串行高技术附件(SATA)接口技术是连接主机和存储系统的新兴接口技术,其采用串行方式进行数据传输。相较传统IDE硬盘,该接口技术使用嵌入式时钟信号,具备很强的纠错能力;需求电压降至250mV,能够支持热插拔;以连续串行的方式传送数据,使接口针脚数目大幅减少。SATA2.0是SATA接口技术的第二代标准,它将存储系统的外部传输速率理论值从第一代的1.5Gbps提高到3Gbps。目前SATA接口应用广泛,但国内尚无独立研发的SATA芯片。计算机数据通常都存放在硬盘上,因此保护硬盘中的数据比保护电脑本身显得更加重要。针对此问题,在以往的解决方案中,通常采用软件加密方法予以实现,但软件加密存在着加密速度低、降低系统性能和加密软件自身安全性等方面的问题。因此,研究基于硬件的数据加密系统具有重要的意义。为了保护硬盘中的数据不被盗窃和软件加密在面对海量数据时的无能为力,同时为了克服IDE加密卡加密速度低,效率不高等缺点,本设计将SATA接口和加解密功能结合起来,在主机和硬盘之间加入SATA2.0加解密接口芯片,将主机和硬盘传送来的数据进行加解密处理后再传输给相应端,完成对数据进行高速硬件加密的功能。论文对芯片设计流程作了详细介绍,提出了一种将硬盘加密和SATA接口结合起来进行设计和研究的方法。分析了SATA2.0协议标准,将设计分为物理层,链路层,传输层。完成了物理层封包模块(PPK),物理层接口单元模块(PIU),接收判断模块(RE),发送接口引擎(SIE),数据处理模块(DPM),发送控制模块(SCM),加解密模块(ENCP)等模块的设计。设计采用吉比特高速串行收发器(GTP)作高速数据传输的物理层,在Virtex5 FPGA芯片上进行其它上层逻辑设计。本文重点讨论了SATA2.0加解密接口芯片的验证过程,并在ModelSim上针对各模块的功能和结构进行了模块验证及系统级验证。以Xilinx Virtex5 LX50T FPGA为核心的ML505评估板作为芯片功能和指标的测试平台,对SATA2.0加解密接口芯片进行了测试,测试结果表明主机设备能够正常通信,性能能够达到设计要求。本文研究内容对SATA接口和硬盘加密芯片的工程设计有参考意义。