深空探测是人类了解宇宙的重要方式，其产生的探测数据需要高速实时的存储以便作为后续各类研究的依据，因此就对数据的传输速度、存储速度、存储容量以及存储可靠性等方面提出了更高的要求。串行高级技术附件SATA作为新一代磁盘接口总线，具有探测数据所需的多项突出的功能以及特性。本论文详细介绍并分析了SATA协议中与设计有关的内容，具体划分为四个层次，然后根据分析结果构建了SATA硬盘主机控制器的层次结构，并且进行了详细的设计。在此基础上对各个模块进行Verilog编程，然后对所有模块进行ModelSim仿真，最后在Xilinx ML507开发板上进行相关调试以及设计验证。最终测试表明，本论文设计的基于Xilinx FPGA的SATA硬盘主机控制器满足SATA协议需求，并且具有使用方便、集成度高、成本低等优点，使开发变得方便快捷，更能够适应市场需求。目前SATA已在存储领域广泛应用，但国内独立研发面向FPGA的SATA硬盘主机控制器的机构很少，因此，设计面向FPGA应用的SATA硬盘主机控制器具有重要的意义，使得用户能够绕开复杂而繁琐的SATA协议，通过控制相对简单的接口信号就能读写SATA硬盘，为深空探测数据的存储奠定了基础，具有一定的工程应用价值。