書接上回-《串行總線技術（一）-串行總線結構（以PCIe為例）》《串行總線技術（二）-串行總線中的先進設計理念及SerDes/PMA介紹》，今天詳解SATA協議。

簡介SATA（Serial Advanced Technology Attachment，高級技術附加裝置）是在2002年作為并行ATA（Parallel ATA，PATA）的替代技術而引人的。由于SATA是一種串行協議，與并行ATA相比，它所需要的引腳數少、連接器尺寸也小。第一代SATA（也被稱為SATA1.0）以1.5Gbps速度運行。SATA2.0的運行速度翻倍至3.0Gbps，在SATA3.0中，運行速度進一步翻倍至6.0GbpS。

SATA架構SATA組成部分包括兩種類型：SATA宿主（SATA host）和SATA設備（SATA device）。

SATA宿主通常位于個人計算機中。SATA宿主可以有一個或者多個端口。SATA宿主的每一個端口連接一個SATA設備。即使SATA宿主具有多個端口，各個端口的運行也是彼此獨立的，同時每一個SATA設備的運行都獨立于其他SATA設備。

SATA宿主集成在芯片組內部，在芯片組內部，SATA宿主的前端連接至芯片組內部的PCle總線或AHB/AXI總線上。SATA宿主采用寄存器接口層進行數據通信，該寄存器接口層被稱為高級宿主控制器接口（Advanced Host Controller Interface，AHCI）。AHCI為DMA數據傳送提供了基于寄存器的接口。在軟件中有操作指令，軟件存儲在存儲器中。然后，軟件對宿主寄存器空間進行置位表示指令已就緒。SATA宿主從存儲器中取出指令并將它們傳送給SATA設備。

SATA設備接收到來自宿主的指令并加以執行。在SATA設備的后端，通常是硬盤控制器。SATA協議層將SATA指令傳遞給硬盤控制器，由它來執行指令（從硬盤中讀出數據或者將數據寫入硬盤）。SATA支持本地命令排序（Native Command Queuing，NCQ），即硬盤控制器通過SATA協議接收多條指令、并按照最佳順序加以執行。

SATA協議分為三層（復雜協議都具有分層管理機制）：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，它還關注鏈路訓練和初始化。數據鏈路層是中間層次，關注鏈路對鏈路的通信。數據鏈路報文長度同定（4字節），稱為原語（primitive）。SATA采用全雙工通信協議，但與PCle類似，發送和接收線路不同時進行數據傳送。當一方將數據發送到TX通道上時，另一方發送原語。原語用于傳遞控制信息，如R-OK（接收數據無差錯）、R_ERR（接收數據有差錯）、HOLD（發給發送方的流控信，讓其暫停發送數據）。

最上面一層被稱為傳輸層，它與應用層相連。它接收來自應用層的指令和數據，并以幀信息結構（Frame Information Structure，FIS）的形式傳遞給另一方。FIS中包括頭部、凈載荷數據和循環冗余檢驗碼，其凈載荷長度可變。

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的屏蔽線纜，最長可達2米。它針對的是外部硬盤。

mSATA

mSATA代表小型化SATA（mini-SATA）。它針對的是移動應用和小型固態電子存儲設備。它有類似于mini-PCIe卡的外形尺寸，面向筆記本和上網本設備。

快速SATA

SATA Express代表快速SATA。它是將SATA協議和PCIe接口結合在一起的新協議。SATA Express連接器可以接插一個x2的PCIe設備或者兩個SATA設備。

帶寬最高可達16Gbps帶寬（現在最快的SATA 3.2標準帶寬為16Gbps），SATA Express標準將會如其名稱所描述的，把SATA軟件架構和PCI-Express高速界面結合在一起。SATA國際組織稱SATA Express標準將會帶來新一代更快的存儲裝置和對應的主板接口，并且還能兼容現有的SATA設備。SATA國際組織主席Mladen Luksic稱該標準將使固態與混合硬盤受益于新一代PCI-Express 3.0的高帶寬從而打破性能瓶頸，標準的具體細節將在年內制定完成。SATA國際組織同時表示除SATA Express外，還有針對集成在主板上的嵌入式單芯片SSD存儲解決方案的SATA μSSD標準，面向移動設備如平板電腦等。

責任編輯：haq