SATA技术原理.ppt

AnOverviewofSerialATATechnology串行ATA技术概述 ChrisEricksonGraduateStudentDepartmentofElectricalandComputerEngineeringAuburnUniversity Auburn AL36849Chris Erickson auburn edu Objectives 主题 WhySATAwasinvented为什么发明SATA ThedifferencesbetweenPATAandSATA并行ATA与串行ATA之间的区别 Objectives 主题 续 HowthehardwareisstructuredtotransmitandreceiveSATA如何设计硬件来传输以及接收SATA ProtocolofSATAtransmission用于SATA传输的协议 WhatisPATA PATA基本定义 AllofthebelowsynonymsrefertoamoderndayPATAdrive以下同义词代表用于当前流行的PATA 并行ATA驱动 PATA ParallelAdvancedTechnologyAttachmentPATA 并行高级附加技术UDMA UltraDirectMemoryAccessUDMA 绝对直接内存传输 WhatisPATA PATA基本定义 续 AllofthebelowsynonymsrefertoamoderndayPATAdrive以下同义词代表用于当前流行的PATA 并行ATA驱动 IDE IntegratedDeviceElectronicsIDE 集成电子设备EIDE EnhancedIDEEIDE 增强型IDE MoreonPATA PATA的其他特性 40 80wirecableoption40以及80芯电缆选项40wirelimitedtoUDMA33MB sandbelow40电线仅用于绝对直接内存通道33MB s模式以及以下标准80wireallowedforUDMA66 100 133MB s而80电线允许UDMA66 100 133MB s MoreonPATA PATA的其它特性 RequiredbyATAspectobe5vtolerant 3 3vhasbeenthenormforseveralyears 由ATA特定包括到5V的容忍度 MustsupportMaster Slave CableSelect 应该支持主 次 电缆选择 SATABasics SATA基础 NewConnector 新的连接器 Savesspace 节约空间 Morereliable 更可信 Moreairflow 更多的空气流动 SATABasics SATA基础 续 Connectorhas4transmissionwires 连接器有4个传输电线 Txdifferentialpair 上行不同的配对 Rxdifferentialpair 下行不同的配对 SATABasics SATA基础 续 SATAIfor1 5Gbps 150MB s SATA 1 5G每秒 150MB s SATA for3 0Gbps 300MB s SATA 3 0G每秒 300MB s SATABasics SATA基础 续2 Providessupportforlegacycommandset 提供对于传承命令的支持 IncludesnewcommandsforSATABISTandpowermanagement 包括用于SATABIST以及电源管理技术的新命令 BIST是在设计时在电路中植入相关功能电路用于提的技术 以此降低器件测试对自动测试设备 ATE 的依赖程度 Connectivity 连接性 SerialATAispoint to pointtopology 串行ATA是点对点的拓扑结构 Hostscansupportmultipledevicesbutrequiresmultiplelinks 主机在有多种连接的情况下能够支持多种设备 100 availablelinkbandwidth 100 可用的连接带宽 Connectivity 连接性 续 Failureofonedeviceorlinkdoesnotaffectotherlinks 一个设备或连接的失败不影响其他连接 LinkCharacteristics 连接特性 SATAusesfull duplexlinksSATA使用全双工连接Protocolonlypermitsframetransferinonedirectionatatime协议仅仅允许同时在一个方向上的框架传输Eachlinkconsistsofatransmitandareceivepair每个连接包含一个传输以及接收配对 LinkCharacteristics 连接特性 SATAuseslowvoltagelevelsNominalvoltage 250mVdifferential SATA用低电压水平 常规电压从正负250毫伏不等 毫伏 千分之一伏 PowerManagement 电源管理 SATAhas SATA有以下特性 续1 PhyReady Capableofsendingandreceivingdata Mainphaselockedloopareonandactive物理准备就绪 传输以及接收数据的能力 用于锁定循环以及激活的主阶段Partial Physicallayerispoweredbutinareducedstate MustbeabletoreturntoPhyReadywithin10us 部分阶段 启动物理层但处于一个衰减的阶段 应该在10微秒内回到物理就绪阶段 PowerManagement 电源管理 续1 SATAhas SATA有以下特性 续1 Slumber Physicallayerispoweredbutinareducedstate MustbeabletoreturntoPhyReadywithin10ms 休眠阶段 物理层启动但出于一个衰减阶段 应该在10微秒内返回物理准备就绪阶段 PowerManagement 电源管理 续2 SATAhas SATA有以下特性 续2 ATAalsodefinesIDLE STANDBY andSLEEPATA同样ATA也定义了延迟 旁路以及休眠Necessaryfornewerlaptop mobiledevices对于新的笔记本以及移动设备来说很有必要 SATAArchitecturalModel SATA结构模型 Application Transport Link Physical PhysicalLayer 物理层 Transmission Tx andReception Rx ofa1 5Gb sserialstream传输 上行 以及Reception 下行 速率分别为1 56GB 秒的串行流Performpoweronsequencing在序列上传输上发挥效果Performspeednegotiation执行速度协商 PhysicalLayer 物理层 Providestatustolinklayer提供到连接层的状态 Supportpowermanagementrequests支持电源管理请求Out of Band OOB signalgenerationanddetection带外信号产生以及检测 OutofBand 带外 Partofnormalpoweronsequence在序列上的常规力量Allowshosttoissueadevicehardreset允许主机发布一个设备硬重启 OutofBand 带外 续 Allowsdevicetorequestahardreset允许设备请求一个硬重启Bringsdeviceoutoflowpowerstate将设备带出低电源状态 OutofBandSignals 带外信号 COMRESET 常规重启 Alwaysoriginatedbythehost总是由主机引导Forcesahardresetinthedevice在设备上强迫执行一个硬重启Usedtostartlinkinitialization用于开始连接初始化 OutofBandSignals 带外信号 续 COMINIT 细化 Alwaysoriginatedbythedevice总是由主机引导Requestsalinkreset要求一个连接重启IssuedbydeviceinresponsetoCOMRESET由设备发布以响应常规重启 OutofBandSignals cont 连续的带外信号 COMWAKE 常规唤醒 Canbeoriginatedbyeitherhostordevice能够被主机或设备引导 UsedasfinalphaseofOOBinitialization用于一个带外数据初始化的最终阶段 OutofBandSignals cont 连续的带外信号 Usedtobringoutoflowpower teststates用于低电源以及测试状态的显示ExitPartial部分退出ExitSlumber休眠唤醒ExitBISTBIST退出 OutofBandSignalForms 带信号形式的输出 COMRESET COMINIT 常规重启或细化 COMWAKE 常规苏醒 106 7ns 106 7ns 106 7ns 320ns ns 毫微秒 秒的十亿分之一 OutofBandSignalingProtocol带外信号协议 COMRESET常规重启 COMWAKE常规苏醒 COMINIT细化 COMWAKE常规苏醒 Host主机 Device设备 SATAPortModel串行ATA端口模式 Clock DataRecovery Serializer Deserializer AnalogFrontEnd OOBDetect COMRESET COMINIT COMWAKE DataOut RXClock PortControlLogic TxClock AlignGenerator DataIn PhyReset PhyReady Slumber Partial SPDMode SystemClock SPDSelect Tx Tx Rx Rx SATAArchitecturalModel 串行ATA结构模式 Application Transport Link Physical LinkLayer 连接层 8b 10bencoding8位或者10位的加密Scramblesanddescramblesdataandcontrolwords扰频器或者解频器数据以及控制单词 LinkLayer 连接层 Convertsdatafromtransportlayerintoframes将单词从传输层转换到框架ConductCRCgenerationandchecking引导CRC产生以及检查Providesframeflowcontrol提供框架流控制 EncodingConcepts 加密概念 All32bitDwordsareencodedforSATA32bitsdata 40bitsoftransmission所有32的数据单词将加密用于SATA32位的数据 传输的40位Providessufficienttransitiondensity提供有效的传输密度Guaranteestransition 0sand1s evenifdatais0 x00or0 xFF甚至是在数据是0 x00或0 xFF的时候 保证 0秒以及1秒 的转换Providesaneasywaytodetecttransmissionerror CurrentRunningDisparity CRD 现行运行的不一致 CRD Aseachcharacterisencodedacountismaintainedofthenumberof0 sand1 sbeingtransmitted 所有的字符被加密到传输0秒或者1秒的编号的数字中 More1 sthan0 sgivepositivedisparity1秒比0秒多给出了正面的不一致More0 sthan1 sgivesnegativedisparity0秒比1秒多给出了负面的不一致Samenumbergivesneutraldisparity同样的数据给出了中立的不一致 CurrentRunningDisparity CRD 现行运行的不一致 CRD 续 OnlyvalidvaluesofCRDare 1and1Anyothervalueindicatesthatatransmissionerrorhasoccurred只有CRD的有效数据是 1以及1 任何其他的数据都代表一个传输错误的发生 CRD CRD EncodedCharacters CRD 以及CRD 加密特征 1010111001 0101001001 8bCharacter0 x3F8位的字符0X3F加密后的效果如下 This10bCharactertransmittedwhenCRDnegative当CRD为负时传输的10位字符如下 This10bCharactertransmittedwhenCRDpositive当CRD为正时传输的10位字符如下 Thischaracter该字符6ones6个14zeros4个零Disparity 2不一致性加2 Thischaracter该字符4ones4个16zeros6个零Disparity 2不一致性减2 SATAPrimitives 串行ATA基础 Conveyreal timestateinformation转换实时状态信息Controltransferofinformationbetweenhostanddevice控制在主机以及设备间的信息的传输Providehost devicecoordination提供主机或设备的一致性 SATAPrimitives 串行ATA基础 Primitives 基础 SATAPrimitives 串行基础 续 X RDY 准备接收数据 R RDY 准备好接收数据 R IP IP R OK 确认 R ERR 错误 SATAPrimitives 串行基础 续2 SOF SOF可以防止总线进入终止状态 EOF 文件结束 HOLD 维持 HOLDA 回应HOLD信号 SATAFrameStructure 串行框架结构 AllSATAframesconsistof 所有的串行框架包括Astartofframe SOF delimiter一个框架定义的开始Apayload transportlayerinformation传输层信息的开销 SATAFrameStructure 串行框架结构 续 AllSATAframesconsistof 所有的串行框架包括 续 ACyclicRedundancyCheck CRC 循环冗余校验码Anendofframe EOF delimiter一个框架定义符号的结束一个完整的框架结构如下 LinkLayerProtocol 1 连接层协议 1 Host主机 Device设备 LinkLayerProtocol 2 连接层协议 2 Host主机 Device设备 LinkLayerProtocol 3 连接层协议 3 Host 主机 Device 设备 LinkLayerProtocol 4 连接层协议 4 Host主机 Device设备 LinkLayerProtocol 5 连接层协议 5 Host主机 Device设备 LinkLayerProtocol 6 连接层协议 6 Host主机 Device设备 LinkLayerProtocol 7 连接层协议 7 Host主机 Device设备 LinkLayerProtocol 8 连接层协议 8 Host主机 Device设备 LinkLayerProtocol 9 连接层协议 9 Host主机 Device设备 LinkLayerProtocol last 最后一个连接层协议 Host主机 Device设备 SATAArchitecturalModel 串行结构模型 Application Transport Link Physical TransportLayer 传输模式 ResponsibleforthemanagementofFrameInformationStructures FIS 框架信息结构的管理的响应 TransportLayer 传输模式 AtthecommandofApplicationlayer 应用层的命令 FormattheFIS格式化FIS 框架信息结构 MakeframetransmissionrequesttoLinklayer发出框架传输请求到连接层PassFIScontentstoLinklayer传输FIS内容到连接层ReceivetransmissionstatusfromLinklayerandreportstoApplicationlayer接收从连接层传输来的传输状态并报告给应用层 FrameInformationStructure FIS 框架信息结构 AFISisamechanismtotransferinformationbetweenhostanddeviceapplicationlayers一个FIS是一个在主机以及设备应用层之间传输信息的机制ShadowRegisterBlockcontents遮盖计数器块的内容ATAcommandsATA命令Datamovementsetupinformation数据移动安装信息 FrameInformationStructure FIS 框架信息结构 续 AFISisamech