UFS 3.1协议分析(第五章) -- UFS协议栈

UFS顶层架构

    UFS基于SCSI SAM架构模型定义了一个完整的协议栈，从上到下依次为应用层、传输层、数据链路层、物理层。UFS使用MIPI联盟的UniPro作为数据链路层和MIPI的M-PHY作为物理层，两者合起来称之为互连层（UFS InterConnect Layer）

应用层

    应用层包括UFS命令集、设备管理器（Device Manager）和任务管理器（Task Manager）。应用层处于整个协议栈的最高层，所有的命令或者请求都来源于该层。
    UCS负责命令的生成，目前UFS没有定义自己的命令（没有UFS Native Command Set），使用的命令是简化的SCSI命令（基于SBC和SPC），由INCITS T10组织定义。
    任务管理器用于处理命令队列控制的命令。设备管理器将提供设备级别的控制，如查询请求和较低级别的链路层控制。

UFS命令集

    目前ufs没有定义自己的命令，使用的是简化的SCSI命令，主要包括SPC（SCSI Primary Commands）命令和SBC（SCSI Block Commands）命令

命令类型	命令名
SPC	INQUIRY
SPC	MODE SELECT(10)
SPC	MODE SENSE(10)
SPC	REPORT LUNS
SPC	READ BUFFER
SPC	TEST UNIT READY
SPC	WRITE BUFFER
SPC	SECURITY PROTOCOL IN
SPC	SECURITY PROTOCOL OUT
SBC	FORMAT UNIT
SBC	PRE-FETCH(10)/(16)
SBC	READ(6)/(10)/(16)
SBC	WRITE(6)/(10)/(16)
SBC	READ CAPACITY(10)/(16)
SBC	REQUEST SENSE
SBC	SEND DIAGNOSTIC
SBC	UNMAP
SBC	START STOP UNIT
SBC	SYNCHRONIZE CACHE(10)/(16)
SBC	VERIFY(10)

UFS 设备管理器

    设备管理器主要完成以下两种任务：

• 处理设备级别的操作：管理设备功耗、设置数据传输相关参数、后台操作使能/禁止和其它设备相关操作
• 管理设备级别的配置：维护和存储一组描述符，处理查询请求修改或获取设备的配置信息
      从UFS架构模型来看，下层为UFS设备管理器提供了服务访问节点：
• UDM_SAP：访问传输层，查询请求，查询响应等操作
• UIO_SAP：管理和控制互联层，主要是通过一系列原语操作，主要包括重启设备、重启互联层、让物理层进入和退出休眠模式等
      因此设备管理器既可以通过正常流程（由UTP传输层传递UPIU数据包），快速访问模式（以原语的形式发送UIC命令）管理和操作设备 。

UFS任务管理器

    任务管理器主要处理命令队列中的命令，比如当某个命令超时时，任务管理器可以通过发送Abort命令将这个命令终止掉；也可以使用Clear命令清空命令队列中的所有命令，具体定义如下：

传输层

    UTP使用SAM作为通用架构模型，是一种请求-响应架构模型。
    UTP层使用UPIU（UFS Protocol Information Unit）用作传递host与ufs设备之间的基本数据单元，不同种类的UPIU都包含有一个通用的头结构。当host端传输层接收到来自应用层的命令或者请求后，会产生相应的UPIU，然后交由下层传导接收端的传输层。 无论UTP 下发何种命令协议，UFS 设备都应统一采用 SCSI CDB、状态和任务管理功能。

互连层

    UFS互联层由MIPI UniPro和M-PHY构成，为上层（UTP）提供基本的传输能力。数据链路层负责主机和设备的链接，物理层负责传输物理电气信号。
    系统模型

    UFS 信号

Name	描述
RST_n	UFS设备硬件复位信号
REF_CLK	链路上每个UFS设备低速参考时钟
DOUT_t	由UFS设备输出的差分信号
DOUT_c	由UFS设备输出的差分信号
DIN_t	输入UFS设备的差分信号
DIN_c	输入UFS设备的差分信号

UniPro

    UniPro除了是一个数据链路层，它也是一个完整的协议栈，

• 传输层（L4）支持多设备之间的双向连接，但是UFS只支持CPort0;
• 网络层（L3）支持通过设备ID寻址多达128个设备，但是由于UFS是点对点的传输，所以不需要使用网络层；
• 数据链路层（L2）支持流控、CRC生成和校验，重传机制等，UFS利用了UniPro的数据链路层为主机和设备之间通讯提供可靠的连接；
• 物理层（M-PHY）使用8/10编码，差分信号进行串行数据传输。数据传输分为高低速模式，每种模式下又有集中不同的速度档位；