详解串行总线中的SATA协议
书接上回-《串行总线技术（一）-串行总线结构（以pcie为例）》《串行总线技术（二）-串行总线中的先进设计理念及serdes/pma介绍》，今天详解sata协议。
简介sata（serial advanced technology attachment，高级技术附加装置）是在2002年作为并行ata（parallel ata，pata）的替代技术而引人的。由于sata是一种串行协议，与并行ata相比，它所需要的引脚数少、连接器尺寸也小。第一代sata（也被称为sata1.0）以1.5gbps速度运行。sata2.0的运行速度翻倍至3.0gbps，在sata3.0中，运行速度进一步翻倍至6.0gbps。
sata架构sata组成部分包括两种类型：sata宿主（sata host）和sata设备（sata device）。
sata宿主通常位于个人计算机中。sata宿主可以有一个或者多个端口。sata宿主的每一个端口连接一个sata设备。即使sata宿主具有多个端口，各个端口的运行也是彼此独立的，同时每一个sata设备的运行都独立于其他sata设备。
sata宿主集成在芯片组内部，在芯片组内部，sata宿主的前端连接至芯片组内部的pcle总线或ahb/axi总线上。sata宿主采用寄存器接口层进行数据通信，该寄存器接口层被称为高级宿主控制器接口（advanced host controller interface，ahci）。ahci为dma数据传送提供了基于寄存器的接口。在软件中有操作指令，软件存储在存储器中。然后，软件对宿主寄存器空间进行置位表示指令已就绪。sata宿主从存储器中取出指令并将它们传送给sata设备。
sata设备接收到来自宿主的指令并加以执行。在sata设备的后端，通常是硬盘控制器。sata协议层将sata指令传递给硬盘控制器，由它来执行指令（从硬盘中读出数据或者将数据写入硬盘）。sata支持本地命令排序（native command queuing，ncq），即硬盘控制器通过sata协议接收多条指令、并按照最佳顺序加以执行。
sata协议分为三层（复杂协议都具有分层管理机制）：传输层、链路层和物理层。物理层最接近物理链路，具有8b/10b编解矶、扰码/解扰等功能。另外，它还关注链路训练和初始化。数据链路层是中间层次，关注链路对链路的通信。数据链路报文长度同定（4字节），称为原语（primitive）。sata采用全双工通信协议，但与pcle类似，发送和接收线路不同时进行数据传送。当一方将数据发送到tx通道上时，另一方发送原语。原语用于传递控制信息，如r-ok（接收数据无差错）、r_err（接收数据有差错）、hold（发给发送方的流控信，让其暂停发送数据）。
最上面一层被称为传输层，它与应用层相连。它接收来自应用层的指令和数据，并以帧信息结构（frame information structure，fis）的形式传递给另一方。fis中包括头部、净载荷数据和循环冗余检验码，其净载荷长度可变。
sata的其他变种esata
esata代表外部sata（external sata）。它采用更好的连接器和更长的屏蔽线缆，最长可达2米。它针对的是外部硬盘。
msata
msata代表小型化sata（mini-sata）。它针对的是移动应用和小型固态电子存储设备。它有类似于mini-pcie卡的外形尺寸，面向笔记本和上网本设备。
快速sata
sata express代表快速sata。它是将sata协议和pcie接口结合在一起的新协议。sata express连接器可以接插一个x2的pcie设备或者两个sata设备。
带宽最高可达16gbps带宽（现在最快的sata 3.2标准带宽为16gbps），sata express标准将会如其名称所描述的，把sata软件架构和pci-express高速界面结合在一起。sata国际组织称sata express标准将会带来新一代更快的存储装置和对应的主板接口，并且还能兼容现有的sata设备。sata国际组织主席mladen luksic称该标准将使固态与混合硬盘受益于新一代pci-express 3.0的高带宽从而打破性能瓶颈，标准的具体细节将在年内制定完成。sata国际组织同时表示除sata express外，还有针对集成在主板上的嵌入式单芯片ssd存储解决方案的sata µssd标准，面向移动设备如平板电脑等。
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简介sata（serial advanced technology attachment，高级技术附加装置）是在2002年作为并行ata（parallel ata，pata）的替代技术而引人的。由于sata是一种串行协议，与并行ata相比，它所需要的引脚数少、连接器尺寸也小。第一代sata（也被称为sata1.0）以1.5gbps速度运行。sata2.0的运行速度翻倍至3.0gbps，在sata3.0中，运行速度进一步翻倍至6.0gbps。
sata架构sata组成部分包括两种类型：sata宿主（sata host）和sata设备（sata device）。
sata宿主通常位于个人计算机中。sata宿主可以有一个或者多个端口。sata宿主的每一个端口连接一个sata设备。即使sata宿主具有多个端口，各个端口的运行也是彼此独立的，同时每一个sata设备的运行都独立于其他sata设备。
sata宿主集成在芯片组内部，在芯片组内部，sata宿主的前端连接至芯片组内部的pcle总线或ahb/axi总线上。sata宿主采用寄存器接口层进行数据通信，该寄存器接口层被称为高级宿主控制器接口（advanced host controller interface，ahci）。ahci为dma数据传送提供了基于寄存器的接口。在软件中有操作指令，软件存储在存储器中。然后，软件对宿主寄存器空间进行置位表示指令已就绪。sata宿主从存储器中取出指令并将它们传送给sata设备。
sata设备接收到来自宿主的指令并加以执行。在sata设备的后端，通常是硬盘控制器。sata协议层将sata指令传递给硬盘控制器，由它来执行指令（从硬盘中读出数据或者将数据写入硬盘）。sata支持本地命令排序（native command queuing，ncq），即硬盘控制器通过sata协议接收多条指令、并按照最佳顺序加以执行。
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最上面一层被称为传输层，它与应用层相连。它接收来自应用层的指令和数据，并以帧信息结构（frame information structure，fis）的形式传递给另一方。fis中包括头部、净载荷数据和循环冗余检验码，其净载荷长度可变。
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esata代表外部sata（external sata）。它采用更好的连接器和更长的屏蔽线缆，最长可达2米。它针对的是外部硬盘。
msata
msata代表小型化sata（mini-sata）。它针对的是移动应用和小型固态电子存储设备。它有类似于mini-pcie卡的外形尺寸，面向笔记本和上网本设备。
快速sata
sata express代表快速sata。它是将sata协议和pcie接口结合在一起的新协议。sata express连接器可以接插一个x2的pcie设备或者两个sata设备。
带宽最高可达16gbps带宽（现在最快的sata 3.2标准带宽为16gbps），sata express标准将会如其名称所描述的，把sata软件架构和pci-express高速界面结合在一起。sata国际组织称sata express标准将会带来新一代更快的存储装置和对应的主板接口，并且还能兼容现有的sata设备。sata国际组织主席mladen luksic称该标准将使固态与混合硬盘受益于新一代pci-express 3.0的高带宽从而打破性能瓶颈，标准的具体细节将在年内制定完成。sata国际组织同时表示除sata express外，还有针对集成在主板上的嵌入式单芯片ssd存储解决方案的sata µssd标准，面向移动设备如平板电脑等。
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