摘要：串行ATA技術(shù)是一種代替PATA的接口技術(shù)，在保持與PATA兼容的前提下，引入了大量的新技術(shù)，是桌面應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)領(lǐng)域最具潛力的技術(shù)之一。文中簡(jiǎn)要給出了串行ATA技術(shù)概要，研究和比較了兩種典型的應(yīng)用途徑及與操作系統(tǒng)平臺(tái)開展串行ATA應(yīng)用的編程技術(shù)，最后討論了Serial ATA未來的發(fā)展方向。

        關(guān)鍵詞：串行ATA 應(yīng)用方案

        串行ATA（SATA Serial ATA）是Intel代表的存儲(chǔ)設(shè)備開發(fā)商開發(fā)的ATA-7串行版本SATA 1.0。目的是把基于ATA的存儲(chǔ)能夠更普遍應(yīng)用于桌面、移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備、低端服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)領(lǐng)域。2004年4月，IDF再次對(duì)標(biāo)準(zhǔn)1.0版本的帶寬和物理層連接器進(jìn)行較大改進(jìn)，并發(fā)布了增強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)SATA I，以兼容SAS物理層，滿足數(shù)據(jù)中心存儲(chǔ)需要。使基于ATA的存儲(chǔ)設(shè)備性能與中、低端企業(yè)級(jí)SCSI存儲(chǔ)設(shè)備性能重疊，適應(yīng)數(shù)據(jù)生命周期和企業(yè)存儲(chǔ)分層等應(yīng)用模式的開展。與ATA物理接口結(jié)構(gòu)改變對(duì)應(yīng)，SATA硬盤在機(jī)械系統(tǒng)、傳輸模式、信號(hào)方式、伺服系統(tǒng)、磁介質(zhì)等都有一定的改變或改進(jìn)，并大量借鑒SCSI技術(shù)，其基本帶寬達(dá)到1.5GMps，是一種典型的“后PC”技術(shù)。

1 SATA技術(shù)要點(diǎn)

1.1 簡(jiǎn)化的模型

        SATA串行鏈路接口協(xié)議借鑒了ISO/OSI和TCP/IP模型的組織方式和對(duì)象、服務(wù)、層次封裝等概念，沿用層次化的描述方法，從低向上分別為物理層、鏈路層、傳輸層和應(yīng)用層四層。由于通信是在主機(jī)和存儲(chǔ)設(shè)備非對(duì)等的雙方進(jìn)行的，所以傳統(tǒng)的peer-to-peer實(shí)體指代發(fā)生了變化。

1．2 協(xié)議狀態(tài)機(jī)機(jī)制

        SATA協(xié)議操作主要通過通信實(shí)體協(xié)議棧的傳輸控制狀態(tài)機(jī)（Transport State Machine）和鏈路狀態(tài)機(jī)（Link State Machine）兩大核心子模塊完成，其中鏈路狀態(tài)機(jī)完成與串行線路相關(guān)的操作，傳輸控制狀態(tài)機(jī)通過把上層操作分解成可與鏈路狀態(tài)交換的一系列動(dòng)作，使用接口中的子模塊資源，完成與主機(jī)平臺(tái)相關(guān)的操作。兩狀態(tài)機(jī)在傳輸數(shù)據(jù)過程中相互協(xié)調(diào)工作行為，最優(yōu)化應(yīng)用資源。

    1．3 精簡(jiǎn)高效的核心技術(shù)

        SATA是高速串行總線技術(shù)，為了在區(qū)區(qū)4條數(shù)據(jù)線上得到比并行16條數(shù)據(jù)線還要高的數(shù)據(jù)傳輸率，結(jié)構(gòu)上減少協(xié)議層次，精簡(jiǎn)協(xié)議內(nèi)容和算法復(fù)雜性；技術(shù)上各層大量采用支持高速或有利于傳輸?shù)募夹g(shù)。這些技術(shù)主要有：

        幀技術(shù)SATA采用幀作為基本傳輸單元，支持七種類型、最大長(zhǎng)度達(dá)8192字節(jié)的幀傳輸。在幀結(jié)構(gòu)中，HOLD、HOLDA（32位）原語(yǔ)用于流量控制，F(xiàn)IS Content是有效載荷。

        本地命令隊(duì)列NCQ（NCQ-Native CommandQueuing）是在SATA I中引入的一個(gè)強(qiáng)大的磁盤接口技術(shù)，目的在于減少主機(jī)和設(shè)備的握手次數(shù)、聚合數(shù)據(jù)中斷，減少接口事務(wù)數(shù)量。達(dá)到減少驅(qū)動(dòng)器的尋道和旋轉(zhuǎn)的機(jī)械位置延遲，提高隊(duì)列負(fù)載性能的目的。NCQ是對(duì)SATA1.0所做的諸多功能擴(kuò)展中唯一與性能密切相關(guān)的技術(shù)。NCQ采用RPO磁盤旋轉(zhuǎn)位置命令調(diào)度算法，支持線程和最大達(dá)32級(jí)深度的命令隊(duì)列管理，增加Race-free狀態(tài)返回機(jī)制、中斷聚合和First Parity DMA三個(gè)新的能力。

·點(diǎn)到點(diǎn)的連接SATA存儲(chǔ)設(shè)備與主機(jī)的連接采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接和星型拓?fù)�，連接帶寬專用，降低了共享仲裁和配置的復(fù)雜性，避免了單點(diǎn)故障，改善了可擴(kuò)展性和并發(fā)操作能力。

·全局次錯(cuò)誤檢測(cè)支持在SATA協(xié)議棧中，錯(cuò)誤的檢測(cè)從低層一直延伸到頂層。層之間的錯(cuò)誤通過接口狀態(tài)寄存器和接口錯(cuò)誤寄存器進(jìn)行傳遞，每層都有錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)、錯(cuò)誤控制和錯(cuò)誤報(bào)告恢復(fù)能力。根據(jù)錯(cuò)誤性質(zhì)和可恢復(fù)程度，有Freeze、Abort、Retry和Track/Ignore四種處理策略。

·改進(jìn)的線纜連接器和熱插SATA的信號(hào)線和電源線獨(dú)立配置，各信號(hào)線或電源線之間使用地線分隔。盲匹配設(shè)計(jì)，頭部有額外的用于插拔定位和保護(hù)和凸出；支持帶外硬盤檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)了完整的熱插拔支持。

·其他技術(shù)SATA使用字母標(biāo)記來描述數(shù)據(jù)位和控制變量，使用8B/10B編碼方案把SATA示編碼的數(shù)據(jù)和控制字節(jié)翻譯成字符串。傳輸?shù)男盘?hào)采用與現(xiàn)有SCSI電路兼容的（偏移值為250mV）的低電壓差動(dòng)（LVD）技術(shù)。電源管理細(xì)粒度化，它不僅能對(duì)存儲(chǔ)設(shè)備的電源進(jìn)行管理，還具有自我管理功能，能把不運(yùn)行的部分置于低功耗模式。

2 SATA應(yīng)用方案

2．1 橋

        串行存儲(chǔ)設(shè)備定位于