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Serial ATA接口是当今主流的个人计算机存储设备接口标准，是由Parallel ATA接口标准发展而来。与PATA接口进行比较，SATA接口优势明显，其使用的接口管脚少、传输速度快、可靠稳定性强、接口方便布局及支持热插拔。SATA2.0是SATA标准的第二代，其传输速度也提升至3.0 Gbps，同时相较于第一代标准，它还增加了原生命令队列、端口倍增器、交错启动等一系列功能特性。 由于SATA接口具备的一系列优势，使其取代PATA接口成为硬盘业的主流接口。在可预见的未来，SATA的主流地位是无可动摇的，但国内现在相应的芯片和产品大部分需要进口，因此开发有自主知识产权的SATA IP核，在计算机接口领域还是具有重要意义的，兼具研究价值与使用价值。 本文首先分析了SATA2.0的接口协议，其体系结构包括物理层、链路层、传输层、命令层和应用层，并对相应层次中涉及的关键技术与问题进行了阐述。对SATA设备端控制器的链路层与传输层，剖析了其系统工作原理后，再依据自顶向下的设计方法，进行模块划分。然后本文详细介绍了根据划分的模块相应的功能进行设计与实现，在这一部分中，详细介绍了各个模块的功能，信号及其时序，设计的难点及其解决方案，同时也给出了功能验证的仿真图。最后，本文简要介绍说明了验证测试的原理及其验证平台的搭建，对测试的结果进行了分析。 本设计采用的是Xilinx公司的Virtex-5 FPGA芯片，同时在开发板ML505上进行测试，目前系统工作正常，能够正常的对其进行读写操作。而可以单独作为SATA设备端IP核的链路层和传输层的设计，具有通用性且可移植，有一定的参考价值和经济价值。