浅析SAS协议：链路层

概述

SAS链路层用于定义原语、地址帧以及连接相关的内容，提供认证序列、hardreset序列、连接管理以及SSP、STP和SMP帧传输等功能

原语

原语定义为第一个字符为K28.3或K28.5的双字，其作用是保持链路传输中的数据同步及时钟补偿等。原语格式定义如下：

SAS链路中的原语根据作用可大致分为三类：通用原语、连接管理原语、连接通信原语。

通用原语

原语	描述
ALIGN	用于速率调整，保持连接的phy传输速率一致
HARD_RESET	发起Hard Reset
BROADCAST	链路变化原语，由Expander发出，指示SAS网络中存在链路发生变化
ERROR	用于误码

连接管理原语

连接管理原语用于配合地址帧进行连接管理，包括CLOSE、AIP等。

原语	描述
SOAF/EOAF	地址帧的起始与结束标识
OPEN_ACCEPT	接受一个连接请求
OPEN_REJECT	拒绝一个连接请求，携带的字符数据指示了拒绝连接的原因
AIP	连接仲裁原语，连接建立过程中由被请求端发送，携带的字符数据指示了当前未建立的原因
CLOSE	关闭一条连接
BREAK	中断一条连接

连接通信原语

连接通信原语主要用于SSP、SMP连接内的数据通信，包括ACK、NAK等。

原语	描述
SOF/EOF	帧的起始与结束标识
RRDY	允许发送帧
CREDIT_BLOCED	用于流控
ACK/NAK	用于对COMMAND、TASK、XFER_RDY、RESPONSE帧进行响应，正常时返回ACK，异常返回NAK
DONE	数据帧传输完成

地址帧

SAS协议定义了两种类型的地址帧：IDENTIFY地址帧和OPEN地址帧，分别用于IDENTIFY序列中交互设备信息和建立连接请求。地址帧在链路上的传输格式如下：

地址帧的通用格式定义如下：

IDENTIFY地址帧

当SAS设备之间链路建立后，两端设备会发送IDENTIFY地址帧以交换双方的设备信息。IDENTIFY地址帧格式如下：

OPEN地址帧

SAS通信模型中约束SAS设备之间要进行数据通信，必须要先建立一条端到端的连接。作为连接的发起方，需要通过发送OPEN地址帧，以请求建立一条到目标设备的数据连接通路。OPEN地址帧格式定义如下：

链路复位

SAS链路定义了多种级别的链路复位序列：包括Link Reset、Hard Reset。

Link Reset

Link Reset会重新触发两端的链路协商以及信息认证，Link Reset流程如下：

Hard Reset

Hard Reset对比Link Reset流程，多出了一个Hard Reset的序列，通常这个序列会发送一个Hard Reset类型的原语。Target端在接收到Hard Reset原语后可能会做一些额外的资源清理等，例如SAS盘就可能回去清除盘上所有正在运行的IO。

SATA的Link Reset

SATA的链路复位要单独进行说明，SATA协议只定义了Link Reset这一种方式，其Link Reset序列示意图如下：

连接管理

SAS协议要求启动器端口和目标器端口在进行数据通信之前，必须要先建立连接。根据链路层所承载的协议不同，连接类型可以分为三种，分别为SSP连接、STP连接和SMP连接，其中：

• SSP连接：用于SSP Initiator端口和SSP Target端口之间传输SCSI命令请求、任务管理请求以及数据帧等；
• STP连接：用于SSP Initiator端口和STP Target端口之间传输SATA数据帧，其中STP Target端口有Expander设备提供，代理SATA设备与SSP Inititor设备建立STP连接；
• SMP连接：用于SMP Initiator端口和SMP Target端口之间传输SMP请求和SMP响应数据。

建立连接

待续。。。

连接仲裁

待续。。。

流量控制

流量控制用于保证发送端发送的流量不会超出接收端的接收能力，而导致数据被接收端丢掉。基本的实现流量控制的方式有两种：一种是基于反压机制，例如以太网使用的Global Pause、PFC等；另外一种是基于信用的流控
，高速链路大都采用这种方式，例如PCIe。SAS协议使用基于信用的流量控制机制，本端如果要发送数据，必须要先收到对端的信用。

SSP流控

SSP链路层的流控使用RRDY原语来授予SSP帧信用，以允许连接中的其它SSP phy发送帧。本端在每次接收到一个RRDY原语时，都会将递增信用计数；每个信用都会允许本端向对端发送一个SSP帧，帧发送完后，信用也会递减。

Credit Advance

除了RRDY原语外，OPEN地址帧CREDIT ADVANCE位也可以用来授予SSP帧信用。它的运作机制如下：

• 如果本端具有可用的接收资源，则它可以通过在OPEN地址帧中将CREDIT ADVANCE位设置为1来预付信用，这样可以允许本端在接收到OPEN_ACCEPT之后才发送RRDY；
• 而在对端接收到CREDIT ADVANCE位设置为1的OPEN地址帧后，会增加SSP帧信用，同时也会忽略下一个接收到的RRDY原语。

SMP流控

SMP链路层其实并未实现流量控制，SMP帧的交互是一个简单的请求-响应的通信模型。当接受SMP连接时，就意味着SMP Target端口已经准备好接受SMP请求了；同样的对于SMP Intiator端口，当发送SMP请求时，也就做好了接受SMP响应的准备。

相关参考

• 《SAS Protocol Layer》
• 《SAS Storage Archteciture》》