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摘要：Maxim針對下一代串行SCSI (SAS)系統(tǒng)設(shè)計的NexSAS?產(chǎn)品分為四個功能區(qū)：擴(kuò)展器技術(shù)、SAS/SATA支持器件、服務(wù)器/機(jī)箱/主板管理和信號調(diào)理。本文詳細(xì)介紹了第1.5代NexSAS擴(kuò)展器在技術(shù)上的突破。
類似文章發(fā)表于Maxim工程期刊 ，第63期(PDF，1MB)。
第1.5代NexSAS系列產(chǎn)品為SMB (中/小型業(yè)務(wù))和企業(yè)系統(tǒng)提供了高性能的存儲解決方案，甚至具備目前只有高利用率、高性能光纖通道系統(tǒng)才會提供的功能。NexSAS產(chǎn)品線包括三個高密度PHY擴(kuò)展器、智能復(fù)用/解復(fù)用器擴(kuò)展、新型機(jī)箱管理/SAS背板控制器以及業(yè)界靈敏度最高的信號調(diào)理器。
Maxim的NexSAS系列產(chǎn)品分為四個功能區(qū)：擴(kuò)展器技術(shù)、SAS/SATA支持器件、服務(wù)器/機(jī)箱/主板管理和信號調(diào)理。本文詳細(xì)介紹了第1.5代NexSAS擴(kuò)展器在技術(shù)上的突破，討論了NexSAS的多連接STP/SATA橋以及對SAS 2.0分區(qū)的支持。
Maxim的所有擴(kuò)展器都將核心系統(tǒng)功能分為兩個獨(dú)立部分：擴(kuò)展功能和管理功能。擴(kuò)展功能包括擴(kuò)展器連接管理(ECM)、擴(kuò)展器連接路由器(ECR)、廣播原始處理器(BPP)和連接到器件的物理接口(PHY) (接口數(shù)為6至36，取決于具體應(yīng)用)。
核心功能的另一部分是管理功能，它提供擴(kuò)展器管理和廠商規(guī)定的機(jī)箱管理功能。這一部分還集成了與整個系統(tǒng)互動所需的各種外圍接口，包括2 線串口、JTAG、UART、通用I/O (GPIO)以及串行外圍接口。這些接口的數(shù)量和類型取決于特定的擴(kuò)展器及工作模式。
圖1. Maxim的第1.5代NexSAS系列擴(kuò)展器的原理圖
圖1所示是所有Maxim NexSAS系列產(chǎn)品的基本功能框圖。第1.5代擴(kuò)展器提供了各種功能，以滿足不同的系統(tǒng)需求。它們也具有一些相同特性，包括：
第1.5代擴(kuò)展器填補(bǔ)了SAS 1.1和即將推出的SAS 2.0技術(shù)規(guī)范之間的空缺，本文介紹2個主要的功能區(qū)別：多連接STP/SATA橋和SAS 2.0分區(qū)，詳情請參考下文。
一般情況下，SAS 1.1技術(shù)規(guī)范對STP/SATA橋的功能定義為：
圖2. STP/SATA橋支持STP功能啟動器和SATA驅(qū)動之間的連接
圖2所示為STP/SATA橋結(jié)構(gòu)。與SAS驅(qū)動不同，SATA驅(qū)動不能識別多主機(jī)或多啟動器的并發(fā)訪問。會話期間，STP啟動器保持與SATA目標(biāo)器的連接。在建立連接期間，任何試圖訪問相同SATA設(shè)備的STP啟動器將接收到一條“OPEN_REJECT (STP RESOURCES BUSY)”信息，并且嘗試重新連接。這種簡單的排除連接的機(jī)制在指定時間內(nèi)僅允許設(shè)備上激活一個主機(jī)，保持了系統(tǒng)的相干性。
完成指定的啟動器的所有命令后，啟動器應(yīng)該向STP/SATA橋發(fā)送一個特殊的CLOSE (CLEAR AFFILIATION)，從而解除連接，并允許其它主機(jī)訪問驅(qū)動器/資源。
可以想象，第一代擴(kuò)展器只能支持單一連接，符合SAS 1.1技術(shù)規(guī)范。
任何新技術(shù)的推出都會帶來一些意想不到的結(jié)果。傳統(tǒng)的STP/SATA橋結(jié)構(gòu)也是如此，原始設(shè)計橋在合理性和性能方面都存在一定的局限，以下簡要介紹這些局限性。
合理性
圖3. SAS 1.1中的SATA連接從概念上僅支持單一連接，從而在合理性和性能上造成一定的局限
圖4. 第1.5代NexSAS擴(kuò)展器支持多連接STP/SATA橋工作，使兩個主機(jī)可同時在相同的SATA驅(qū)動器上發(fā)出激活命令
以下簡要介紹新型橋設(shè)計的工作原理。
智能連接管理
為滿足這些需求，在即將推出的SAS 2.0規(guī)范中引入了端對端分區(qū)的概念(關(guān)于分區(qū)規(guī)范的最新信息請訪問網(wǎng)站：www.t10.org)。
根據(jù)定義，SAS協(xié)議在指定的域中支持最多16,384個設(shè)備(啟動器、目標(biāo)器、擴(kuò)展器和/或虛擬設(shè)備)；然而，在實際應(yīng)用中，實現(xiàn)如此大的拓?fù)鋵⒗щy重重。其實，端對端分區(qū)提供了以較少的邏輯(分段)電路管理較大的物理拓?fù)涞谋匾獧C(jī)制。SAS分區(qū)提供了控制組內(nèi)及組間存取的概念和機(jī)制。
即將推出的SAS 2.0規(guī)范將分區(qū)劃分為2個部分：PHY解析分區(qū)和地址解析分區(qū)。兩種方法均采用了相同的訪問控制，但分組不同。
PHY解析的分區(qū)非常適合于小型拓?fù)?、刀片服?wù)器或集群應(yīng)用。
通常情況下，地址解析分區(qū)用于較大拓?fù)洌蛘咝枰笠?guī)?？刂破鞯膽?yīng)用。
類似文章發(fā)表于Maxim工程期刊 ，第63期(PDF，1MB)。
引言
隨著第一代基于串行SCSI (SAS)技術(shù)的系統(tǒng)進(jìn)入市場，主要的服務(wù)器和存儲器OEM競相推出新的平臺。伴隨著第一代系統(tǒng)的推出，Maxim擴(kuò)大了其廣受歡迎的NexSAS?產(chǎn)品線。第1.5代NexSAS系列產(chǎn)品為SMB (中/小型業(yè)務(wù))和企業(yè)系統(tǒng)提供了高性能的存儲解決方案，甚至具備目前只有高利用率、高性能光纖通道系統(tǒng)才會提供的功能。NexSAS產(chǎn)品線包括三個高密度PHY擴(kuò)展器、智能復(fù)用/解復(fù)用器擴(kuò)展、新型機(jī)箱管理/SAS背板控制器以及業(yè)界靈敏度最高的信號調(diào)理器。
Maxim的NexSAS系列產(chǎn)品分為四個功能區(qū)：擴(kuò)展器技術(shù)、SAS/SATA支持器件、服務(wù)器/機(jī)箱/主板管理和信號調(diào)理。本文詳細(xì)介紹了第1.5代NexSAS擴(kuò)展器在技術(shù)上的突破，討論了NexSAS的多連接STP/SATA橋以及對SAS 2.0分區(qū)的支持。
NexSAS擴(kuò)展器技術(shù)
NexSAS擴(kuò)展器系列產(chǎn)品設(shè)計用于高性能的互聯(lián)設(shè)備，采用單功能設(shè)計。該設(shè)計方法能夠確保從較少端口向刀片服務(wù)器、機(jī)箱和交換/隔離SAN應(yīng)用所要求的多端口的可擴(kuò)展性。Maxim的所有擴(kuò)展器都將核心系統(tǒng)功能分為兩個獨(dú)立部分：擴(kuò)展功能和管理功能。擴(kuò)展功能包括擴(kuò)展器連接管理(ECM)、擴(kuò)展器連接路由器(ECR)、廣播原始處理器(BPP)和連接到器件的物理接口(PHY) (接口數(shù)為6至36，取決于具體應(yīng)用)。
核心功能的另一部分是管理功能，它提供擴(kuò)展器管理和廠商規(guī)定的機(jī)箱管理功能。這一部分還集成了與整個系統(tǒng)互動所需的各種外圍接口，包括2 線串口、JTAG、UART、通用I/O (GPIO)以及串行外圍接口。這些接口的數(shù)量和類型取決于特定的擴(kuò)展器及工作模式。
圖1. Maxim的第1.5代NexSAS系列擴(kuò)展器的原理圖
圖1所示是所有Maxim NexSAS系列產(chǎn)品的基本功能框圖。第1.5代擴(kuò)展器提供了各種功能，以滿足不同的系統(tǒng)需求。它們也具有一些相同特性，包括：
- 高性能開關(guān)結(jié)構(gòu)。一個低延遲、無阻塞開關(guān)矩陣，可提供高達(dá)54Gbps的開關(guān)容量(多端口擴(kuò)展器，低端口數(shù)的擴(kuò)展器容量會線性下降)。
- Maxim的通用PHY。自配置、自適應(yīng)PHY能夠以1.5Gbps和3.0Gbps的數(shù)據(jù)速率支持SAS啟動器和SAS/SATA目標(biāo)器。多PHY的預(yù)加重/去加重功能以及多PHY輸出級，充分利用了Maxim 20多年的技術(shù)積累。它們可以組合成寬度為n個PHY的SAS“擴(kuò)展端口”。
- 虛擬啟動器和目標(biāo)器的容量。SMP (串行管理協(xié)議)、SSP (串行SCSI協(xié)議)和STP (串行ATA隧道協(xié)議)啟動器、目標(biāo)器能夠提供可靠的增值業(yè)務(wù)，例如自配置、自發(fā)現(xiàn)、SES控制以及偽劣設(shè)備的識別。
- 集成式機(jī)箱管理(EM)子系統(tǒng)?？煽康臋C(jī)箱管理能力最大程度地保護(hù)了OEM廠商在原有固件/軟件/定制功能上的投資，并可提供系統(tǒng)設(shè)計的靈活性。
- 集成式以太網(wǎng)接口。EM子系統(tǒng)包括了兩個10/100以太網(wǎng)MAC，支持刀片服務(wù)器或其它需要通過以太網(wǎng)訪問擴(kuò)展器的應(yīng)用。
- 多連接STP/SATA橋。利用Maxim的擴(kuò)展器技術(shù)，對原有的STP/SATA橋進(jìn)行擴(kuò)展時在啟動器和目標(biāo)器之間支持兩個并發(fā)(主/主) NCQ連接。這一創(chuàng)新方案有效解決了SAS 1.1中單一連接機(jī)制常見的啟動器資源缺乏問題。
- 端對端SAS 2.0分區(qū)。出于安全、控制和性能指標(biāo)的考慮，NexSAS擴(kuò)展器同時支持SAS 2.0 PHY解析和地址解析分區(qū)。
- 對第一代器件的其它改進(jìn)。其它功能包括EPOW、集成A/D轉(zhuǎn)換器、用于可信賴平臺的LPC以及片上存儲器的奇偶校驗保護(hù)。
第1.5代擴(kuò)展器填補(bǔ)了SAS 1.1和即將推出的SAS 2.0技術(shù)規(guī)范之間的空缺，本文介紹2個主要的功能區(qū)別：多連接STP/SATA橋和SAS 2.0分區(qū)，詳情請參考下文。
NexSAS多連接STP/SATA橋
早期設(shè)計的合理性和性能局限性
SAS 1.1技術(shù)規(guī)范將STP/SATA橋定義為在STP啟動器與SATA目標(biāo)器(HDD)之間起橋梁作用的擴(kuò)展組件。如果沒有STP/SATA橋，SAS將不能夠支持串行ATA(SATA)驅(qū)動。一般情況下，SAS 1.1技術(shù)規(guī)范對STP/SATA橋的功能定義為：
- 在SAS擴(kuò)展器中，STP/SATA橋可實現(xiàn)SATA驅(qū)動到SAS域之間的連接。
- SAS協(xié)議用于建立或切斷主機(jī)(啟動器)與STP/SATA橋之間的連接。
- 連接期間，STP/SATA橋僅將本地SATA協(xié)議發(fā)送到SATA。
- 擴(kuò)展器通常在每個PHY中有一個STP/SATA橋，但是只有在連接到SATA設(shè)備時才會激活橋。
圖2. STP/SATA橋支持STP功能啟動器和SATA驅(qū)動之間的連接
圖2所示為STP/SATA橋結(jié)構(gòu)。與SAS驅(qū)動不同，SATA驅(qū)動不能識別多主機(jī)或多啟動器的并發(fā)訪問。會話期間，STP啟動器保持與SATA目標(biāo)器的連接。在建立連接期間，任何試圖訪問相同SATA設(shè)備的STP啟動器將接收到一條“OPEN_REJECT (STP RESOURCES BUSY)”信息，并且嘗試重新連接。這種簡單的排除連接的機(jī)制在指定時間內(nèi)僅允許設(shè)備上激活一個主機(jī)，保持了系統(tǒng)的相干性。
完成指定的啟動器的所有命令后，啟動器應(yīng)該向STP/SATA橋發(fā)送一個特殊的CLOSE (CLEAR AFFILIATION)，從而解除連接，并允許其它主機(jī)訪問驅(qū)動器/資源。
可以想象，第一代擴(kuò)展器只能支持單一連接，符合SAS 1.1技術(shù)規(guī)范。
任何新技術(shù)的推出都會帶來一些意想不到的結(jié)果。傳統(tǒng)的STP/SATA橋結(jié)構(gòu)也是如此，原始設(shè)計橋在合理性和性能方面都存在一定的局限，以下簡要介紹這些局限性。
合理性
- 對于連接的時效性沒有明確限制，這意味著一個連接可能是永久建立的。
- 對SATA裝置的有效訪問必須由啟動器發(fā)起；當(dāng)沒有主/主通信時，可能得不到保證。
- 實現(xiàn)合理的軟件算法對于OEM來說難度較大。
- 現(xiàn)有的STP啟動器并不“規(guī)范”：它們有時可能不解除連接。
- 如果在擴(kuò)展器STP/SATA橋和啟動器之間存在有效的連接，其它主機(jī)則不能完成與該驅(qū)動器的任何連接請求，包括診斷。
- 在負(fù)載平衡系統(tǒng)中，單進(jìn)程訪問SATA硬盤非常慢。
圖3. SAS 1.1中的SATA連接從概念上僅支持單一連接，從而在合理性和性能上造成一定的局限
新設(shè)計克服了傳統(tǒng)的性能局限
第1.5代NexSAS擴(kuò)展器解決了SAS 1.1 STP/SATA橋的局限問題。通過升級橋的功能，兩個主機(jī)可同時對同一SATA驅(qū)動器發(fā)出激活命令，圖4所示為支持多連接STP/SATA橋的工作原理。圖4. 第1.5代NexSAS擴(kuò)展器支持多連接STP/SATA橋工作，使兩個主機(jī)可同時在相同的SATA驅(qū)動器上發(fā)出激活命令
以下簡要介紹新型橋設(shè)計的工作原理。
智能連接管理
- 靈活、非獨(dú)占斷開策略(允許交迭)，包括：
- 定時斷開(多種模式和范圍)
- 完成任何FIS傳輸后斷開
- 完成數(shù)據(jù)FIS傳輸后斷開
- 互鎖操作后斷開
- 根據(jù)隊列標(biāo)簽/上下文自動召回適當(dāng)?shù)膯悠?主機(jī))
- SATA驅(qū)動器上允許采用所有32個NCQ命令標(biāo)簽(或根據(jù)配置使用少數(shù)標(biāo)簽)
- 管理來自于不同主機(jī)的NCQ和PIO命令之間的交互
- 標(biāo)簽為透明管理，并從驅(qū)動器映射或映射至設(shè)備，避免啟動器時間標(biāo)簽的編碼沖突(不需要特殊的主機(jī)軟件或固件)
SAS 2.0分區(qū)的基礎(chǔ)知識
當(dāng)存儲器OEM和集成廠商在引進(jìn)并采用基于SAS的系統(tǒng)時，都會希望能夠提供流量管理(性能)和安全領(lǐng)域所需的光纖通道及企業(yè)級特性。為滿足這些需求，在即將推出的SAS 2.0規(guī)范中引入了端對端分區(qū)的概念(關(guān)于分區(qū)規(guī)范的最新信息請訪問網(wǎng)站：www.t10.org)。
根據(jù)定義，SAS協(xié)議在指定的域中支持最多16,384個設(shè)備(啟動器、目標(biāo)器、擴(kuò)展器和/或虛擬設(shè)備)；然而，在實際應(yīng)用中，實現(xiàn)如此大的拓?fù)鋵⒗щy重重。其實，端對端分區(qū)提供了以較少的邏輯(分段)電路管理較大的物理拓?fù)涞谋匾獧C(jī)制。SAS分區(qū)提供了控制組內(nèi)及組間存取的概念和機(jī)制。
即將推出的SAS 2.0規(guī)范將分區(qū)劃分為2個部分：PHY解析分區(qū)和地址解析分區(qū)。兩種方法均采用了相同的訪問控制，但分組不同。
PHY解析分區(qū)
在PHY解析分區(qū)配置中，能夠分區(qū)的擴(kuò)展器的每個PHY分配了一個分區(qū)組；屬于該P(yáng)HY (或端口，當(dāng)為寬端口PHY分組時)的所有設(shè)備均成為該分區(qū)組的一部分。擴(kuò)展器中的一個授權(quán)表包括訪問控制許可信息，其中列出了不同分區(qū)組中設(shè)備之間的會話協(xié)議(默認(rèn)情況下，一個分區(qū)組中的所有設(shè)備均可相互通信)。PHY解析的分區(qū)非常適合于小型拓?fù)?、刀片服?wù)器或集群應(yīng)用。
地址解析分區(qū)
地址解析分區(qū)提供了PHY解析分區(qū)所不具備的一個抽象層。在地址解析配置中，自檢測擴(kuò)展器解析每個設(shè)備地址，并形成一個表。該表包括了路由信息和分區(qū)授權(quán)。通過表中的授權(quán)和分區(qū)組確定任意兩個設(shè)備之間能夠進(jìn)行什么級別的通信。通常情況下，地址解析分區(qū)用于較大拓?fù)洌蛘咝枰笠?guī)?？刂破鞯膽?yīng)用。
工商網(wǎng)監(jiān)
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