shù)據(jù)緩沖器與SCSI協(xié)議控制器內(nèi)部緩沖器之間的數(shù)據(jù)傳送，這樣通過與協(xié)議控制器的DMA接口相協(xié)調(diào)以控制數(shù)據(jù)源與SCSI總線間的數(shù)據(jù)傳送。本設(shè)計(jì)采用FPGA器件，利用VHDL語言編程實(shí)現(xiàn)DMA控制器功能，而不采用專用的DMA控制器，主要考慮以下一些因素：本設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)傳輸速率" title="傳輸速率">傳輸速率達(dá)到50MＢps，而一般的專用DMA控制器難以勝任；專用的DMA控制器與SCSI協(xié)議控制芯片之間的連接需要大量的邏輯轉(zhuǎn)換電路和外圍連線，使設(shè)計(jì)難度加大；使用FPGA器件，除了完成DMA控制功能之外，還可以把電路中的邏輯轉(zhuǎn)換、系統(tǒng)復(fù)位等模塊設(shè)計(jì)進(jìn)去，減小了設(shè)備的體積，方便了以后對系統(tǒng)的升級和改進(jìn)。
1.3? SCSI協(xié)議處理器(FAS466)
　　SCSI協(xié)議處理器是SCSI總線操作的執(zhí)行部件，各公司都有專門的SCSI集成電路芯片作為協(xié)議控制器，如Qlogic公司的FAS368M、FAS466等。FAS466(Fast Architecture SCSI Processor)處理器是Qlogic公司1999年上市的一種高性能SCSI引擎，它源于Qlogic公司的TEC450／452三重嵌入式控制的鋁系列，可提供Fast40的同步傳輸速率[2]，它的同步數(shù)據(jù)寬總線傳輸速率可達(dá)80MBps；支持先進(jìn)的SCSI自動配置模式的1層和2層協(xié)議；內(nèi)部嵌有微控制器，能夠通過編程方式靈活地協(xié)調(diào)SCSI作業(yè)隊(duì)列，可以工作在啟動或目標(biāo)模式并支持單端或低電壓差分模式的SCSI連接。
　　FAS466區(qū)別于其他SCSI協(xié)議處理器的最大特點(diǎn)是：它采用微處理器和DMA接口結(jié)構(gòu)，而常見的SCSI協(xié)議控制器采用PCI接口總線結(jié)構(gòu)。這是本設(shè)計(jì)采用FAS466的一個主要原因。采用微處理器和DMA接口結(jié)構(gòu)，可以通過DSP對傳輸進(jìn)行控制，脫離微機(jī)平臺，減少傳輸帶寬限制，使數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)具有非常好的靈活性和可移植性。 FAS466由SCSI控制器、微控制器、DMA接口和微處理器接口四個模塊組成。外部微處理器通過微處理器接口對FAS466進(jìn)行控制，協(xié)議控制器接受微處理器的操作指令，如總裁、選擇、失連、復(fù)位總線等。SCSI控制器提供靈活、有效的底層SCSI協(xié)議控制，微控制器則負(fù)責(zé)控制數(shù)據(jù)從DMA接口到SCSI硬盤的傳輸以及各個模塊之間的協(xié)調(diào)。FAS466的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.4 數(shù)據(jù)緩存器
　　在設(shè)備的輸入接口部分，需要有數(shù)據(jù)緩存單元。數(shù)據(jù)緩存的目的是為SCSI的高速DMA傳輸做好準(zhǔn)備，使兩邊數(shù)據(jù)傳輸速度匹配。數(shù)據(jù)的流向一般是一個口進(jìn)，一個口出，不對信號進(jìn)行任何處理。普通的存儲器在寫入的同時不能讀取，雙口隨機(jī)存儲器RAM雖然也可完成這個任務(wù)，但是由于它需要復(fù)雜的地址譯碼電路，所以不采用。采用FIFO芯片，可以去掉復(fù)雜的緩存器譯碼電路，大大簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。緩存單元在結(jié)構(gòu)上相當(dāng)于先進(jìn)先出（First In First Out，F(xiàn)IFO）隊(duì)列，即先到的數(shù)據(jù)先被存儲。本設(shè)計(jì)中FIFO選用IDT公司的IDT72V2113芯片。
2系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
　　軟件設(shè)計(jì)" title="軟件設(shè)計(jì)">軟件設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，它負(fù)責(zé)對相關(guān)硬件的控制和協(xié)調(diào)，最終實(shí)現(xiàn)SCSI協(xié)議、硬盤的控制和DMA傳輸?shù)?。軟件設(shè)計(jì)分為SCSI控制軟件和DMA控制器的FPGA實(shí)現(xiàn)兩部分。下面分別進(jìn)行討論。
2.1 SCSI控制軟件
　　一般來說，要完成一次數(shù)據(jù)交換必須完成SCSI總線的仲裁、選擇、消息、命令、數(shù)據(jù)和狀態(tài)等階段。這些階段，微處理器通過對FAS466寄存器的讀寫控制來實(shí)現(xiàn)。FAS466的寄存器主要有：
　　(1)命令寄存器:DSP通過向命令寄存器寫入相應(yīng)指
　　令，控制FAS466完成初始化、復(fù)位、總線分配與復(fù)位以及SCSI總線各個階段的轉(zhuǎn)變等功能。
　　（2）FIFO寄存器：這是一個128字節(jié)的雙端口RAM，SCSI硬盤和FAS466之間的數(shù)據(jù)交換都通過該FIFO16字（深）的FIFO寄存器來完成。
　?。?）傳輸計(jì)數(shù)寄存器：是一個減法計(jì)數(shù)器，用于保存一次DMA數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)。
　?。?）中斷寄存器：DSP通過FAS466中斷寄存器了解SCSI命令的執(zhí)行情況，從而決定程序的執(zhí)行流向。
　　SCSI控制軟件流程如圖3所示。首先初始化SCSI控制器，然后SCSI控制器與SCSI硬盤建立同步傳輸協(xié)議，在硬盤準(zhǔn)備好的情況下才可以發(fā)送各種SCSI命令，如讀、寫等，同時處理好各種意外情況的發(fā)生。

2.2 DMA控制器的FPGA實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)
　　FAS466外部DMA控制器由FPGA實(shí)現(xiàn)。FAS466通過DREQ信號有效請求數(shù)據(jù)傳輸，當(dāng)DMA控制器檢測到DREQ有效并且外部FIFO非空時，使DACK有效并通知FAS466開始DMA傳輸。DMA控制器的狀態(tài)機(jī)如圖4所示。