SATA-IPコア

SATASATA-IPのご
IPのご紹介
のご紹介(Altera
紹介(Altera版
(Altera版)
Ver1.4J
SATA-3(6Gbps)に
に対応!
対応
(StratixIV GX/ArriaV GX版
版)
ストレージの魔術師
ストレージの魔術師！
魔術師！
2015/3/6
Design Gateway
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SATASATA-IP説明資料
IP説明資料アジェンダ
説明資料アジェンダ
• SATA概略
SATA概略
– SATA
SATAの
の概略・
概略・特長・
特長・動向
– SATA導入
メリット・実装
実装
SATA導入メリット・
導入メリット・
• 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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Design Gateway
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SATA概略
SATA概略：
概略： SATAとは
SATAとは
• HDD/SSDの
HDD/SSDの標準ストレージ・インターフェイス
標準ストレージ・インターフェイス
– 2000年
2000年に最初の
最初のSATA1.0規格
SATA1.0規格、
規格、現在の
現在の最新は
最新はSATA3.0
• 従来の
従来のIDE(ParallelIDE(Parallel-ATA)から
ATA)から改良
から改良
– ケーブル
ケーブル改良
改良（
改良（80芯
80芯46cm -> 扁平細ケーブル
扁平細ケーブル1m
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
ジャンパ設定不要(PATA
設定不要(PATAは
(PATAはMaster/Slave設定必要
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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Design Gateway
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SATA概略
SATA概略：
概略： SATAデバイスの
SATAデバイスの特長
デバイスの特長
• 汎用
– 互換性
互換性がありデバイスの
がありデバイスの入
がありデバイスの入れ替え可能
– 市販品ゆえ
市販品ゆえ入手
ゆえ入手が
入手が非常に
非常に容易
• 低価格
– 2.5
2.5“SSD
SSDでは
SSDでは256GB
では256GBが
256GBが\14,000円程度
14,000円程度
– 3.5”HDD
だと3TB
3TBが
3.5 HDDだと
HDDだと
3TBが\10,000円程度
10,000円程度
(出典: 価格.com 2012年12月6日12:30時点)
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Design Gateway
Page 4
SATA概略
SATA概略：
概略： SATAデバイスの
SATAデバイスの動向
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
SSDへ移行しつつある
移行しつつある
• SSDは
SSDはHDDより
HDDより耐衝撃
より耐衝撃、
耐衝撃、静寂性面でメリットがある
静寂性面でメリットがある
• その反面
その反面、
反面、記録容量単価が
記録容量単価が高く大容量品が
大容量品が少ない
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Design Gateway
Page 5
SATA概要
SATA概要：
概要：組込み
組込み機器への
機器へのSATA
へのSATA導入
SATA導入メリット
導入メリット
• 巨大な
巨大な不揮発性メモリ
不揮発性メモリ空間
メモリ空間を
空間を提供
– GB～
GB～TBクラスの
TBクラスの不揮発
クラスの不揮発ストレージ
不揮発ストレージ容量
ストレージ容量
• 高速・
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
市販品ゆえ低価格
ゆえ低価格
実売価格１万円前後）
万円前後）
• 互換性
– 故障時
故障時に
に新品への
新品への交換
への交換のみで
交換のみで修理対応可能
のみで修理対応可能
– 採用SATA
ドライブを変更
変更し
採用SATAドライブを
SATAドライブを
変更し製品ラインナップを
製品ラインナップを追加
ラインナップを追加
採用ドライブを
採用ドライブを変更
ドライブを変更するだけで
変更するだけで
ハイエンド版
ハイエンド版～ロープライス版
ロープライス版の
製品ラインナップﾟを
製品ラインナップﾟを用意
ラインナップﾟを用意できる
用意できる
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Design Gateway
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SATA概要
SATA概要：
概要：組込み
組込み機器への
機器への実装方法
への実装方法
• １：市販の
市販のSATAチップ
SATAチップ(ASSP)
チップ(ASSP)を
(ASSP)を使う
– 長所
長所：
：チップ単価
チップ単価
– 短所：
短所：MOQ・サポート
MOQ・サポート制約
・サポート制約、
制約、固定化された
固定化された機能
された機能
• ２：FPGA+SATAFPGA+SATA-IPコアを
IPコアを使
コアを使う
– 長所
長所：
：柔軟性・
柔軟性・RAID等特殊用途対応
RAID等特殊用途対応、
等特殊用途対応、MOQ
– 短所：
短所：チップ単価
チップ単価(SATA
単価(SATA機能
(SATA機能のみとして
機能のみとして実装
のみとして実装した
実装した場合
した場合)
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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Design Gateway
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SATASATA-IP紹介
IP紹介：
紹介： SATASATA-IPとは
IPとは
• GXB(
GXB(高速
高速シリアル
高速シリアル通信機能
シリアル通信機能ブロック
通信機能ブロック)
ブロック)を応用し
応用しSATAチャネルを
SATAチャネルを実装
チャネルを実装
• IPコアは
IPコアはLink
コアはLink層
Link層を実装 (Transport層
(Transport層の一部を
一部を含む)
• Link層以外
はリファレンス・デザインで提供
提供
Link層以外はリファレンス・デザインで
層以外はリファレンス・デザインで
Application/Transport
層はReferenceで提供
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IPコアはLink層
を実装
Design Gateway
PHY(物理)層は
Referenceで提供
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SATASATA-IP紹介
IP紹介：
紹介：製品ラインナップ
製品ラインナップ
型番
対応デバイス
対応デバイス
SATA対応
SATA対応
SATASATA-IPIP-A5GX
ArriaV GX
SATASATA-III
4chRAID,ﾎｽﾄ
4chRAID,ﾎｽﾄ側
ﾎｽﾄ側,ﾎｽﾄIP,exFAT
ﾎｽﾄIP,exFAT
SATASATA-IPIP-S5GX
StratixV GX
SATASATA-III
4chRAID,ﾎｽﾄ
4chRAID,ﾎｽﾄ側
ﾎｽﾄ側
SATASATA-IPIP-S4GX
StratixIV GX
SATASATA-III
4chRAID,ﾎｽﾄ
4chRAID,ﾎｽﾄ側
ﾎｽﾄ側, ﾎｽﾄIP,
ﾎｽﾄIP,ｱﾌﾟﾘ
IP,ｱﾌﾟﾘ例
ｱﾌﾟﾘ例
SATASATA-IPIP-C4GX
CycloneIV GX
SATASATA-II
ﾎｽﾄ側
ﾎｽﾄ側
SATASATA-IPIP-A2GX
ArriaII GX
SATASATA-II
ﾎｽﾄ側
ﾎｽﾄ側
StratixIV/V GX, ArriaV GXは
GXは
SATA3.0 (6Gbps)に
(6Gbps)に対応
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実機検証可能なリファレンス・デザイン
実機検証可能なリファレンス・デザイン
豊富なリファレンス・デザイン
豊富なリファレンス・デザイン
(購入前の
購入前の実機動作検証が
実機動作検証が可能)
可能)
Design Gateway
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SATASATA-IP紹介
IP紹介：
紹介： SATASATA-III(6Gbps)に
III(6Gbps)に対応
• 最新規格の
最新規格のSATASATA-III(6Gbps)に
III(6Gbps)に対応
–
–
–
–
StratixIV GX版
GX版(SATA(SATA-IPIP-S4GX)
ArriaV GX版
GX版(SATA(SATA-IPIP-A5GX)
実測例１
実測例１：Read=418MB/s, Write=426MB/s (※1)
実測例２
実測例２：Read=480MB/s, Write=279MB/s (※2)
※1 OCZ AGT3AGT3-25SAT325SAT3-60G, 00-fillパターンで
fillパターンで全容量
パターンで全容量60GB
全容量60GBをシーケンシャルで
60GBをシーケンシャルで
一括Read/Write
一括Read/Write実行
Read/Write実行した
実行した時
した時の実測結果(StratixIV
実測結果(StratixIV GX版
GX版)
※2 Micron C400C400-MTFDDAC256MAM, ｲﾝｸﾘﾒﾝﾀﾙパターンで８GB
ｲﾝｸﾘﾒﾝﾀﾙパターンで８GBを
GBを
シーケンシャルでRead/Write
シーケンシャルでRead/Write実行
Read/Write実行した
実行した時
した時の実測結果(StratixIV
実測結果(StratixIV GX版
GX版)
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Design Gateway
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SATASATA-IP紹介
IP紹介：
紹介： Hostと
HostとDeviceの
Deviceの両対応
• 同一のコアで
同一のコアでHost(
のコアでHost(パソコン
Host(パソコン側
パソコン側)とDevice(ディスク
Device(ディスク側
ディスク側)の
両方をサポート
両方をサポート
– dev_host_n入力
dev_host_n入力で
入力でHostコア
Hostコア/Device
コア/Deviceコアを
/Deviceコアを切
コアを切り替え
dev_host_n
= VCC
= GND
SATA Deviceコア
として機能
SATA Hostコアと
して機能
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Design Gateway
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SATASATA-IP紹介
IP紹介：
紹介：評価用SOF
評価用SOFファイル
SOFファイル
• 実機
実機のライト・リード
のライト・リード速度測定
のライト・リード速度測定が
速度測定が可能な
可能な無償評価ファイル
無償評価ファイル
• StratixIV GX/ArriaV GX/CycloneIV GX/ArriaII GX全
GX全て提供可能
• StratixIV GX版
GX版とArriaV GX版
GX版はSATASATA-III(6Gbps)動作
III(6Gbps)動作 (他は3Gbps)
Altera FPGA
開発ボード
開発ボード
Nios2での実測値
DesignGateway製
製
AB11-HSMCSATAアダプタ
アダプタ
SSD/HDD
Write: 279MB/s, Read: 480MB/s
(Micron C400で
で連続アクセス
連続アクセス8GB)
アクセス
実機評価環境(StratixIV GX版)
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Page 12
SATASATA-IP紹介
IP紹介：
紹介：リファレンス・デザイン概要
リファレンス・デザイン概要
• 各FPGA開発
FPGA開発ボードで
開発ボードで実機動作
ボードで実機動作
– コア製品
コア製品に
製品に標準添付
– 評価SOF
評価SOFファイルの
SOFファイルのQuartusII
ファイルのQuartusIIプロジェクト・デザイン
QuartusIIプロジェクト・デザイン
– 接続SATA
接続SATAデバイスのパフォーマンスを
SATAデバイスのパフォーマンスを実測
デバイスのパフォーマンスを実測
• コア以外
コア以外の
以外の全ソースコード提供
ソースコード提供
– Application/Transport/PHYレイヤの
Application/Transport/PHYレイヤのHDL
レイヤのHDLソース
HDLソース
– NiosIIファームウエアも
NiosIIファームウエアもC
ファームウエアもCソースで提供
ソースで提供
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Design Gateway
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SATASATA-IP紹介
IP紹介：
紹介：リファレンス・デザイン構成
リファレンス・デザイン構成
NiosIIのファームでシステ
のファームでシステ
ム全体をコントロール
全体をコントロール
Avalonバス
バス
ブリッジ
Linkレイヤ
レイヤ
(IPコア
コア)
コア
PHYレイヤ
レイヤ
SATA-IPリファレンス・デザインのブロック図(ArriaV GX版)
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SATASATA-IP紹介
IP紹介：
紹介： RAID開発支援
RAID開発支援ツール
開発支援ツール
• 8台の2.5“SATA
2.5 SATAドライブ
SATAドライブ接続
ドライブ接続が
接続が可能な
可能なHSMC拡張基板
HSMC拡張基板
• デザイン・ゲートウェイ社
デザイン・ゲートウェイ社/各Altera代理店
Altera代理店から
代理店から購入可能
から購入可能
2.5“SATAドライブ
ドライブ
(最大
最大8台
最大台まで接続可
まで接続可)
接続可
(ドライブを
ドライブをRAID開発
開発
ドライブを
アダプタに直接勘合
アダプタに直接勘合)
直接勘合
RAID開発用
開発用アダプタ
開発用アダプタ
型番：
：AB12-HSMCRAID
型番
(開発
開発キット
開発キット基板
キット基板の
基板の
HSMC I/Fで
で接続)
接続
Altera製
製FPGA
開発キット
開発キット基板
キット基板
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SATASATA-IP紹介
IP紹介：
紹介： RAIDパフォーマンス
RAIDパフォーマンス
SATA3 SSD単体
SSD単体
SSDx4 RAID時
RAID時
※使用SSD:
Plextor製
製PX-256M5S
使用
• Write時約
Write時約1.4GB/s
時約1.4GB/sの
1.4GB/sの書込速度(RAID
書込速度(RAID効率
(RAID効率 = 89%)
– 4K2K等
4K2K等の超高解像度の
超高解像度の動画記録が
動画記録が十分可能な
十分可能な速度
• Read時
Read時2GB/s以上
2GB/s以上! (RAID効率
(RAID効率 =
99.8%
)
– 少数の
少数のSSDドライブで
SSDドライブで動画再生
ドライブで動画再生システムを
動画再生システムを構築可能
システムを構築可能
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Design Gateway
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SATASATA-IP紹介
IP紹介：
紹介：オプション製品
オプション製品
• exFAT参照
exFAT参照デザイン
参照デザイン (製品型番：
製品型番： SATASATA-IPIP-exFATexFAT-A)
– exFAT
exFATアクセス
アクセス機能
アクセス機能を
機能をNiosIIファームウエアで
NiosIIファームウエアで実装
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記録->PC接続
>PC接続でのアクセス
接続でのアクセス可能
でのアクセス可能
• ホストIP
ホストIPコア
IPコア(開発中)
開発中)
–
–
–
純ロジック(CPU
ロジック(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
ライト・コマンドをロジックにより全自動実行
CPU処理
CPU処理オーバーヘッドなしで
処理オーバーヘッドなしで最高
オーバーヘッドなしで最高のパフォーマンス
最高のパフォーマンス
• AHCIAHCI-IPコア
IPコア(開発中)
開発中)
– LinuxOS
LinuxOSからの
からのSATA
からのSATAアクセス
SATAアクセス機能
アクセス機能を
機能を実装
– SoC向
SoC向けコア (ARM内蔵
(ARM内蔵FPGA
内蔵FPGAに
FPGAに対応)
対応)
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Design Gateway
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SATASATA-IP紹介
IP紹介：
紹介： exFAT参照
exFAT参照デザイン
参照デザイン1
デザイン1
• 7シリーズ対応
シリーズ対応SATA
対応SATASATA-IPと
IPと組み合わせる参照
わせる参照デザイン
参照デザイン
– exFATシステム
exFATシステム開発用
システム開発用オプション
開発用オプション製品
オプション製品(
製品(型番：
型番：SATASATA-IPIP-exFATexFAT-A)
• 記録データをそのまま
記録データをそのままPC
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
PCへドライブを再接続
へドライブを再接続すると
再接続すると記録
すると記録データが
記録データが直接
データが直接アクセス
直接アクセス可能
アクセス可能
データをexFAT
ファイルで記録
ドライブを装置
から外しPCへ
再接続
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
記録データはPC
データはPCからファイル・アクセス
PCからファイル・アクセス可能
からファイル・アクセス可能
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Design Gateway
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SATASATA-IP紹介
IP紹介：
紹介： exFAT参照
exFAT参照デザイン
参照デザイン2
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
ｼﾘｰｽﾞ対応リファレンス・デザインと
対応リファレンス・デザインと同一
リファレンス・デザインと同一
– NiosIIファームウエアを
NiosIIファームウエアをexFAT
ファームウエアをexFATに
exFATに対応
• シリアル・コンソールでコマンド入力
シリアル・コンソールでコマンド入力と
入力と結果表示
– Read/Writeのパフォーマンス
Read/Writeのパフォーマンス実測機能
のパフォーマンス実測機能つき
実測機能つき
• デザインはNiosII
デザインはNiosII動作
NiosII動作の
動作のCソースコードで提供
ソースコードで提供
– ユーザがソースを
ユーザがソースを直接参照
直接参照し
直接参照し最終製品に
最終製品に応用できる
応用できる
– (但しサポートはオリジナルのC
しサポートはオリジナルのCソースコード限定
ソースコード限定となります
限定となります)
となります)
デザインは参
デザインは参
照可能な
照可能なC
ソースで提供
ソースで提供
exFAT応用製品
応用製品の
応用製品の開発に
開発に貢献
開発製品向けにソースを
開発製品向けにソースを編集
けにソースを編集
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Design Gateway
Page 19
SATASATA-IP紹介
IP紹介：
紹介： exFAT参照
exFAT参照デザイン
参照デザイン3
デザイン3
• exFAT操作
exFAT操作の
操作の基本コマンドを
基本コマンドを網羅
コマンドを網羅
–
–
–
ファイル/
ファイル/ディレクトリ操作
ディレクトリ操作に
操作に必要なリード・ライト
必要なリード・ライト
ユーザ・システム設計
ユーザ・システム設計のため
設計のためexFAT
のためexFAT動作理解
exFAT動作理解を
動作理解を支援
コマンド操作後
コマンド操作後PC
SATAに繋ぎ換えてexFAT
えてexFAT互換性
操作後PCの
PCのSATAに
exFAT互換性を
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
ヘルプ情報の
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
ディレクトリの表示
カレント・ディレクトリの移動
ディレクトリの移動
ディレクトリの新規作成
ディレクトリの新規作成
ファイルの新規作成
ファイルの新規作成
ファイル内容
ファイル内容の
内容の表示
ファイル/ ディレクトリの消去
ディレクトリの消去
テスト機能
ト機能
リファレンス・デザインで実装
リファレンス・デザインで実装された
実装された基本
された基本コマンド
基本コマンド
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Design Gateway
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SATASATA-IP紹介
IP紹介：
紹介：アプリケーション具体例
アプリケーション具体例1
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
Page 21
SATASATA-IP紹介
IP紹介：
紹介：アプリケーション具体例
アプリケーション具体例2
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
Page 22
SATASATA-IP紹介
IP紹介：
紹介：問い合わせ
• ホームページに詳細
ホームページに詳細な
詳細な技術資料を
技術資料を用意
– http://www.dgway.com/SATA
http://www.dgway.com/SATAwww.dgway.com/SATA-IP_A.html
• 問い合わせ
– 株式会社
株式会社デザイン・ゲートウェイ
デザイン・ゲートウェイ
– E-mail : [email protected]
– FAX : 050050-35883588-7915
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Design Gateway
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改版履歴
Rev.
0.9
0.91
1.0
1.1
1.2
1.3J
1.4J
2015/3/6
日時
2011/7/27
2011/7/27
2011/7/28
2011/9/23
2012/5/16
2013/8/27
2015/3/5
履歴
ドラフト版の作成
図の差し替え、ローマ数字を半角英数で統一(Ⅳ→IV)
初版リリース
SATA解説を追加
RAID開発用アダプタ基板としてAB12-HSMCRAIDを紹介
ArriaV GX版を追加
オプション製品の記述を追加
Design Gateway
Page 24

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