搜索
SerialATATechnology2012.06.11AusterLaiSATABasicsSATA1.0傳輸速度為1.5Gbit/s。支援進階主機控制器介面(AHCI)功能，可讓SATA儲存裝置啟用進階SATA功能，例如NCQ及熱插拔。SATA2.0傳輸速度可達3.0Gbit/s在2004年正式推出，符合ATA-7規範。SATABasicsSATA2.0進步的地方在於：1.3.0Gb/s的高傳輸速度2.支援真正的SATA指令排序(NCQ)3.PortSelector:可使Host埠的兩個獨立SATAPort連接至同一設備SATABasics4.PortMultiplier:是一種可以在一個控制器上擴展多個SATA設備的技術5.介面和連線的強化:SATA3Gb/s資料線長度最多2m。SATA1.5Gb/s只是1m，PATA更短到50cmSATABasicsSATA3.01.傳輸速度可達6Gbit/s2.新增NCQ的指令數目、優先權及演算法，包括為即時性的資源提供優先處理，主要用於影像及音像傳輸。3.採用全新INCITSATA8-ACS標準，改良傳輸訊號技術亦大幅減低了傳輸時所需功耗。SATABasicsSATA資料線由兩條傳送方向相反的差分信號對(LVDS，共4根)組成，發送(Tx)和接收(Rx)各走一路。不過，SATA在一對信號線上傳送資料的同時需要用另一對信號線返回流控(flowcontrol)資訊，所以仍然是半雙工(halfduplex)。SATAIO還是SATAII?SATAII並不是規格的名稱，而是制定SATA1.0延伸架構的組織名稱，該組織已經正式改名為SATAIO。SATAII是SATA1.0a的『延伸』，延伸的新技術完全相容於SATA1.0，但不代表廠商就一定要加入這些新功能。從SATAIO聲明解讀，新技術可以選擇性加入而非必要，如果硬碟廠出了一台標有SATAII(SATAIO)的產品，但既沒3GB/S也沒NCQ，事實上也不能說它錯。NativeCommandQueuing(NCQ)硬碟有支援NCQ，指令會先保留在硬碟控制晶片內，最多可以保留到32組指令，硬碟會根據指令所需要的資料位置重新排列，以最佳的順序送出，而降低指令的存取時間。NCQ示意圖，沒有NCQ時讀寫順序為1234，碟片要轉兩圈。有NCQ後指令會重排成1324，碟片只需要轉一圈。SATAArchitectureModelSATAArchitectureModelPhysicalLayer:1.OOBhandshake,2.Serial&ParallelDataTransfer,3.還有BISTfunctionLinkLayer:1.將要打出去的data做編碼,將收進來的data做解碼,2.維持LinkLayer的handshake機制.TransportLayer:1.將ApplicationLayer要做的Command轉化成FIS的handshake,2.對FIS的組成和解開.ApplicationLayer:1.最高層級的Layer,進行ATA或ATAPIcommand的執行,2.implementation上很多是用軟體處理.PhysicalLayerTransmission(Tx)andReception(Rx)ofa6Gb/sserialstreamPoweronsequencingSpeednegotiationProvidestatustolinklayerSupportpowermanagementrequestsOut-of-Band(OOB)signalgenerationanddetectionPhysicalLayer-OOB通訊鏈結的建立是靠OOB(OutOfBand)的檢測實現的，並且向上層LinkLayer提供了物理層的鏈結情況。透過OOBhandshake，host與device可以決定要在Gen1,Gen2或Gen3做data傳輸。OOB主要的用意有：1：初始化(initialization)2：傳送速度的協商3：重置(Reset)4：從省電狀態的喚醒PhysicalLayer-OOBOOB信號的實踐，實際上是仰賴著COMRESET/COMINIT與COMWAKE三個PHY信號線。1：COMRESET：主機對裝置的硬體重置。2：COMINIT：裝置送往主機。3：COMWAKE：主機或是裝置可以激發該信號來將PHY從省電狀態抽離。COMREST、COMINIT和COMWAKE，由四個D/K組成，其组成为：{D27.3D10.2D10.2K28.5}(ALIGNPrimitive)PhysicalLayer-OOBCOMRESET由兩部分相互間隔構成，一部分是突發長度為160個UI(UnitInterval)約106.7ns的ALIGN，另一部分是長度為480UI約320ns的Idle。COMREST和COMINIT形式上是一樣的，但COMREST只能從host到device，而COMINIT只能從device到host。PhysicalLayer-OOBOOBDetect:通過檢測ALIGN資料流程的寬度和ALIGN資料流程的間隙達到的。PhysicalLayer-Initiate通迅鏈結建立過程:1：主機重置，發出COMREST。2：設備檢測到COMRESET後以COMINIT回應。(COMINIT為重新連接開始信號，設備可以在任意時間發送COMINIT重新建立連接)若沒有COMINIT的通知，HOST就會重覆步驟1，直到DEVICE回覆為止，這也是系統允許熱插拔的關鍵。3：主機calibrate，發出COMWAKE。4：設備接收到COMWAKE後，設備連續發送6個COMWAKE信號，接著連續發送ALIGN進行傳送速度的協商。PhysicalLayer-Initiate5：主機鎖存資料。主機接收到COMWAKE後，以支援的最低速率連續發送D10.2資料，同時鎖存檢測接收的資料，當檢測到設備發送的ALIGN後，以接收的速率將ALIGN轉發給設備。D10.2是0101010101...這樣0和1交替的波形,可以讓device端更容易做clockrecovery的動作.主機在發送了COMWAKE後至少要在880ps內接檢測到ALIGN，否則主機重啟上電序列重新檢測設備，直到應用層將其終止。6：設備鎖存資料，檢測到ALIGN後發送同步信號SYNC，通訊建立成功，進入到正常操作模式。如在54.6us內未檢測到ALlGN，則進入錯誤處理，等待重新連接。7：當主機接收到三個非ALIGN後，鏈結建立完成，進入正常操作。PhysicalLayer-InitiatePhysicalLayer-InitiateDevice與Host連接是首先從Device支持的最高速開始的，如果最高速不滿足則用較低速率再次匹配，直到最低速率也不能匹配後Device將進入error狀態;換速等待時間為54.6us(2048個ALIGNDWORD傳輸時間)；PhysicalLayerDetailedBlockDiagramLinkLayer1.Providesframeflowcontrol2.CRCgeneration/checking3.Scrambles/descramblesdataandcontrolwords4.8b/10bencodingConduct5.ConvertsdatafromtransportlayerintoframesLinkLayer傳輸層有FIS要傳送，鏈結層計算CRC值、加擾和8B/10B編碼後，加上SOF和EOF封裝成frame，傳遞給物理層。通過插入各種primitive進行流量控制，在成功傳遞完有效資料後，連接層等待對方的應答，並把結果傳給上層；從物理層接收到有效資料時，進行8B/10B解碼、解擾以及CRC效驗，然後將資料提交到傳輸層。LinkLayer-8B/10B8B/10B編解碼:資料值可以統一的表示為Dx．y或Kx．y，其中D表示為資料字元，K表示為特殊的控制字元，x表示輸入的原始資料的低5位元，y表示輸入的原始資料的高3位元。輸出位元數目總共是10個位元，但只有「+2」「+0」「-2」三種組合。「+2」是指4個位元0，與6個位元1；「+0」是指5個位元「0」，與5個位元「1」；「-2」是指6個位元「0」，與4個位元「1」，利用這種「不均等性-Disparity」的特性而具有強大的直流平衡（DCBalance）功能，可使得發送的「0」、「1」數量保持一致，連續的「1」或「0」基本上不超過5位。LinkLayer-8B/10B編碼分為兩個階段：階段一，把低5位元資料結合D/K#與CRD的當前狀態(正或負)查5B/6B資料編碼表，產生高6位元資料。階段二，把高3位元資料結合D/K#與CRD當前狀態查3B/4B編碼資料表，產生低4位元資料。對K控制字元的編碼方式和D資料字元編碼方式一樣。協定中只使用了兩個控制字元K28.3和K28.5LinkLayer-8B/10BLinkLayer-8B/10B例如一組8位元的資料是10110101(B5h)：首先，分成兩組101與10101a=10101（21）b=101（5），符號為D21.5，在下表中的位序為HGFEDCBA，a（EDCBA）經過5B/6B編碼為abcdei，b（HGF）經過3B/4B編碼為fghj。LinkLayer-8B/10BLinkLayer-8B/10BExample:HEXnumber45HEXnumberBCLinkLayer–CRDCurrentRunningDisparity(CRD)，反映所發送的‘1’和‘0’的總數，用一位二進位數字來表示正和負(-1and1)。當傳輸完一次資料後，SATA必須根據當前的傳輸資料計算下一個CRD值。交替使用RD+和RD-欄的值，使差分信號的直流分量盡量小。計算規則如下：(1)資料‘l’的個數大於‘0’的個數，那麼CRD為正。(2)資料‘0’的個數大於‘1’的個數，那麼CRD為負。(3)資料中‘l’的個數等於‘0’的個數，則CRD的值不變。LinkLayer–CRD00111111101011100101010010018bCharacter0x3FThis10bCharactertransmittedwhenCRDnegativeThis10bCharactertransmittedwhenCRDpositiveThischaracter6ones4zerosDisparity+2--nextCRDpositiveThischaracter4ones6zerosDisparity-2--nextCRDnegativeLinkLayer–Scrambling資料在進行8b/10b編碼之前，必須先行資料打散(Scramble)的處理，目的是為了降低EMI。實現方式是由LFSR(LinearFeedbackShiftRegister)的方式來實踐；基本原理是將資料的8位元與LFSR暫存器的16位元輸出做XOR的處理。多項式G(x):LinkLayer–Scrambling規定LFSR的初始值為0xFFFF，LFSR必須在SOF標誌前就要被初始化，在SOF與EOF之間的資料，包括CRC值都需要加擾。對於操作基元Primitive是不需要加擾的資料處理流程:對於一個資料包，在SOF後的資料就必須計算其CRC值，同時這個資料必須和擾碼器的輸出進行XOR操作，操作結果送往8B／10B編碼器編碼；反之，在接收方，資料先通過10B／8B解碼，再與擾碼器的輸出結果進行XOR操作，最後計算資料的CRC值。LinkLayer–CRCCRC的計算是以SOF和EOF之間的所有資料(即不包括操作基元)為物件，以Dword(32-bit)為單位，如果資料的內容不是Dword的整數倍，需要在資料包的後面用‘0’來補充。協議規定CRC的初始值為0X52325032，SOF和EOF之間的所有資料不能超過2064個