最近因為工作原因開始學(xué)習(xí)SATA屡江，因為這個不涉及公司機(jī)密惹苗，我就把我學(xué)習(xí)的內(nèi)容搬到網(wǎng)上來劳闹，這樣也方便自己日后查看样漆。這個系列文章是按照我學(xué)習(xí)的進(jìn)度而不是按照SATA Specification或者參考書籍的順序來寫的京景，如果有機(jī)會，我會在之后重新調(diào)整文章順序仰挣。

Link Layer主要負(fù)責(zé)FIS的傳輸和接收顷锰，F(xiàn)IS是什么呢州藕？FIS就是Frame Information Structure的簡寫，SATA的Host和Device間都是通過FIS進(jìn)行通信的严嗜，我會在之后的文章中單獨介紹FIS。它通過一系列的辦法(比如添加CRC，進(jìn)行8bit/10bit編碼解碼踢俄，對數(shù)據(jù)和primitive進(jìn)行scramble)保證FIS能順利地在Host和Device間進(jìn)行傳輸，下面是Linker Layer的示意圖：

Link Layer.png

這一層要做的事情還挺多，比如進(jìn)行CRC的生成和檢測查剖，將數(shù)據(jù)進(jìn)行8b-10b的編碼和解碼菌仁，對數(shù)據(jù)和primitive進(jìn)行scramble等疟赊。下面是一個更詳細(xì)的示意圖：

Link Layer Detail.png

從上圖我們可以看出椅挣，當(dāng)Link Layer接收到來自于Transport Layer的FIS后，Link Layer需要添加CRC到FIS中。同時诉瓦，所有的FIS會被加上SOF和EOF這兩個primitive，因此昔脯，在這層傳輸?shù)腇IS長這樣：

Link Layer FIS.png

協(xié)議規(guī)定payload(FIS + CRC)最多能有2049DW(DW = 32bit)云稚，也就是8196Bytes桑李。一般的非數(shù)據(jù)類型的FIS都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于8196Bytes禁荒，最大的除數(shù)據(jù)類型的FIS占7DW也就是28Bytes。FIS payload的大小會影響data flow，關(guān)于data flow我也會在之后的文章中講解惊暴。下面我們就來看看這一層的一些細(xì)節(jié)罕模，首先我們來看看FIS Scrambling。

FIS Scrambling

在信號的傳輸過程中媒殉，如果信號具有一定的重復(fù)性(pattern repetition)摔敛，那么在這種情況下，EMI(Electromagnetic interference電磁干擾)會比較高桃犬。為了減少EMI行楞，我們需要將信號的周期性打亂子房，讓信號更像是隨機(jī)的。為了實現(xiàn)這一目的尾序，在Link Layer中躯砰，我們會用scrambler來對信號進(jìn)行scramble。

在這層中兰怠，一共有兩種scrambling機(jī)制李茫，第一種是只scramble FIS+CRC魄宏，不scramble任何primitive；第二種是用于scramble重復(fù)的primitives宠互，這被稱為primitive suppression予跌。 對于第一種scrambling，之所以不對primitive進(jìn)行擾亂频轿，是因為在physical layer，我們需要知道primitive到底是什么集币。如果對primitive進(jìn)行scramble的話翠忠，在這里，physical layer根本就不知道接收的primitive到底是什么(這是在unscramble前)当娱，因此考榨，我們不對primitive進(jìn)行擾亂河质。而對于第二種scrambling，因為有其它機(jī)制的存在散休，即使一些primitives被scramble了乐尊，Device端也是知道這些primitives是什么的，因此我們可以將重復(fù)的primitives進(jìn)行scramble限府。

我們下面通過一個例子來看第二種scrambling是如何實現(xiàn)的：

Primitive Suppression

要實現(xiàn)這種scrambling胁勺，我們需要使用特殊的primitive - CONT独旷。比如在這個例子中，為了減少X_RDY傳輸?shù)臄?shù)量蛇捌，我們需要先發(fā)送2個X_RDY咱台，之后再發(fā)送一個CONT回溺，當(dāng)CONT發(fā)送完后，我們就可以將剩下的X_RDY進(jìn)行scramble萍恕。當(dāng)遇到第一個不是X_RDY并且沒有被scramble的primitive時车要，說明所有的X_RDY都已經(jīng)傳輸完成翼岁，那我們就不要對之后的primitive進(jìn)行擾亂了。 注意琅坡，并不是所有的primitive都能這樣操作榆俺，比如SOF，EOF陪捷，CONT等就不能進(jìn)行primitive suppression诺擅，下面這些primitives是可以進(jìn)行primitive suppression的：

Primitive Support Suppression

8b/10b編碼譯碼

我對這部分不是很了解掀虎，只知道這么做是為了將clock信號嵌入在傳輸?shù)男盘栔校瑥亩鴾p少單獨傳輸clock信號時產(chǎn)生的EMI驰怎。

FIS Arbitration

Link Layer接收到來自Transport Layer的發(fā)送FIS通知后县忌，它會發(fā)出X_RDY的primitive給接收端继效。有一種情況就是當(dāng)Host和Device同時發(fā)出X_RDY后，如果不采取任何措施的話厉颤，兩端都會等對方發(fā)出R_RDY凡简。但此時BUS是被X_RDY占據(jù)了，兩端都不能發(fā)出R_RDY帜乞，這就形成了一種死鎖黎烈。為了解決這種問題，SATA協(xié)議要求Device端具有更高的優(yōu)先級津畸，也就是出現(xiàn)這種情況時必怜，Host端會放棄發(fā)送X_RDY梳庆，轉(zhuǎn)而發(fā)送R_RDY來回應(yīng)Device端的請求。

FIS傳輸與接收流程

下面我們來看看FIS到底是如何在Host和Device間進(jìn)行傳輸?shù)模?/p>

1. 首先膏执，發(fā)送端的Link Layer接收到Transport Layer的發(fā)送FIS的通知后更米，會持續(xù)發(fā)出X_RDY。
2. 當(dāng)接收端收到X_RDY后迟几，它的Link Layer持續(xù)發(fā)送R_RDY栏笆。
3. 當(dāng)發(fā)送端接收到R_RDY后蛉加，它開始發(fā)送FIS(SOF+FIS+CRC)。
4. 接收端收到SOF后就會持續(xù)發(fā)出R_IP厂抽。
5. 當(dāng)發(fā)送端送出EOF后丁眼，它會持續(xù)發(fā)出WTRM并等待傳輸?shù)慕K止户盯。
6. 接收端在收到并驗證了FIS嵌施，CRC等信息后饲化，發(fā)出R_OK莽鸭，表示接收端完成了接收工作吗伤。
7. 之后，發(fā)送端會持續(xù)送出SYNC來讓接收端的BUS進(jìn)入idle狀態(tài)硫眨。
8. 接收端收到SYNC后也會持續(xù)發(fā)出SYNC來使發(fā)送端的BUS進(jìn)入idle狀態(tài)足淆。

下面我們來看看示意圖：
步驟1 - 2：

FIS傳輸 步驟1-2.png

步驟3 - 4：

FIS傳輸 步驟3-4.png

步驟5 - 6：

FIS傳輸 步驟5-6.png

下面這是一個實際測試中的FIS傳輸trace，結(jié)合這個trace能更好的理解FIS的傳輸和接收：

FIS Trace.png