書(shū)接上回-《串行總線(xiàn)技術(shù)（一）-串行總線(xiàn)結(jié)構(gòu)（以PCIe為例）》《串行總線(xiàn)技術(shù)（二）-串行總線(xiàn)中的先進(jìn)設(shè)計(jì)理念及SerDes/PMA介紹》，今天詳解SATA協(xié)議。

簡(jiǎn)介SATA（Serial Advanced Technology Attachment，高級(jí)技術(shù)附加裝置）是在2002年作為并行ATA（Parallel ATA，PATA）的替代技術(shù)而引人的。由于SATA是一種串行協(xié)議，與并行ATA相比，它所需要的引腳數(shù)少、連接器尺寸也小。第一代SATA（也被稱(chēng)為SATA1.0）以1.5Gbps速度運(yùn)行。SATA2.0的運(yùn)行速度翻倍至3.0Gbps，在SATA3.0中，運(yùn)行速度進(jìn)一步翻倍至6.0GbpS。

SATA架構(gòu)SATA組成部分包括兩種類(lèi)型：SATA宿主（SATA host）和SATA設(shè)備（SATA device）。

SATA宿主通常位于個(gè)人計(jì)算機(jī)中。SATA宿主可以有一個(gè)或者多個(gè)端口。SATA宿主的每一個(gè)端口連接一個(gè)SATA設(shè)備。即使SATA宿主具有多個(gè)端口，各個(gè)端口的運(yùn)行也是彼此獨(dú)立的，同時(shí)每一個(gè)SATA設(shè)備的運(yùn)行都獨(dú)立于其他SATA設(shè)備。

SATA宿主集成在芯片組內(nèi)部，在芯片組內(nèi)部，SATA宿主的前端連接至芯片組內(nèi)部的PCle總線(xiàn)或AHB/AXI總線(xiàn)上。SATA宿主采用寄存器接口層進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，該寄存器接口層被稱(chēng)為高級(jí)宿主控制器接口（Advanced Host Controller Interface，AHCI）。AHCI為DMA數(shù)據(jù)傳送提供了基于寄存器的接口。在軟件中有操作指令，軟件存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中。然后，軟件對(duì)宿主寄存器空間進(jìn)行置位表示指令已就緒。SATA宿主從存儲(chǔ)器中取出指令并將它們傳送給SATA設(shè)備。

SATA設(shè)備接收到來(lái)自宿主的指令并加以執(zhí)行。在SATA設(shè)備的后端，通常是硬盤(pán)控制器。SATA協(xié)議層將SATA指令傳遞給硬盤(pán)控制器，由它來(lái)執(zhí)行指令（從硬盤(pán)中讀出數(shù)據(jù)或者將數(shù)據(jù)寫(xiě)入硬盤(pán)）。SATA支持本地命令排序（Native Command Queuing，NCQ），即硬盤(pán)控制器通過(guò)SATA協(xié)議接收多條指令、并按照最佳順序加以執(zhí)行。

SATA協(xié)議分為三層（復(fù)雜協(xié)議都具有分層管理機(jī)制）：傳輸層、鏈路層和物理層。物理層最接近物理鏈路，具有8b/10b編解磯、擾碼/解擾等功能。另外，它還關(guān)注鏈路訓(xùn)練和初始化。數(shù)據(jù)鏈路層是中間層次，關(guān)注鏈路對(duì)鏈路的通信。數(shù)據(jù)鏈路報(bào)文長(zhǎng)度同定（4字節(jié)），稱(chēng)為原語(yǔ)（primitive）。SATA采用全雙工通信協(xié)議，但與PCle類(lèi)似，發(fā)送和接收線(xiàn)路不同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。當(dāng)一方將數(shù)據(jù)發(fā)送到TX通道上時(shí)，另一方發(fā)送原語(yǔ)。原語(yǔ)用于傳遞控制信息，如R-OK（接收數(shù)據(jù)無(wú)差錯(cuò)）、R_ERR（接收數(shù)據(jù)有差錯(cuò)）、HOLD（發(fā)給發(fā)送方的流控信，讓其暫停發(fā)送數(shù)據(jù)）。

最上面一層被稱(chēng)為傳輸層，它與應(yīng)用層相連。它接收來(lái)自應(yīng)用層的指令和數(shù)據(jù)，并以幀信息結(jié)構(gòu)（Frame Information Structure，F(xiàn)IS）的形式傳遞給另一方。FIS中包括頭部、凈載荷數(shù)據(jù)和循環(huán)冗余檢驗(yàn)碼，其凈載荷長(zhǎng)度可變。

SATA的其他變種eSATA

eSATA代表外部SATA（External SATA）。它采用更好的連接器和更長(zhǎng)的屏蔽線(xiàn)纜，最長(zhǎng)可達(dá)2米。它針對(duì)的是外部硬盤(pán)。

mSATA

mSATA代表小型化SATA（mini-SATA）。它針對(duì)的是移動(dòng)應(yīng)用和小型固態(tài)電子存儲(chǔ)設(shè)備。它有類(lèi)似于mini-PCIe卡的外形尺寸，面向筆記本和上網(wǎng)本設(shè)備。

快速SATA

SATA Express代表快速SATA。它是將SATA協(xié)議和PCIe接口結(jié)合在一起的新協(xié)議。SATA Express連接器可以接插一個(gè)x2的PCIe設(shè)備或者兩個(gè)SATA設(shè)備。

帶寬最高可達(dá)16Gbps帶寬（現(xiàn)在最快的SATA 3.2標(biāo)準(zhǔn)帶寬為16Gbps），SATA Express標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)如其名稱(chēng)所描述的，把SATA軟件架構(gòu)和PCI-Express高速界面結(jié)合在一起。SATA國(guó)際組織稱(chēng)SATA Express標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)帶來(lái)新一代更快的存儲(chǔ)裝置和對(duì)應(yīng)的主板接口，并且還能兼容現(xiàn)有的SATA設(shè)備。SATA國(guó)際組織主席Mladen Luksic稱(chēng)該標(biāo)準(zhǔn)將使固態(tài)與混合硬盤(pán)受益于新一代PCI-Express 3.0的高帶寬從而打破性能瓶頸，標(biāo)準(zhǔn)的具體細(xì)節(jié)將在年內(nèi)制定完成。SATA國(guó)際組織同時(shí)表示除SATA Express外，還有針對(duì)集成在主板上的嵌入式單芯片SSD存儲(chǔ)解決方案的SATA μSSD標(biāo)準(zhǔn)，面向移動(dòng)設(shè)備如平板電腦等。

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