固态硬盘(Solid State Disk)是一种新型的硬盘存储设备,与传统的磁记录硬盘相比,具有数据传输率高、能耗低、抗震性好等优点,在高端存储应用中市场潜力巨大。由于固态硬盘采用的是半导体存储介质,不再含有机械部件,其数据读写速度得以显著提升。采用串行高级技术附件协议(Serial Advanced Technology Attachmet, SATA)的接口标准,将使固态硬盘的接口速度在ATA协议的基础上大幅提升。虽然目前SATA接口有着广泛应用,但国内对此方向的研究成果甚少,尚无发现自主研发的SATA接口芯片。详细分析了SATA协议规范,分层阐述了协议的主要功能,阐述了硬件设计方法及相应的硬件开发环境,给出了固态硬盘接口体系结构。根据SATA协议数据传输流程进行了层次性功能模块和主控模块划分,进而对主控模块中的物理层初始化状态机、链路层传输控制状态机及循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check, CRC)、数据扰频、带外信号信号等功能模块进行了设计和实现。对SATA协议传输层主要的数据传输模式PIO(Programming Input/Output)传输与DMA(Direct Memory Access)传输进行了分析与设计,阐述了SATA协议双方进行数据传输的交互过程。对实现的SATA协议各层主要功能进行了仿真验证与结果分析,针对SATA物理层进行了板级调试验证,对验证结果进行了理论分析并提出了改进方法。通过对接口进行设计优化,节省了FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片门阵列资源,加快了数据传输进程,提高了接口数据传输速度。