SATA技术原理ppt课件

.,1,AnOverviewofSerialATATechnology串行ATA技术概述,ChrisEricksonGraduateStudentDepartmentofElectricalandComputerEngineeringAuburnUniversity,Auburn,AL36849Chris.E,.,2,Objectives（主题）,WhySATAwasinvented为什么发明SATA?ThedifferencesbetweenPATAandSATA并行ATA与串行ATA之间的区别?,.,3,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,.,4,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）PATAParallelAdvancedTechnologyAttachmentPATA：并行高级附加技术UDMAUltraDirectMemoryAccessUDMA：绝对直接内存传输,.,5,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）IDEIntegratedDeviceElectronicsIDE：集成电子设备EIDEEnhancedIDEEIDE：增强型IDE,.,6,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,.,7,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）,.,8,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）,.,9,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）,.,10,SATABasics（SATA基础）续,SATAIfor1.5Gbps150MB/s（SATA,1.5G每秒150MB/s）SATAfor3.0Gbps300MB/s（SATA,3.0G每秒300MB/s）,.,11,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),.,12,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）,.,13,Connectivity（连接性）（续）,Failureofonedeviceorlinkdoesnotaffectotherlinks（一个设备或连接的失败不影响其他连接）,.,14,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,.,15,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）,.,16,PowerManagement（电源管理）,SATAhas（SATA有以下特性）（续1）PhyReadyCapableofsendingandreceivingdata.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PartialPhysicallayerispoweredbutinareducedstate.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,.,17,PowerManagement（电源管理）（续1）,SATAhas（SATA有以下特性）（续1）SlumberPhysicallayerispoweredbutinareducedstate.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。,.,18,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,.,19,SATAArchitecturalModel（SATA结构模型）,Application,Transport,Link,Physical,.,20,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,.,21,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,.,22,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,.,23,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,.,24,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,.,25,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,.,26,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。,.,27,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,.,28,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,.,29,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,.,30,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+,.,31,SATAArchitecturalModel（串行ATA结构模式）,Application,Transport,Link,Physical,.,32,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,.,33,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,.,34,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,.,35,CurrentRunningDisparity(CRD)现行运行的不一致（CRD）,Aseachcharacterisencodedacountismaintainedofthenumberof0sand1sbeingtransmitted（所有的字符被加密到传输0秒或者1秒的编号的数字中）More1sthan0sgivepositivedisparity1秒比0秒多给出了正面的不一致More0sthan1sgivesnegativedisparity0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,.,36,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。,.,37,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,.,38,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,.,39,SATAPrimitives（串行ATA基础）,Primitives：基础,.,40,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；,.,41,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。,.,42,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Apayloadtransportlayerinformation传输层信息的开销,.,43,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：,.,44,LinkLayerProtocol(1)（连接层协议(1)）,Host主机,Device设备,.,45,LinkLayerProtocol(2)（连接层协议(2)）,Host主机,Device设备,.,46,LinkLayerProtocol(3)（连接层协议(3)）,Host（主机）,Device（设备）,.,47,LinkLayerProtocol(4)（连接层协议(4)）,Host主机,Device设备,.,48,LinkLayerProtocol(5)（连接层协议(5)）,Host主机,Device设备,.,49,LinkLayerProtocol(6)（连接层协议(6)）,Host主机,Device设备,.,50,LinkLayerProtocol(7)（连接层协议(7)）,Host主机,Device设备,.,51,LinkLayerProtocol(8)（连接层协议(8)）,Host主机,Device设备,.,52,LinkLayerProtocol(9)（连接层协议(9)）,Host主机,Device设备,.,53,LinkLayerProtocol(last)最后一个连接层协议,Host主机,Device设备,.,54,SATAArchitecturalModel(串行结构模型),Application,Transport,Link,Physical,.,55,TransportLayer（传输模式）,ResponsibleforthemanagementofFrameInformationStructures(FIS)框架信息结构的管理的响应,.,56,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,.,57,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,.,58,FrameInformationStructure(FIS)框架信息结构（续）,AFISisamechanismtotransferinformationbetw