并行ATA已有20多年的历史,经过不断的改进,其传输速率已从最早的3.3MB/s提升到ultra DMA 133的133MB/s,但还是不能满足飞速发展的信息技术对海量高速存储的需求。串行ATA(Serial Advanced Technology Attachment,SATA)作为一种新兴的接口技术,以其传输速率快、支持热插拔、支持NCQ(Native Command Queuing,原生命令队列)等特性,得到广泛的应用。但是国内尚缺自主研发的SATA接口芯片,因此对SATA接口进行研究是有意义的。给出了固态盘体系结构,对微处理器和存储介质的进行了选择,介绍了设计中使用到的寄存器,再结合SATA 2.5协议标准,对SATA接口的实现进行了层次划分。对划分的物理层、链路层、传输层、应用层进行功能分析。给出传输层的总体设计框架,通过对传输层的FIS封装模块、FIS解封模块和控制模块的设计与实现,来完成传输层对8种当前信息帧的封装或解封。给出应用层的总体设计框架,利用上电检测和复位模块完成对设备的初始化和上电检测;利用命令解析模块,实现了对信息的检测,决定设备要进行的操作;设计与实现了SATA新增的NCQ技术和热插拔技术,使得命令的执行更加有效,设备的可恢复性和灵活性得到提高。利用Xilinx ISE 10.1开发环境对SATA接口的传输层与应用层进行了系统仿真与结果分析。仿真结果验证了设计的有效性和正确性。最后,根据仿真的结果进一步提出了优化设计方案。