SATA協(xié)議簡介

1、概述

本文檔主要介紹SATA的發(fā)展歷程以及SATA相關(guān)協(xié)議，為后續(xù)SATA驅(qū)動框架分析做基礎(chǔ)知識準(zhǔn)備。

2、SATA簡介

2.1 SATA發(fā)展歷程
2.1.1 PATA硬盤

PATA硬盤叫做并行ATA硬盤(Parellel ATA)。為了限制其信號放大系統(tǒng)產(chǎn)生的高噪聲，常采用高達(dá)5V的電壓來傳輸正常信號，但是采用大電壓導(dǎo)致生產(chǎn)成本上升，同時(shí)也不利于高速傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造。由于數(shù)據(jù)是并列傳輸所以它的傳輸速率受到并行限制，故總體傳輸率最快能達(dá)到133MB/s。

2.1.2 SATA硬盤

SATA硬盤，即SATA（Serial ATA）又被稱為串口硬盤。SATA采用差分信號系統(tǒng)，該系統(tǒng)能有效將噪聲濾除，因此SATA就不需要使用高電壓傳輸去抑制噪聲，只需要使用低電壓操作即可。
在數(shù)據(jù)傳輸這一方面，SATA的速度比PATA更加快捷，并支持熱插拔。另一方面，SATA總線使用了嵌入式時(shí)鐘頻率信號，具備了比以往更強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，能對傳輸指令（不僅是數(shù)據(jù)）進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤會自動矯正，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴２贿^，SATA和PATA最明顯的分別，是用上了較細(xì)的排線，有利機(jī)箱內(nèi)部的空氣流通，某程度上增加了整個(gè)平臺的穩(wěn)定性。
目前SATA接口主要有SATA1.0、SATA2.0、SATA3.0這三個(gè)版本，三種主流規(guī)范的帶寬與傳輸速度的對比如圖 2.1所示。

圖 2.1 SATA傳輸速度對比

2.1.3 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

SATA是用來取代大容量存儲設(shè)備并行ATA鏈接方式的高速串行鏈接方式。
對于并行ATA設(shè)備，多個(gè)設(shè)備通過主/從（master/slave）通信技術(shù)鏈接到并行ATA總線上，其鏈接方式如圖 2.2所示。

圖 2.2 PATA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

而SATA的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是點(diǎn)對點(diǎn)式的，主機(jī)可以通過多個(gè)鏈接支持多個(gè)設(shè)備，每個(gè)設(shè)備百分百占用總線帶寬，并且一個(gè)設(shè)備的鏈接出錯(cuò)不會影響其他設(shè)備的鏈接，其鏈接方式如圖 2.3所示。

圖 2.3 SATA拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2.2 SATA協(xié)議
2.2.1 SATA接口結(jié)構(gòu)

SATA接口使用4根電纜傳輸數(shù)據(jù)，其結(jié)構(gòu)圖如圖 2.4所示。Tx+、Tx-表示輸出差分?jǐn)?shù)據(jù)線，對應(yīng)的，Rx+、Rx-表示輸入差分?jǐn)?shù)據(jù)線。

圖 2.4 SATA接口結(jié)構(gòu)圖

2.2.2 協(xié)議模型

SATA接口協(xié)議借鑒TCP/IP模型，將SATA接口劃分為四個(gè)層次來實(shí)現(xiàn)，包括物理層、鏈路層、傳輸層、應(yīng)用層，其體系結(jié)構(gòu)如圖 2.5所示。

圖 2.5 SATA體系結(jié)構(gòu)

2.2.3 物理層分析
物理層采用全雙工串行傳輸方式，主要功能是進(jìn)行信號的串并及并串轉(zhuǎn)化。物理層接收來自鏈路層的數(shù)據(jù)信息，將接收到的并行的數(shù)字邏輯信號轉(zhuǎn)換為串行的差分物理信號，發(fā)送到主機(jī)端。相應(yīng)的物理層能將來自主機(jī)端的串行差分物理信號轉(zhuǎn)化為并行的邏輯信號傳送到鏈路層。
為了提高 SATA 接口的擴(kuò)展能力和響應(yīng)能力， SATA 協(xié)議還引進(jìn)了帶外信號(Out Of Band，OOB)來協(xié)助物理層進(jìn)行上電初始化以及復(fù)位操作。2.2.4 鏈路層分析
鏈路層的主要功能是通過控制原語的傳遞來控制信息幀的整個(gè)傳輸過程，保證幀信息能夠正確的發(fā)送與接收并能進(jìn)行流量的控制，防止數(shù)據(jù)發(fā)送過快或接受過多。
1）接收來自物理層的信息，對信息幀進(jìn)行編碼、解碼、校驗(yàn)和擾碼，然后給傳輸層發(fā)送 SOF 原語，通知傳輸層接收數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，給傳輸層發(fā)送EOF原語，通知傳輸層該幀傳輸完成。
2）接收來自傳輸層的信息，給接收的信息頭封裝上SOF原語和EOF原語，然后對信息幀進(jìn)行編碼、解碼、校驗(yàn)、擾碼，傳送給物理層。
鏈路層的控制原語是用來控制和維持串行鏈路數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)。它們是以32位數(shù)據(jù)為單位的信息包，控制原語一共有18種，它們都有各自的功能，如：ALIGN原語用來做物理層中數(shù)據(jù)對齊；SOF、EOF原語用來做數(shù)據(jù)傳輸時(shí)信息幀的邊界定義等。2.2.5 傳輸層分析
傳輸層主要負(fù)責(zé)FIS幀信息結(jié)構(gòu)的封裝與解封。
1）傳輸層接收到來自應(yīng)用層的數(shù)據(jù)傳輸操作請求后，將相關(guān)寄存器中信息按SATA協(xié)議規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)格式封裝為FIS傳遞給鏈路層。當(dāng)鏈路層正確接收完成后，能給傳輸層反饋成功完成本次傳輸?shù)男盘枴?br />2）傳輸層接收到來自鏈路層的SOF信號后，能接收FIS信息幀，并能判斷該FIS的類型，根據(jù)FIS類型，判斷該FIS是否是有效的FIS。如果是則將該FIS中的命令和數(shù)據(jù)等按照SATA協(xié)議規(guī)定進(jìn)行解析，映射到各個(gè)寄存器中，然后能通知應(yīng)用層接收相應(yīng)寄存器的值。如果該FIS無效，則丟棄。2.2.6 應(yīng)用層分析
應(yīng)用層能夠進(jìn)行接受來自主機(jī)端的命令，根據(jù)命令的要求將自身的信息發(fā)送給主機(jī)端，或是接收來自主機(jī)端的以PIO或DMA方式傳輸?shù)臄?shù)據(jù),同時(shí)寫入閃存中，也能從閃存中以PIO或DMA的方式讀出數(shù)據(jù)，傳送給主機(jī)端。
在應(yīng)用層采用兩個(gè)FIFO對數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖，一個(gè)為讀FIFO，一個(gè)為寫FIFO。應(yīng)用層能接收來自傳輸層的數(shù)據(jù)幀送入寫FIFO中或?qū)碜钥偩€的數(shù)據(jù)保存在讀FIFO中，然后通知傳輸層構(gòu)造數(shù)據(jù)幀。

3、參考資料

1、《Serial ATA Revision 3.0》

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的sata接口 图解 定义_SATA协议简介的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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