SATASATA-IPのご紹介
IPのご紹介
Ver2.2J
7series&
UltraScale
に対応!
に対応!
ストレージの魔術師！
Design Gateway
2016/7/27
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SATASATA-IP説明資料アジェンダ
IP説明資料アジェンダ
• SATA概略
SATA概略
– SATA
SATAの概略・特長・動向
の概略・特長・動向
– SATA導入メリット・実装
SATA導入メリット・実装
• SATASATA-IP紹介
IP紹介
– SATA
SATA-IP概要説明
IP概要説明
– SATASATA-IPアプリケーション
IPアプリケーション
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SATA概略：
SATA概略： SATAとは
SATAとは
• HDD/SSDの標準ストレージ・インターフェイス
HDD/SSDの標準ストレージ・インターフェイス
– 2000年に最初の
2000年に最初のSATA1.0
年に最初のSATA1.0規格、現在の最新は
SATA1.0規格、現在の最新はSATA3.0
規格、現在の最新はSATA3.0
• 従来のIDE(Parallel
従来のIDE(ParallelIDE(Parallel-ATA)から改良
ATA)から改良
– ケーブル改良（
ケーブル改良（80
80芯
80芯46cm -> 扁平細ケーブル1m
扁平細ケーブル1m）
1m）
– 高速(PATA
高速(PATA最大
(PATA最大133MB/s
最大133MB/s -> SATA最大
SATA最大600MByte/s)
最大600MByte/s)
– ジャンパ設定不要(PATA
(PATAは
はMaster/Slave設定必要
ジャンパ設定不要(PATA
Master/Slave設定必要)
設定必要)
(出典:Buffalo社Web SerialATAのここがポイント!)
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SATA概略：
SATA概略： SATAデバイスの特長
SATAデバイスの特長
• 汎用
– 互換性がありデバイスの入れ替え可能
– 市販品ゆえ入手が非常に容易
• 低価格
– 2.5“SSD
2.5“SSDは
は486GB品が
486GB品が¥
品が¥12,000円程度
12,000円程度
– 3.5”HDDは
4TB品が
品が¥
3.5”HDDは4TB
品が¥12,000円程度
12,000円程度
(価格.com 2016年7月27日時点)
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SATA概略：
SATA概略： SATAデバイスの動向
SATAデバイスの動向
• SATA
SATAストレージは
ストレージはHDD
ストレージはHDDから
HDDからSSD
からSSDへ移行しつつある
SSDへ移行しつつある
• SSDは
SSDはHDDより耐衝撃、静寂性面でメリットがある
HDDより耐衝撃、静寂性面でメリットがある
• その反面、記録容量単価が高く大容量品が少ない
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SATA概要：
SATA概要： 組込み機器へのSATA
組込み機器へのSATA導入メリット
SATA導入メリット
• 巨大な不揮発性メモリ空間を提供
– GB～
GB～TBクラスの不揮発ストレージ容量
TBクラスの不揮発ストレージ容量
• 高速・低価格
– 数百
数百MB/s
MB/sの
MB/sのRead/Write速度
Read/Write速度
– 市販品ゆえ低価格（実売価格１万円前後）
• 互換性
– 故障時に新品への交換のみで修理対応可能
– 採用SATA
採用SATAドライブを変更し製品ラインナップを追加
SATAドライブを変更し製品ラインナップを追加
採用ドライブを変更するだけで
ハイエンド版～ロープライス版の
製品ラインナップﾟを用意できる
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SATA概要：
SATA概要： 組込み機器への実装方法
• １：市販のSATA
１：市販のSATAチップ
SATAチップ(ASSP)
チップ(ASSP)を使う
(ASSP)を使う
– 長所：チップ単価
– 短所：MOQ
短所：MOQ・
MOQ・サポート制約、固定化された機能
• ２：FPGA+SATA
２：FPGA+SATAFPGA+SATA-IPコアを使う
IPコアを使う
– 長所：柔軟性・
長所：柔軟性・RAID
RAID等特殊用途対応、
RAID等特殊用途対応、MOQ
等特殊用途対応、MOQ
– 短所：チップ単価(SATA
短所：チップ単価(SATA機能のみとして実装した場合
(SATA機能のみとして実装した場合)
機能のみとして実装した場合)
⇒ 単機能で良く入手制約が許容できればASSP
そうでなければFPGAの採用が妥当
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SATASATA-IP紹介：
IP紹介： SATASATA-IPとは
IPとは
• RocketIO(GTP/GTX)
RocketIO(GTP/GTX)を応用し
を応用しSATA
を応用しSATAチャネルを実装
SATAチャネルを実装
• IPコアは
IPコアはLink
コアはLink層を実装
Link層を実装 (Transport層の一部を含む
(Transport層の一部を含む)
層の一部を含む)
• PHY層と
PHY層とTransport
層とTransport層はリファレンス・デザインで提供
Transport層はリファレンス・デザインで提供
Transport/Application層は
Transport/Application層は
Referenceで提供
Referenceで提供
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IPコアは
IPコアはLink
コアはLink層を
Link層を
実装
Design Gateway
PHY(物理
PHY(物理)
物理)層は
Referenceで提供
Referenceで提供
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SATASATA-IP紹介：製品ラインナップ
IP紹介：製品ラインナップ
型番
対応デバイス
SATA対応
SATA対応
実機検証可能なリファレンス・デザイン
SATASATA-IPIP-KU
KintexSATA-III
Kintex-UltraScale SATA-
4chRAID, ﾎｽﾄ側
SATASATA-IPIP-VT7
VirtexVirtex-7
SATASATA-III
8ch/4chRAID, ﾎｽﾄ側,
ﾎｽﾄ側, ﾎｽﾄIP
ﾎｽﾄIP
SATASATA-IPIP-ZQ7
ZynqZynq-7000
SATASATA-III
4chRAID, ﾎｽﾄ側,
ﾎｽﾄ側, ﾃﾞﾊﾞｲｽ側,
ﾃﾞﾊﾞｲｽ側, AHCI, exFAT
SATASATA-IPIP-KT7
KintexKintex-7
SATASATA-III
4chRAID, ﾎｽﾄ側,
ﾎｽﾄ側, ﾃﾞﾊﾞｲｽ側,
ﾃﾞﾊﾞｲｽ側, ﾎｽﾄIP,
ﾎｽﾄIP, exFAT, ｺﾋﾟｰ機
SATASATA-IPIP-AT7
ArtixArtix-7
SATASATA-III
ﾎｽﾄ側,
ﾎｽﾄ側, ﾃﾞﾊﾞｲｽ側,
ﾃﾞﾊﾞｲｽ側, ﾎｽﾄIP,
ﾎｽﾄIP, ブリッジ
SATASATA-IPIP-VT6
VirtexVirtex-6
SATASATA-II
4chRAID, ﾎｽﾄ側
SATASATA-IPIP-SP6
SpartanSpartan-6
SATASATA-II
ﾎｽﾄ側,
ﾎｽﾄ側, ﾃﾞﾊﾞｲｽ側
豊富なリファレンス・デザイン
(購入前の実機動作検証が可能)
購入前の実機動作検証が可能)
7series以降のデバイス対応コアは全て
7series以降のデバイス対応コアは全て
SATA3.0 (6Gbps)に対応
(6Gbps)に対応
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SATASATA-IP紹介：
IP紹介： Hostと
HostとDeviceの両対応
Deviceの両対応
• 同一のコアでHost(
同一のコアでHost(パソコン側
Host(パソコン側)
パソコン側)とDevice(ディスク側
Device(ディスク側)
ディスク側)の
両方をサポート
– dev_host_n入力で
dev_host_n入力でHost
入力でHost機能
Host機能/Device
機能/Device機能を切り替え
/Device機能を切り替え
dev_host_n
= GND
= VCC
SATA Deviceコア
として機能
SATA Hostコアと
して機能
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SATASATA-IP紹介：
IP紹介： Xilinx公認
Xilinx公認(AllianceCORE)
公認(AllianceCORE)の
(AllianceCORE)のIPコア
IPコア
http://www.xilinx.com/alliance/memberlocator/1http://www.xilinx.com/alliance/memberlocator/1-8dv38dv3-6.html
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SATASATA-IP紹介：
IP紹介： SSDパフォーマンス
SSDパフォーマンス
• 最新のSSD
最新のSSDで
SSDで400MB/s以上の転送レート
400MB/s以上の転送レート
– SATASATA-3の速度パフォーマンスを十分に活用
– 高速・大容量のストレージ・アプリに最適
※KC705でのホスト評価
※SATA-2 SSDは Intel SSDSA2SH032G1GN を使用
※SATA-3 SSDは Samsung SSD840PROを使用
※Write, Readとも、8GB LFSRでの転送
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SATASATA-IP紹介：評価用ビットファイル
IP紹介：評価用ビットファイル
• Host
Hostとして動作しパソコンとシリアル通信
として動作しパソコンとシリアル通信
• SATA接続のドライブに
SATA接続のドライブにWrite/Read
接続のドライブにWrite/Readアクセス
Write/Readアクセス
• パターン書き込み/
パターン書き込み/読み出し/
読み出し/転送速度計測
書き込みの実行例
•アドレス
アドレス/
アドレス/セクタ数/
セクタ数/パターンを指定
•実転送速度を計測し表示
実転送速度を計測し表示
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SATASATA-IP紹介：
IP紹介： IPコア評価環境
IPコア評価環境
• Xilinx
Xilinx各種評価ボードで実機動作
各種評価ボードで実機動作
• 無償の評価用ビットファイルがWeb
無償の評価用ビットファイルがWebから入手可
Webから入手可
SATASATA-III
SSD/HDD
シリアル通信ソフト
(Hyper Terminal等
Terminal等)
アダプタ基板(
アダプタ基板(別売品)
別売品)
AB09AB09-FMCRAID
iMPACT
miniUSBケーブル
miniUSBケーブル
x2本
x2本
Xilinx評価ボード
Xilinx評価ボード
KC705での
KC705でのIP
でのIPコア実機評価イメージ
IPコア実機評価イメージ
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SATASATA-IP紹介：リファレンス・デザイン概要
IP紹介：リファレンス・デザイン概要
• 評価用ビットファイルの
評価用ビットファイルのVivado/EDK
Vivado/EDKプロジェクト
Vivado/EDKプロジェクト
• IPコア以外の全ソースコード
IPコア以外の全ソースコード(
コア以外の全ソースコード(ファーム含む)
ファーム含む)を提供
• ユーザ製品の開発期間短縮に貢献
– まず最初に元のリファレンスで実機動作を確認
– そこからユーザ製品に向け少しずつ編集
– 編集ごとに実機動作をStep
編集ごとに実機動作をStep by Stepで確認
Stepで確認
大きな後戻りがなく確実で短期間での製品開発が可能!
大きな後戻りがなく確実で短期間での製品開発が可能!
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SATASATA-IP紹介：リファレンス・デザイン構成
IP紹介：リファレンス・デザイン構成
MicroBlazeのファームで
MicroBlazeのファームで
システム全体をコントロール
シリアル経由
でPCと通信
PCと通信
AXI
ブリッジ
Read/Writeデータは
Read/Writeデータは
外部DDR
外部DDRメモリに格納
DDRメモリに格納
Linkレイヤ
Linkレイヤ
(IPコア
(IPコア)
コア)
PHY
レイヤ
DDRと
DDRとSATAを
SATAを
AXIバスで接続
AXIバスで接続
SATASATA-IPリファレンス・デザインのブロック図
IPリファレンス・デザインのブロック図
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SATASATA-IP紹介：消費リソース
IP紹介：消費リソース
リファレンス・デザイン全体で
31150DFF,
31150DFF, 53BRAMを消費
53BRAMを消費
SATA１
SATA１チャネルの実装で
2000DFF,17BRAMを消費
2000DFF,17BRAMを消費
AXIバス
AXIバス14219
バス14219DFF
14219DFFのうち
DFFのうちSATA
のうちSATA接
SATA接
続用に約2500
続用に約2500DFF
2500DFFを消費
DFFを消費
(SATA接続
SATA接続BRAM
接続BRAM消費はなし
BRAM消費はなし)
消費はなし)
SATA1チャネル当たり
SATA1チャネル当たり
約4500DFF
4500DFF+
DFF+17BRAM消費
17BRAM消費
SATASATA-IPリファレンス・デザインの消費リソース
IPリファレンス・デザインの消費リソース
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XC7K325Tの
XC7K325Tの
全DFF=407,600の
DFF=407,600の1%強
1%強
全BRAM=445の
BRAM=445の4%弱
4%弱
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SATASATA-IP紹介：
IP紹介： RAID開発支援ツール
RAID開発支援ツール
•
•
•
最大10
最大10チャネルの
10チャネルのSATA
チャネルのSATAを実装可能なアダプタ基板
SATAを実装可能なアダプタ基板
KC705等の
KC705等のHPC
等のHPC規格
HPC規格FMC
規格FMC拡張コネクタと接続
FMC拡張コネクタと接続
2.5”SSD/HDDが直接装着可能
2.5”SSD/HDDが直接装着可能
部品面/
部品面/半田面に5
半田面に5台づつ最大10
台づつ最大10
台の2.5“
台の2.5“ﾄﾞﾗｲﾌﾞが装着可
2.5“ﾄﾞﾗｲﾌﾞが装着可
RAID開発支援アダプタ基板
RAID開発支援アダプタ基板
型番： AB09AB09-FMCRAID
FMCFMC-HPC拡張
HPC拡張I/F
拡張I/Fを持つ
I/Fを持つ
KCU105/VC709等の評価ボード
KCU105/VC709等の評価ボード
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SATASATA-IP紹介：
IP紹介： RAIDシステム開発例
RAIDシステム開発例
AXI接続の
AXI接続のSATA
接続のSATAチャネル
SATAチャネル(
チャネル(axi42sata)
はリファレンス・デザインで提供済み
必要な分のSATA
必要な分のSATA
チャネルをEDK
EDKにて
チャネルを
EDKにて
インスタンス
EDKベースによる
EDKベースによるRAID
ベースによるRAIDシステムの短期間開発
RAIDシステムの短期間開発
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RAIDシステムが
RAIDシステムがEDK
システムがEDK
上で迅速に設計可能
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SATASATA-IP紹介：
IP紹介： RAIDパフォーマンス
RAIDパフォーマンス
※使用SSD
使用SSD：
SSD：Samsung SSD 840 PRO
(単体パフォーマンスはWrite=452MB/s
単体パフォーマンスはWrite=452MB/s、
Write=452MB/s、Read=555MB/s)
VC709ボード
VC709ボード + SSD 8chでの
8chでのRAID
でのRAID評価結果
RAID評価結果
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SATASATA-IP紹介：オプション製品
IP紹介：オプション製品
• ホストIP
ホストIPコア
IPコア(製品型番：SATA
製品型番：SATASATA-IPIP-HOSTHOST-X)
– 純ロジック
純ロジック(CPU
(CPU不要
(CPU不要)
不要)のコントローラ・コア
– リード/
リード/ライト・コマンドをロジックにより全自動実行
– CPU処理オーバーヘッドなしで最高のパフォーマンス
CPU処理オーバーヘッドなしで最高のパフォーマンス
• AHCIAHCI-IPコア
IPコア(製品型番： SATASATA-IPIP-ZQ7ZQ7-AHCI1)
– LinuxOS
LinuxOSからの
からのSATA
からのSATAアクセス機能を実装
SATAアクセス機能を実装
– ZynqZynq-7000向けコア
7000向けコア
• exFAT参照デザイン
exFAT参照デザイン (製品型番： SATASATA-IPIP-exFATexFAT-X)
– exFAT
exFATアクセス機能を
アクセス機能をMicroBlaze
アクセス機能をMicroBlazeファームウエアで実装
MicroBlazeファームウエアで実装
– ドライブにファイルで記録ドライブにファイルで記録->PC接続でのアクセス可能
>PC接続でのアクセス可能
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SATASATA-IP紹介：ホスト
IP紹介：ホストIP
紹介：ホストIPコア
IPコア
• ロジックのみで構築した上位コントローラIP
ロジックのみで構築した上位コントローラIPコア
IPコア
– CPU
CPUレスの純ロジックでストレージ・システムの構築が可能
レスの純ロジックでストレージ・システムの構築が可能
– CPUありのシステムでは
CPUありのシステムではCPU
ありのシステムではCPU占有時間を完全に削減可能
CPU占有時間を完全に削減可能
• ステートマシンによる高速制御でオーバーヘッドを最小化
– 理論上最高のパフォーマンス（特にライトで高い効果）
CPUｺﾝﾄﾛｰﾗ=
465MB/s→ﾎｽﾄIP
ﾎｽﾄIPｺﾝﾄﾛｰﾗ
– ライト実測例(*)
ライト実測例(*)：
(*)：CPUｺﾝﾄﾛｰﾗ
ｺﾝﾄﾛｰﾗ=465MB/s→
IPｺﾝﾄﾛｰﾗ=
ｺﾝﾄﾛｰﾗ=525MB/s
• シンプルで使いやすいユーザI/F
シンプルで使いやすいユーザI/F
– 制御は
制御はR/W
R/W種別
R/W種別&
種別&アドレス&
アドレス&セクタ数のパラメータ設定と開始要求
– データは一般的なFIFO
データは一般的なFIFOによるデータの送受信
FIFOによるデータの送受信
– 初期化時に接続ドライブ容量を自動取得し容量データを出力
(*) VC707+Samsung850PRO 256GB SSDでの実機測定結果
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SATASATA-IP紹介：
IP紹介：AHCI
紹介：AHCIAHCI-IPコア
IPコア
• Linuxから
LinuxからSATA
からSATAチャネルにアクセスが可能
SATAチャネルにアクセスが可能
– ZC706
ZC706動作の実機リファレンス・デザイン
動作の実機リファレンス・デザイン
– Linux向け
Linux向けAHCI
向けAHCIドライバを
AHCIドライバをC
ドライバをCソースコードで提供
• NCQをサポート
NCQをサポート
– 複数コマンドの実行キュー並び替え
– キュー・テーブルを内部RAM
キュー・テーブルを内部RAMで実装し最少レイテンシ
RAMで実装し最少レイテンシ
– ランダム・アクセスで高パフォーマンスを実現
• ポート数のカスタマイズ
– 標準品はシングル・ポート
– カスタマイズでRAID
カスタマイズでRAIDやポート・マルチプライヤに対応
RAIDやポート・マルチプライヤに対応
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SATASATA-IP紹介：
IP紹介： exFAT参照デザイン
exFAT参照デザイン1
参照デザイン1
• 7シリーズ対応SATA
シリーズ対応SATASATA-IPと組み合わせる参照デザイン
IPと組み合わせる参照デザイン
– exFATシステム開発用オプション製品
exFATシステム開発用オプション製品(
システム開発用オプション製品(型番：SATA
型番：SATASATA-IPIP-exFATexFAT-X)
• 記録データをそのままPC
記録データをそのままPCからアクセス
PCからアクセス
– PCへドライブを再接続すると記録データが直接アクセス可能
PCへドライブを再接続すると記録データが直接アクセス可能
データをexFAT
データをexFAT
ファイルで記録
ドライブを装置から
外しPC
外しPCへ再接続
PCへ再接続
PCから収録データファ
PCから収録データファ
イルを直接アクセス
SATA
記録データはPC
記録データはPCからファイル・アクセス可能
PCからファイル・アクセス可能
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SATASATA-IP紹介：
IP紹介： exFAT参照デザイン
exFAT参照デザイン2
参照デザイン2
• ハードウエアは7
ハードウエアは7ｼﾘｰｽﾞ対応リファレンス・デザインと同一
– MicroBlazeファームウエアを
MicroBlazeファームウエアをexFAT
ファームウエアをexFATに対応
exFATに対応
• シリアル・コンソールでコマンド入力と結果表示
– Read/Writeのパフォーマンス実測機能つき
Read/Writeのパフォーマンス実測機能つき
• デザインはMicroBlaze
デザインはMicroBlaze動作の
MicroBlaze動作のC
動作のCソースコードで提供
– ユーザがソースを直接参照し最終製品に応用できる
– (但しサポートはオリジナルのC
但しサポートはオリジナルのCソースコード限定となります)
ソースコード限定となります)
デザインは参
照可能なC
照可能なCソ
ースで提供
exFAT応用製品の開発に貢献
exFAT応用製品の開発に貢献
開発製品向けにソースを編集
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SATASATA-IP紹介：
IP紹介： exFAT参照デザイン
exFAT参照デザイン3
参照デザイン3
• exFAT操作の基本コマンドを網羅
exFAT操作の基本コマンドを網羅
–
–
–
ファイル/
ファイル/ディレクトリ操作に必要なリード・ライト
ユーザ・システム設計のためexFAT
ユーザ・システム設計のためexFAT動作理解を支援
exFAT動作理解を支援
コマンド操作後PC
コマンド操作後PCの
SATAに繋ぎ換えてexFAT
PCのSATAに繋ぎ換えて
に繋ぎ換えてexFAT互換性を確認
exFAT互換性を確認
コマンド
HELP
FM
DIR
CD
MK
NW
RD
DL
T ST
概略
ヘルプ情報の表示
ドライブのフォーマ ッ ト
ディレクトリの表示
カレント・ ディレクトリの移動
ディレクトリの新規作成
ファイルの新規作成
ファイル内容の表示
ファイル/ ディレクトリの消去
テ ス ト機能
リファレンス・デザインで実装された基本コマンド
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Design Gateway
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SATASATA-IP紹介：
IP紹介： アプリケーション具体例1
アプリケーション具体例1
RAIDによる並列アクセス
で必要帯域を確保！
次世代ハイビジョン動画レコーダ
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Design Gateway
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SATASATA-IP紹介：
IP紹介： アプリケーション具体例2
アプリケーション具体例2
鍵データ入りのUSBメモリ
なしではSATAデバイスから
正しいデータが読めない
ユーザ不在時にUSB
メモリをはずしておく
セキュリティ・ドライブ・システム
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Design Gateway
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SATASATA-IP紹介：
IP紹介： アプリケーション具体例3
アプリケーション具体例3
• デュプリケータ(
デュプリケータ(データ・コピー機)
データ・コピー機)の参照アプリ
– マスタードライブ内容を複数の別ドライブに同時コピー
– KCKC-705で実機動作するリファレンス・デザイン
705で実機動作するリファレンス・デザイン
– SATASATA-IP正規ユーザに本デザイン・プロジェクトの提供が可能
IP正規ユーザに本デザイン・プロジェクトの提供が可能
コピー結果と転送パ
フォーマンスを表示
コピー元を
CN0へ接続
へ接続
CN0
コピー先(
コピー先(最大3
最大3台)
をCN1CN1-3へ接続
LCD/シリアルコンソールによる表示
LCD/シリアルコンソールによる表示
Design Gateway
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SATASATA-IP紹介：問い合わせ
IP紹介：問い合わせ
• ホームページに詳細な技術資料を用意
– http://www.dgway.com/SATA
http://www.dgway.com/SATASATA-IP_X.html
• 問い合わせ
– 株式会社
株式会社Design
Design Gateway
– E-mail : [email protected]
– FAX : 050050-35883588-7915
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Design Gateway
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改版履歴
Rev.
0.1
0.2
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4J
1.5J
1.6J
1.7J
1.8J
1.9J
2.0J
2.1J
2.2J
2016/7/27
日時
2009/1/19
2009/1/20
2010/1/28
2010/5/7
2012/5/15
履歴
プレゼン用ドラフト初期版作成
RAIDシステム開発例のスライド追加
Spartan-6 LXTの新規対応
Virtex-6 LXT/SXTの新規対応
SATA概要の紹介を追加
RAID開発支援ツールの説明を変更(AB09-FMCRAID対応)
2012/7/31 SSDパフォーマンス向上により、13ページグラフ変更
22ページ、ウェブサイトURL修正
2012/12/17
2013/1/7
2013/2/20
2013/4/30
2013/7/24
2014/2/26
2014/3/5
2015/1/21
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Kintex-7の新規対応
SSDパフォーマンス向上により、13ページグラフ変更
消費リソース情報を追加
exFATリファレンス・デザイン(SATA0IP-exFAT-X)の紹介を追加
Zynq7000対応版(SATA-IP006),Artix-7対応版(SATA-IP007)を追加
Virtex-7対応版(SATA-IP008)を追加
8ch RAIDのパフォーマンス結果を掲載 (20ページ)
ホストIPコア,AHCI-IPコアを追加,ﾃﾞｭﾌﾟﾘｹｰﾀ参照ｱﾌﾟﾘの記述を追加
Kintex-UltraScaleに新規対応
Design Gateway
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3位 3位