SATA系列专题之一《1.0 Physical Layer物理层OOB信号》

前言

说OOB之前，首先得了解一下SATA结构以及物理层的含义。

SATA主要包括：应用层(Application Layer), 传输层(Transport Layer)，链路层(Link Layer)、物理层(Physical Layer)。

SATA结构如下图:

这四个主要部分的作用是什么呢？

Application Layer/Command Layer(可解读为同一层) :

1. 最高层级的Layer,进行ATA或ATAPI command的执行,

2. implementation上很多是用软件处理.

Transport Layer （传输层）:

1. 将Application Layer要做的Command转化成FIS的handshake,

2. 对FIS的组成和解开.

Link Layer （数据链路层）:

1. 将要打出去的data做编码, 将收进来的data做解码,

2. 维持Link Layer的handshake机制.

Physical Layer （物理层）:

1. Tx和Rx串行流(serial stream),

2. 上电时序,

3. 支持SATA电源管理选项,

4. OOB(Out-of-Band)信号的产生与检测.

从上面的介绍中，我们看到物理层中有一个关键的功能就是OOB(Out-of-Band)信号的产生与检测, 这就是我们今天的主角~

SATA信号链接的建立主要是靠OOB(Out Of Band)的检测实现的，并且向上层Link Layer提供了物理层的链接情况。

OOB主要的作用包括以下几点：

初始化(initialization)
传输速率的协商与对接(Speed negotiation) --- 通过OOB handshake，host与device可以决定要在Gen1，Gen2，Gen3做data传输
重置(Reset)
从省电状态(Slumer/Partial)的唤醒

OOB信号实际上主要有COMRESET/COMINIT与COMWAKE。

COMRESET：Host对Device进行硬件重置以及SATA信号的重新建立。

COMINIT：由Device送往Host，要求信号初始化。

COMWAKE：Host或是Device装置可以激发该信号来将PHY从省电状态(Slumer/Partial)抽离。

COMRESET/COMINIT由两部分相互间隔构成，一部分是突发长度为160个UI (Unit Interval)约106.7ns的ALIGN，另一部分是长度为480UI约320ns的Idle。

需要注意的是，虽然COMREST和COMINIT形式上是一样的，但COMREST只能从host到device，而COMINIT只能从device到host。

COMWAKE同样是有两部分相互间隔组成，一部分是突发长度为160个UI (Unit Interval)约106.7ns的ALIGN，另一部分是长度为160个UI约106.7ns的Idle。

SATA信号通迅链结建立过程是什么？

我们一步步的来解析一下详细的过程：

首先，主机重置，发出COMREST。
设备检测到COMRESET后以COMINIT回应。

---COMINIT为重新连接开始信号，设备可以在任意时间发送COMINIT重新建立连接。
若没有COMINIT的通知，HOST就会重复步骤1，直到DEVICE回复为止，这也是系统允许热插拔的关键。
主机calibrate（校准/标定），发出COMWAKE。
设备接收到COMWAKE后，设备连续发送6个COMWAKE信号，接着连续发送ALIGN进行传送速度的协商。
主机锁存资料。主机接收到COMWAKE后，以支援的最低速率连续发送D10.2资料，同时锁存检测接收的资料，当检测到设备发送的ALIGN后，以接收的速率将ALIGN转发给设备。

注：D10.2是0101010101...这样0和1交替的波形, 可以让device端更容易做clock recovery的动作.
主机在发送了COMWAKE后至少要在880ps内接检测到ALIGN，否则主机重启上电序列重新检测设备，直到应用层将其终止。
设备锁存资料，检测到ALIGN后发送同步信号SYNC，通讯建立成功，进入到正常操作模式。如在54.6us内未检测到ALlGN，则进入错误处理，等待重新连接。
当主机接收到三个非ALIGN后，链结建立完成，进入正常操作