UFS2.2 协议扫盲(二)

以下是 UFS 设备功能的摘要: 

一、High speed GEARs

可以看出gear1和gear2是必须支持的。gear3是可选的。

在ufs协议中，关于这部分的内容，结合MIPI M-PHY相关协议看会更加好一点，ufs的物理层实现，毕竟是根据M-PHY设计的。MIPI M-PHY介绍的是一种具有高带宽，高能效的串行差分接口技术，该技术专为移动应用而开发，以获得低引脚数和非常好的电源效率。它旨在适用于多种协议，包括 UniProSM 和 DigRFSM v4，以及广泛的应用。协议中对这种接口的电源管理，传输范围，模式配置等做了介绍，ufs选择unipro和M-PHY配合使用，完成对硬件的控制。

 注：上面这个表是 HS-BURST Rates，从ufs协议中摘的图片。先熟悉一下关键术语：

8b10b：What is 8b/10b Encoding? - Definition from Techopedia 8b/10b 编码是一种电信线路编码，其中每个八位数据字节被转换为一个 10 位传输字符。 8b/10b 编码由 IBM 发明，用于在企业系统连接、千兆以太网和光纤通道上传输数据。 这种编码支持在码流中具有平衡数量的零和一的连续传输。 8b/10b 还可以检测单比特传输错误。
BURST：由 HEAD-OF-BURST 和 TAIL-OF-BURST 分隔并包括的 8b10b 编码数据传输序列。
MARKER：非数据符号，用于协议相关的控制目的。之后可能会出现MARKER0，MARKER1，MARKERs，MK0，MK1。
HEAD-OF-BURST： (退出 STALL 状态或 SLEEP 状态)和 (BURST 中的第一个 MARKER0 )之间的一段，表示 PAYLOAD(见下面) 数据的开始
SLEEP：LS(Low-Speed)-BURSTs 之间使用的省电状态。
STALL：HS-BURSTs with fast recovery time之间的省电状态
PAYLOAD：没有HOB(HEAD-OF-BURST) 和 TOB(TAIL-OF-BURST)的BURST 。 PAYLOAD 可能由多个 FRAME 组成。
PREPARE：退出 STALL 或 SLEEP 后 HOB 的第一个部分，但不包括 SYNC 序列。
SYNC：具有高边缘密度的 8b10b 符号序列，用于快速相位对齐。
HS-BURST：High speed state including PREPARE, SYNC, MARKERs, and data. 
LS-BURST：Low speed state including PREPARE, SYNC, MARKERs, and data. 
HS-MODE：由 STALL 和 HS-BURST 组成的高速操作回路。
LS-MODE：Type I：SLEEP、PWM-BURST、INIT 和 LINE-CFG 状态的组合。
Type II：SLEEP 和 SYS-BURST 状态的组合。以下来自协议：
有两种根本不同的 MODULE 类型，分别表示为 Type-I 和 Type-II，具体取决于 LS-MODE 中使用的信令方案。 Type-I MODULE 采用 PWM 信号，而 Type-II MODULE 使用系统时钟同步、NRZ 信号（用“SYS”表示）。这意味着 M-TX 和 M-RX 的 LINE 状态和状态机序列以及LINE 中的不同 性能限制。因此，PWM和SYS信令是互斥的，一个应用只能选择这两种信令方案中的一种。请注意，Type-II MODULE 需要在 LINE 的两端共享参考时钟。类型 I 模块应能够在链路的每一侧使用独立的本地时钟参考进行操作（准同步操作）。尽管 Type-I MODULE 不需要共享时钟参考，但它可以利用共享参考时钟（如果可用）的好处。带有 I 型模块的 LANE 允许在 LINE 中使用Media Converters。请注意，Type-I 和Type-II MODULE 不可互操作。但是，实现可能支持两种类型的 MODULE，以实现硬件重用。
SYS-BURST：以 SysClk 速率同步传输 LS-BURST。 仅适用于共享 SysClk 应用程序，共享时钟。
DIF-N：逻辑线路状态，由 M-TX 驱动，对应于负差分线路电压。 
DIF-P：逻辑线路状态，由 M-TX 驱动，对应于正差分线路电压。
DIF-Q：当 M-RX 可以是高阻抗时的 LINE 状态，导致未驱动的线路具有未定义的 LINE 状态。
DIF-X：表明 LINE 状态可以是 DIF-P 或 DIF-N，但没有别的。
DIF-Z：逻辑线路状态，由 M-RX 驱动，对应于几乎为零的差分线路电压。 
以上线路状态(NPQXZ)解释：
M-PHY 技术仅利用差分信号。 LINE 可以显示以下状态： 由 M-TX 驱动的正差分电压，由 LINE 状态 DIF-P 表示 由 M-TX 驱动的负差分电压，由 LINE 状态 DIF-N 表示 由 M-RX 维持的微弱零差分电压，由 LINE 状态 DIF-Z 表示 未知的浮动线路电压或无线路驱动，由线路状态 DIF-Q 表示，下图中第一列表示处于什么电压，第二列表示M-TX的输出状态，第三列是M-RX的输入状态，第四列表示此时LINE的状态由谁set，最后一列是LINE State。控制下图4种line state的保持时间，可以实现M-TX和M-RX的状态机切换，从而进行电源切换，具体之后再看看。

FILLER：在 BURST 期间协议没有提供数据时插入的非数据符号。
FRAME：由 MARKERs 分隔的一系列符号。
GEAR：LS 或 HS 模式下的速度范围 (PWM) 或固定速率 (HS) 通信。 每个 HS GEAR 包括两个 RATE，它们在 EMI(Electromagnetic Interference) 缓解方面相差约 15%。GEAR类似于汽车的挡位，在1档下表示一个速度范围或者固定速度，要想加速，就得要切换挡位。 
HIBERN8：最深的低功耗状态，不会丢失配置信息。
HS-GEAR：GEAR in HS-MODE.
LANE：LANE 是单向、点对点、差分串行连接，由 M-PHY 发送模块 (M-TX)、M-PHY 接收模块 (M-RX) 和 LINE 组成。
Media Converters：在电流互连的情况下，LINE 由两条不同布线的导线组成，这些导线连接 M-TX 和 M-RX 的 LINE 接口引脚。 通常，这些电线是传输线。LINE 可能包含到其他传输介质（如光纤）的转换器。 出于数据传输的目的，这样的 LINE 可能被认为是一个黑匣子，在 PIN 处定义了端到端的信号传输要求。 此外，还支持模块和媒体转换器之间的高级配置功能交互。下图显示了在 LINE 中带有Media Converters（MC-TX 和 MC-RX）的 LANE 的设置。

LINE：M-TX 和 M-RX 的 PIN 之间的差分点对点互连。 互连可以包括media converters和waveguide。
LINE-CFG(Configuration for Media Converters; Type-I MODULE only)：与Media Converters交换配置参数的子状态机
LINE-INIT：传输 LCC(LINE Control Command) 之前的 LINE-CFG 子状态。
LINE-RESET：借助长 DIF-P 的异常信号条件，通过 LINE 复位。
LINK：每个方向的一个或多个 PHY LANE 加上一个额外的 LANE 管理层，提供双向数据传输方式，与实际 LANE 组成无关。
MODULE：指示M-TX 或 M-RX
M-PORT：LINK 一侧的 MODULE 组合。 
RATE：以 kbps、Mbps 或 Gbps 为单位的特定模式下的确切通信速度。
SAVE：一组省电状态 STALL、SLEEP、HIBERN8、DISABLED 和 UNPOWERED(电源移除)。
DISABLED：MODULE 已通电但未启用时的 MODULE 状态。
SUB-LINK：同一方向的所有 LANE 作为 LINK 的一小部分。

有了这些基础了解，再看第一张图，上面的HS-BURST Rates：
第一列：表示HS GEAR的挡位，可以支持三个，但是必须有2个GEAR可以用。
第二列：Rate A 速率A的速度，参考频率是 19.2 / 38.4 / 26 / 52(MHz)，对应的HS-GEAR1是1248Mbps(可以看图片中的NOTE 2 得知，是从38.4 MHz 得来的)
第三列：Rate B速率B的速度， 参考频率是19.2 / 38.4 和 26 / 52，对应的HS-GEAR1是1459.2和1456.0，因为来自两个不同的参考频率
第四列，第五列：来自M-PHY协议。看下图：

HS-BURST 中的 MODULE 应仅以定义的数据速率运行。 有两个 RATE 系列，A 和 B，其中系列中的每一步都以两倍的系数进行缩放，而两个 RATE 系列之间的速率差异约为 15%，如表 9 所示。如果 两个 RATE 系列成对耦合以获得最接近的速率 (~15%)，这些单独的耦合表示为 GEAR。 包含 HS-MODE 的 MODULE 应支持 GEAR 的两种速率。 支持 HS-MODE 的 MODULE 应支持 HS-G1。 如果支持更高的 GEAR，则也应支持所有较低的 GEAR。B 系列速率不是常见参考频率 19.20 MHz 或 26.00 MHz 的整数倍，而是在 2000 ppm 的容差范围内。

 二、UFS Layering

* UFS Command Set Layer (UCS) UFS 命令集层 (UCS)

基于 SBC 和 SPC 的简化 SCSI 命令集。 UFS 不会修改这些 SBC 和 SPC Compliant 命令。 存在用于定义 UFS Native 命令和未来扩展的选项。

*  UFS Transport Protocol Layer (UTP) UFS传输协议层(UTP)

JEDEC 定义支持的协议层，即 SCSI 的 UTP(这个然后去看看SAM是怎么介绍的，JEDEC应该是根据SAM设计的)。

This does not exclude the  support of other protocol in UFS Transport Protocol Layer.

* UFS Interconnect Layer (UIC) UFS互连层

MIPI UniPro

数据链路层采用【MIPI-UniPro】

MIPI M-PHY

物理层采用【MIPI-M-PHY】

三、 Interface Features

* Three power supplies

o VCCQ power supply: 1.2 V (nominal)

o VCCQ2 power supply: 1.8 V (nominal)

o VCC power supply: 1.8 V/3.3 V (nominal)

* Signaling as defined by [MIPI-M-PHY]

o 400 mVp/240 mVp (not terminated),

o 200 mVp/120 mVp (terminated)

* Two signaling schemes 两种信令方案

具有 PWM 信号方案的低速模式和高速突发模式

* 为低速和高速模式定义的多个档位

四、 Functional Features

UFS 功能特性是 NAND 管理特性。 这些包括

 与 eMMC 类似的功能特性

 启动操作模式，可以选择从哪个Boot LUN启动

 具有可配置特性的多个逻辑单元，对应每个LUN可以进行单独的配置，比如写保护，逻辑块大小

 重放保护内存块 (RPMB)

 可靠的写操作

 后台操作

 安全操作、清除和擦除以增强数据安全性

 写保护选项，包括永久和开机写保护

 对重放保护内存块的签名访问

 硬件复位信号

 任务管理操作

 电源管理操作