Stfw.RuИнтерфейс Serial ATA является хост-центрическим, в нем определяется только взаимодействие хоста с каждым из подключенных устройств, а взаимодействие между ведущим и ведомым устройствами, свойственное традиционному интерфейсу АТА, исключается. Программно хост видит множество устройств, подключенных к контроллеру, как набор каналов АТА, у каждого из которых имеется единственное ведущее устройство. Имеется возможность эмуляции пар устройств (ведущее - ведомое) на одном канале, если такая необходимость возникнет. Программное взаимодействие с устройствами Serial ATA практически совпадает с прежним, набор команд соответствует ATA/ATAPI-5. В то же время аппаратная реализация хост-адаптера Serial ATA сильно отличается от примитивного (в исходном варианте) интерфейса АТА. В параллельном интерфейсе АТА хост-адаптер был простым средством, обеспечивающим программное обращение к регистрам, расположенным в самих подключенных устройствах. В Serial ATA ситуация иная: хост-адаптер имеет блоки так называемых «теневых» регистров (Shadow Registers), совпадающих по назначению с обычными регистрами устройств АТА. Каждому подключенному устройству соответствует свой набор регистров. Обраще-ния к этим теневым регистрам вызывают процессы взаимодействия хост-адаптера с подключенными устройствами и исполнение команд.
В стандарте рассматривается многоуровневая модель взаимодействия хоста и устройства, где прикладным уровнем является обмен командами, информацией о состоянии и хранимыми данными. На физическом уровне для передачи информации между контроллером и устройством используются две пары проводов. Данные передаются кадрами, транспортный уровень формирует и проверяет корректность информационных структур кадров (Frame Information Structure, FIS). Для облегчения высокоскоростной передачи на канальном уровне данные кодируются по схеме 8В/10В (8 бит данных кодируются 10-битным символом) и скремблиру-ются, после чего по физической линии передаются по простейшему методу NRZ (уровень сигнала соответствует передаваемому биту). Между канальным и прикладным уровнем имеется транспортный уровень, отвечающий за доставку кадров. На каждом уровне имеются свои средства контроля достоверности и целостности.
В первом поколении Serial ATA данные по кабелю передаются со скоростью 1500 Мбит/с, что с учетом кодирования 8В/10В обеспечивает скорость 150 Мбайт/с (без учета накладных расходов протоколов верхних уровней). В дальнейшем планируется повышать скорость передачи, и в интерфейсе заложена возможность согласования скоростей обмена по каждому интерфейсу в соответствии с возможностями хоста и устройства, а также качеством связи. Хост-адаптер имеет средства управления соединениями, программно эти средства доступны через специальные регистры Serial ATA.
В стандарте предусматривается управление энергорежимом интерфейсов. Каждый интерфейс кроме активного состояния может находиться в состояниях PARTIAL и SLUMBER с пониженным энергопотреблением, для выхода из которых требуется заметное время (10 мс).
Команды, требующие передачи данных, могут исполняться в различных режимах обмена. Обращение в режиме PIO и традиционный способ обмена по DMA (legacy DMA) выполняется аналогично привычному интерфейсу АТ А. Однако внутренний протокол обмена между хост-адаптером и устройствами позволяет передавать между ними разноплановую информацию (структуры FIS определены не только для команд, состояния и собственно хранимых данных). В приложении D к спецификации описывается весьма своеобразный способ обмена по DMA, который предполагается основным (First-party DMA) для устройств Serial ATA. В традиционном контроллере DMA адаптера АТ А для каждого канала имеется буфер, в который перед выполнением операции обмена загружают дескрипторы блоков памяти, участвующей в обмене (см. п. 9.2.1). Теперь же предполагается, что адресная информация, относящаяся к оперативной памяти хост компьютера, будет доводиться до устройства хранения, подключенного к адаптеру Serial ATA. Эта ин-формация из устройства хранения при исполнении команд обмена выгружается в контроллер DMA хост-адаптера и используется им для формирования адреса текущей передачи. Мотивы и полезность этого нововведения не совсем понятны; расплатой за некоторое упрощение хост-адаптера (особенно многоканального) является усложнение протокола и расширение функций, выполняемых устройством хранения. Все-таки более привычно традиционное разделение функций, при котором задача устройств внешней памяти - хранить данные, «не интересуясь» тем, в каком месте оперативной памяти компьютера они должны находиться при операциях обмена.
Физический интерфейс Serial ATA
Последовательный интерфейс АТА, как и его параллельный предшественник, предназначен для подключений устройств внутри компьютера. Длина кабелей не превышает 1 м, при этом все соединения радиальные, каждое устройство подключается к хост-адаптеру своим кабелем. В стандарте предусматривается и непосредственное подключение устройств к разъемам кросс-платы с возможностью «горячей» замены. Стандарт определяет новый однорядный двухсегментный разъем с механическими' ключами, препятствующими ошибочному подключению. Сигнальный сегмент имеет 7 контактов (S1-S7), питающий - 15 (Р1-Р15); все контакты расположены в один ряд с шагом 1,27 мм. Назначение контактов приведено в табл. 9.11. Малые размеры разъема (полная длина - около 36 мм) и малое количество цепей облегчают компоновку системных плат и карт расширения. Питающий сегмент может отсутствовать (устройство может получать питание и от обычного 4-контактного разъема АТА). Вид разъемов приведен на рис. 9.6. Для обеспечения «горячего» подключения контакты разъемов имеют разную длину, в первую очередь соединяются контакты «земли» Р4 и Р12, затем остальные «земли» и контакты предзаряда конденсаторов в цепях питания РЗ, Р7 и Р13 (для уменьшения броска потребляемого тока), после чего соединяются основные питающие контакты и сигнальные цепи.
Таблица 9.11. Разъем Serial ATA Контакт Цепь Назначение
51 GND Экран
52 А+ Дифференциальная пара сигналов А
53 А- Дифференциальная пара сигналов А
54 GND Экран
55 В- Дифференциальная пара сигналов В
56 В+ Дифференциальная пара сигналов В
57 GND Экран
Ключи и свободное пространство
Р1 V33 Питание 3,3 В
Р2 V33 Питание 3,3 В
РЗ V33 Питание 3,3 В, предзаряд
Р4 GND Общий
Р5 GND Общий
Р6 GND Общий
Р7 V5 Питание 5 В, предзаряд
Р8 V5 Питание 5 В
Р9 V5 Питание 5 В
Р10 GND Общий
Р11 Резерв
Р12 GND Общий
Р13 V12 Питание 12В, предзаряд
Р14 V12 Питание 12 В
Р15 V12 Питание 12 В
9.6. Разъемы Serial ATA: a - полный разъем на устройстве, б - сигнальный сегмент кабельного разъема, в - питающий сегмент кабельного разъема, г - сигнальный сегмент разъема хост-адаптера, д - разъем хоста для непосредственного подключения устройства
Регистры Serial ATA
Каждое устройство, подключенное к адаптеру Serial ATA, представляется тремя блоками регистров, два из которых соответствуют традиционным регистрам АТА (см. п. 9.2.1) и называются «теневыми», третий блок - новый. Привязка адресов блоков к адресному пространству хоста стандартом не регламентируется; для PCI-контроллера блоки задаются регистрами конфигурационного пространства и «теневые» регистры могут располагаться по стандартным адресам АТА.
В блоке управляющих регистров, как и в АТА, используется лишь один (AS для чтения, DC для записи). В блоке командных регистров разрядность регистров SC, SN, CL и СН расширена до 16 бит, назначение младших байтов сохранилось. В режиме LBA старшие байты регистров SN, С L и СН несут биты логического адреса [24:31], [32:39] и [40:47] соответственно. В регистре D/H бит DEV игнорируется (при эмуляции пар устройств на одном канале бит DEV используется для выбора устройства). Из спецификации не совсем ясно, используются ли младшие биты D/H для задания бит LBA[27:24], поскольку эти же биты фигурируют в старшем байте SN.
Новый блок регистров SCR (Serial ATA Status and Control registers) состоит из 16 смежных 32-разрядных регистров SCR0-SCR15, из которых пока определены лишь 3 (остальные зарезервированы).
Регистр SStatus (SCR0) - регистр текущего состояния интерфейса хост адаптера (только чтение).
- Биты [3:0] - поле DET, подключение устройств:
• 0000 - устройство не обнаружено, физической связи нет;
• 0001 - устройство обнаружено, но физическая связь не установлена;
• ООП - устройство обнаружено, физическая связь установлена;
• 0100 - устройство отключено (запретом интерфейса или запуском внутреннего теста).
9.2. Интерфейс АТА/ATAPI (IDE) 393
- Биты [7:4] - SPD, скорость:
• 0000 - нет согласованной скорости (устройство не подключено или связь не установлена);
• 0001 - согласована скорость 1-го поколения.
- Биты [11:8] - поле IPM, состояние энергопотребления интерфейса:
• 0000 - устройство не обнаружено, физической связи нет;
• 0001 - интерфейс в активном состоянии;
• 0010 - интерфейс в состоянии PARTIAL;
• 0110 - интерфейс в состоянии SLUMBER.
Остальные биты и значения полей зарезервированы.
Регистр SError (SCR1) - регистр диагностической информации, относящейся к интерфейсу. В регистре представлены ошибки, накапливающиеся с момента последней очистки регистра. Регистр очищается операцией сброса, отдельные биты можно сбрасывать операцией записи в регистр (единицы в позициях сбрасываемых бит).
- Биты [15:0] - поле ERR, ошибки, обрабатываемые обычным программным
обеспечением:
• бит 9 - С - устойчивая неисправимая ошибка связи или нарушение целостности данных (может возникать при неправильном подключении, отказе или отключении устройства);
• бит 11 - Е - внутренняя ошибка, обнаруженная хост-адаптером (если
ошибка повторяется после сброса, она может быть признаком несовмести
мости адаптера и устройства);
• бит 0 - I - исправленное нарушение целостности данных (не требует действий со стороны ПО, но может учитываться, например, для принятия решения о снижении скорости);
• бит 1 - М - исправленная ошибка связи (может возникать при временном отключении устройства, потере синхронизации, не требует действий со стороны ПО);
• бит 10 - Р - протокольная ошибка, требует сброса интерфейса и повтора операции (в случае устойчивости может быть признаком несовместимости устройства и адаптера);
• бит 8 - Т - не исправленное нарушение целостности данных, требует повтора операции.
- Биты [31:16] - поле DIAG, используемое диагностическим ПО:
• бит 19 - В - ошибка декодирования 10В/8В;
• бит 21 - С - ошибка CRC на канальном уровне;
• бит 20 - D - ошибка паритета блоков данных (Disparity);
• бит 26 - F - неопознанный тип FIS (ошибка, обнаруженная на транспортном уровне при корректном CRC-коде);
• бит 17 - I - внутренняя ошибка физического уровня интерфейса;
394 Глава 9. Интерфейсы устройств хранения
• бит 16 - N - сигнал готовности физического уровня менял состояние;
• бит 22 - Н - ошибка подтверждения кадров (может возникать как следствие ошибок В, С, D);
• бит 23 - S - ошибка последовательности состояний канального уровня;
• бит 24 - Т - ошибка на транспортном уровне;
• бит 18 - W - обнаружен пробуждающий сигнал Сотт Wake.
Остальные биты зарезервированы.
Регистр SControl (SCR2) - регистр управления интерфейсом (запись и чтение).
- Биты [3:0] - поле DET, управление обнаружением и инициализацией устройств:
• 0000 - нет действий;
• 0001 - инициализация и установление соединения (эквивалентно аппаратному сбросу);
• 0100 - запрет интерфейса и перевод физического уровня в режим Offline.
- Биты [7:4] - поле SPD, задает ограничение на скорость при согласовании соединений:
• 0000 - нет ограничений;
• 0001 - скорость не выше 1-го поколения.
- Биты [11:8] - поле IPM, управление энергорежимом интерфейса:
• 0000 - нет ограничений;
• 0001 - запрет перехода в состояние PARTIAL;
• 0010 - запрет перехода в состояние SLUMBER;
• 0011 - запрет перехода в состояние PARTIAL и SLUMBER.
Остальные биты и значения полей зарезервированы.
