现代的计算机追求的是更快的速度、更高的数据完整性和灵活性。无论从物理性能,还是从电气性能来看,现今的并行总线都已出现了某些局限,无法提供更高的数据传输率。而SATA以其传输速率快、支持热插拔、可靠的数据传输等特点,得到各行业越来越多的支持。目前市场上的SATA IP CORE都是面向IC设计的,不利于在FPGA上集成,因此,本文在Xilinx公司的Virtex5系列FPGA上实现SATAⅡ协议,对SATA技术的推广、国内逻辑IP核的发展都有一定的意义。本文将SATAⅡ协议的FPGA实现划分成物理层、链路层、传输层和应用层四个模块。提出了物理层串行收/发器设计以及物理链路初始化方案。分析了链路层模块结构,给出了作为SATAⅡ链路层核心的状态机的设计。为满足SATAⅡ协议3.0Gbps的速率,采用扩大数据处理位宽的方法,设计完成了链路层的16b/20b编码模块,同时为提高数据传输可靠性和信号的稳定性,分别实现了链路层CRC校验模块和并行扰码模块。在描述协议传输层的模块结构的基础上,给出了作为传输层核心的状态机的设计,并以DMA DATA OUT命令的操作为例介绍了FIS在传输层中的处理过程。完成了命令层协议状态机的设计,并实现了SATAⅡ新增功能NCQ技术,从而使得数据传输更加有效。最后为使本设计应用更加广泛,设计了基于AHB总线的用户接口。本设计采用Verilog HDL语言对需要实现的电路进行描述,并使用Modelsim软件仿真。仿真结果表明,本文设计的逻辑电路可靠稳定,与SATAⅡ协议定义功能一致。