CN101577586A - 一种基于sas/sata接口的光纤互连实现方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于SAS/SATA接口的光纤互连实现方法，包括以下步骤：步骤A.发送端和接收端对SAS接口的带外信号进行协商；步骤B.外信号的协商完成后，发送端直接把SAS接口的数字信号通过光纤发给接收端。本发明还公开了一种基于SAS/SATA接口的光纤互连系统。本发明使发送端和接收端之间通过光纤进行SAS接口协商，并在协商完成后，直接通过光纤来传输SAS的数字信号，实现了在SAS接口中用光纤进行互连，突破了SAS信号通过电缆连接的长度限制和EMC问题，使存储系统架构更灵活、更具扩展性、可靠性更高。

Description

一种基于SAS/SATA接口的光纤互连实现方法和系统

技术领域

本发明涉及存储设备的内部互联技术，尤其涉及一种基于SAS/SATA接口的光纤互连实现方法和系统。

背景技术

众所周知，FC(Fiber Channel：光纤通道)技术已广泛应用在传统存储磁阵设备的内部扩展和互联上，由于FC的架构系统成本较高，目前已有逐渐被SAS(Serial Attached SCSI：串行连接SCSI)架构技术取代的趋势，SAS接口向下兼容SATA(Serial ATA：串行ATA)，已经越来越广泛地应用在存储设备中。目前的SAS 1.0、2.0标准定义的外部互联SAS接口有：SAS 4x，Mini SAS 4x，都是采用电信号传输，3.0Gbps/6Gbps的线速，但是对传输电缆的要求较高。具备该要求的电缆，往往其线缆通道的电磁环境适应性较差，传输距离较短，最大仅有12M，因此迫切需要解决该SAS传输通道的传输距离和EMC(Electromagnetic Compatibility：电磁兼容性)问题。而廉价、成熟、具有极高带宽的光纤载体是较好的解决方案，该技术既保留了SAS的优势又具有FC的高可靠远距离传输能力。

但是，由于SAS接口定义使用了OOB(Out Of Band：带外信号)和OOB中的Idle(空闲)信号，导致其无法直接连接光模块通过光纤互连。根据SAS标准可知，OOB信号由OOB Burst(带外阵发信号)和Idle组成，OOB Burst是数字信号，线路信号摆幅大于400mV，而Idle是线路没有信号的状态，噪声摆幅小于120mV，即线路上没有信号传输。而现有光模块的接口只能接收数字信号，如图1所示，CML(Current-Mode Logic：电流型逻辑)要求信号摆幅大于400mV，当差分接收器收到小于其接收门限的信号时，其输出不定，甚至会震荡。因此现有技术中，OOB或其中的Idle信号无法直接通过光纤传输。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够实现存储网络/设备内部SAS/SATA接口光纤互连的方法和系统。

本发明的技术问题通过以下技术方案加以解决：

一种基于SAS/SATA接口的光纤互连实现方法，包括以下步骤：

步骤A、发送端和接收端对SAS接口的带外信号进行协商；

步骤B、带外信号的协商完成后，发送端直接把SAS接口的数字信号通过光纤发给接收端。

步骤A所述协商通过发送端的信号处理模块检测分析带外信号，模拟SAS接口的协商过程，与接收端协商成一固定模式加以实现。

步骤A包括以下步骤：

步骤A1、发送端按照预设格式对SAS标准中的带外信号或空闲信号进行编码；

步骤A2、发送端将经编码后的带外信号或空闲信号通过光纤发送给接收端；

步骤A3、接收端根据所述预设格式对接收的带外信号或空闲信号进行解码，实现带外信号的协商。

步骤A1所述对带外信号进行编码具体通过发送端对带外信号进行检测，并将检测到的带外信号由所述自定义原语或自定义原语构成的数据帧来代替加以实现；步骤A2具体通过将处理过的带外信号发送给接收端加以实现；步骤A3所述解码具体通过接收端检测带外信号，并在检测到存在所述自定义原语或自定义原语构成的数据帧时恢复原来的带外信号加以实现。

步骤A1所述编码由发送端的信号处理模块或内嵌处理器来完成。

步骤A1所述对空闲信号进行编码具体通过发送端对空闲信号进行检测，并将检测到的空闲信号按照预设格式进行编码转换成自定义数字序列加以实现；步骤A2具体通过在空闲信号时间内将所述自定义数字序列发送给接收端加以实现；步骤A3所述解码具体通过接收端检测自定义数字序列，并在检测到的自定义数字序列时间内使输出为高阻来恢复空闲信号加以实现。

上述信号处理模块为现场可编程门阵列或专用集成电路。

一种基于SAS/SATA接口的光纤互连系统，包括发送端、光纤和接收端，所述发送端通过所述光纤与所述接收端相连，所述发送端和接收端用于进行SAS接口的带外信号协商，所述发送端还用于在协商完成后直接将SAS接口的数字信号信号通过光纤发给所述接收端。

上述发送端包括第一信号处理模块，用于检测分析带外信号，模拟串行连接SCSI接口的协商过程，与所述接收端协商成一固定模式。

上述发送端包括第二信号处理模块，用于按照预设格式对SAS标准中的带外信号或空闲信号进行编码；所述发送端还用于将经编码后的带外信号或空闲信号通过光纤发送给接收端；所述接收端包括第三信号处理模块，用于根据所述预设格式对接收的带外信号或空闲信号进行解码，实现带外信号的协商。

上述预设格式包括自定义编码或自定义原语，所述自定义编码包括选择SAS接口物理层编码剩余字符进行的编码；所述自定义原语包括与SAS接口标准使用原语相异的原语。

本发明与现有技术相比较的有益效果是：

(1)本发明使发送端和接收端之间通过光纤进行SAS接口协商，并在协商完成后，直接通过光纤来传输SAS的数字信号，实现了在SAS接口中用光纤进行互连；

(2)本发明在发送端和接收端之间达成一固定模式来完成SAS接口协商，从而实现SAS接口的光纤互连；

(3)本发明的自定义编码采用SAS物理层剩余的字符来进行，自定义原语则采用SAS标准没有用到的原语来进行，系统灵活，构造简单；

(4)本发明发送端采用信号处理模块对空闲信号进行编码，接收端进行相应的解码并使输出为高阻，实现Idle信号的透传以完成协商；

(5)本发明发送端将带外信号用自定义的原语或自定义原语构成的数据帧来代替，接收端则进行检测和恢复，实现了带外信号的终结以完成协商；

(6)本发明发送端和接收端均采用内嵌处理器来实现协商过程，进一步简化了结构，提高了效率；

(7)本发明突破了SAS信号通过电缆连接的长度限制和EMC问题，使存储系统架构更灵活、更具扩展性、可靠性更高。

附图说明

图1是现有技术的CML接收逻辑框图；

图2是本发明一种具体实施方式结构示意图；

图3是本发明另一种具体实施方式结构示意图；

图4-图6是本发明具体实施方式SAS接口协商过程示意图；

图7是本发明再一种具体实施方式结构示意图；

图8是本发明实施例1第二信号处理模块结构示意图；

图9是本发明实施例1第三信号处理模块结构示意图；

图10是本发明实施例2第二/三信号处理模块结构示意图；

图11是本发明实施例5结构示意图；

图12是本发明实施例5第一/二内嵌处理器结构示意图。

具体实施方式

下面用具体实施方式结合附图对本发明做进一步详细说明。

本发明的具体实施方式，包括发送端、光纤和接收端，发送端通过光纤与接收端相连。

其一种具体实施方式，如图2所示，发送端和接收端用于进行SAS接口的OOB协商，发送端还用于在协商完成后直接将SAS接口的数字信号信号通过光纤发给接收端。

本例中，发送端包括第一光模块，接收端包括第二光模块，协商完成后的SAS接口数字信号通过第一光模块经光纤发往第二光模块。

本发明的另一种实施方式，如图3所示，发送端包括第一信号处理模块，用于检测分析OOB信号，模拟SAS接口的协商过程，与接收端协商成一固定模式。该固定模式是由实际互联的SAS/SATA设备决定的，在SAS2.0标准中有详细定义。该实施方式实际上是对SAS接口的OOB进行终结。

第一信号处理模块可以是FPGA(Field-Programmable Gate Array：现场可编程门阵列)或ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)。

本实施方式中的第一信号处理模块，其一端连接SAS接口，另一端连接串并转换单元，对SAS接口的OOB进行终结。第一信号处理模块检测分析OOB信号，模拟SAS接口的协商过程，SAS接口协商过程如图4、5、6所示，其中，图4为两个互联的SAS物理层A和B同时发起OOB协商的过程，图5为两个互联的SAS物理层A和B由设备A先发起OOB协商的过程，图6为两个互联的SAS物理层A和B，设备B错过设备A的COMMINIT的OOB协商过程，这些协商过程由SAS标准详细定义。与对端协商成某一固定工作模式，协商完成后便可将SAS接口收到的标准SAS数字序列直接切换到光口的串并转换单元到光模块进行光纤传输(对端的处理相同)，并实时检测链路状态，如果其中一端再次发起OOB信号，第一信号处理模块重复上述流程，从而实现SAS接口的光纤传输。

本发明的再一种实施方式，如图7所示，发送端包括第二信号处理模块，用于按照预设格式对SAS标准中的OOB信号或Idle信号进行编码；发送端还用于将经编码后的OOB信号或Idle信号通过光纤发送给接收端；接收端包括第三信号处理模块，用于根据预设格式对接收的OOB信号或空闲信号进行解码，实现OOB信号的协商。

预设格式包括自定义编码或自定义原语，自定义编码可以从串行连接SCSI接口物理层编码剩余的字符中选择；自定义原语包括SAS接口标准没有使用过的原语。

SAS定义的物理层采用8b/10b编码，256个数据占用的字符少于512个，12个控制字占用的字符少于24个，而10bit字符共有1024个，可以从剩余的400多个字符中挑出有利于光纤传输、CDR(Clock Data Recovery：时钟数据恢复)的字符，来实现自定义编码。

原语是由1个K字符+3个D字符构成，每个K字符可以定义超过16兆个原语，只需要自定义一个SAS标准没有使用的原语即可实现。

本实施方式中，自定义编码可以为：

RD+＝0100100100，RD-＝1011011011

自定义原语可以为：

COMINIT＝K28.2+D00.0+D01.0+D02.0

COMREST＝COMINIT

COMWAKE＝K28.2+D00.1+D01.0+D02.0

COMSAS＝K28.2+D00.2+D01.0+D02.0

Idle＝K28.2+D00.3+D01.0+D02.0

第二信号处理模块和第三信号处理模块可以为FPGA或ASIC。

第二信号处理模块还用于对OOB信号中的Idle信号进行检测，并将检测到的Idle信号按照预设格式进行编码转换成自定义数字序列，在Idle信号时间内将自定义数字序列发送给接收端；第三信号处理模块还用于检测自定义数字序列，并在检测到的自定义数字序列时间内使输出为高阻来恢复空闲信号。

实施例1：

本例中，第二信号处理模块可具体实现为如图8所示的结构，其进一步包括检测单元、第一接收缓存、第一发送缓存、第一串并转换单元、第二串并转换单元和自定义编码或原语单元。检测单元对标准SAS接口的Idle信号进行检测，SAS标准的数字序列直接放到第一发送缓存TxBuffer中发送，当检测到Idle信号后，自定义编码或原语单元把Idle信号按照上述的自定义编码或自定义原语将其转换成光纤可以传输的自定义数字序列，在Idle信号时间内把该自定义数字序列插到光口第一发送缓存TxBuffer的相应位置中发送，然后通过第二串并转换单元发送到第一光模块进行光纤传输。

第三信号处理模块可具体实现为如图9所示的结构，其进一步包括：第二接收缓存、解析单元和第四串并转换单元。第二光模块通过第三串并转换单元把数字序列传给第三信号处理模块的第二接收缓存RxBuffer，并由解析单元进行该自定义数字序列的检测，SAS标准的数字序列直接发送给对接的标准SAS接口，当检测到自定义数字序列时，由解析单元进行自定义编码或自定义原语的解码，确认为自定义数字序列，则控制SAS发送PHY(Physical：物理层)，使其输出在该自定义数字序列时间内为高阻，这样就恢复了Idle信号，从而实现OOB信号的透传以完成协商。如Xilinx-Virtex5系列的FPGA即可支持上述Idle检测。

实施例2：

第二信号处理模块还用于对OOB信号进行检测，并将检测到的OOB信号由自定义原语或自定义原语构成的数据帧来代替，将处理过的OOB信号发送给接收端；第三信号处理模块，还用于检测OOB信号，并在检测到存在自定义原语或自定义原语构成的数据帧时恢复原来的OOB信号。

本例中，第二信号处理模块和第三信号处理模块可以具体实现为如图10所示的结构，第二信号处理模块中的编码/解析单元检测分析OOB信号，使用自定义的原语或自定义原语构成的数据帧代替相应的OOB，如COMMINIT，COMMREST，COMSAS，COMWAKE，放到光口的第二发送缓存TxBuffer中发送，然后通过第六串并转换单元到第一光模块进行光传输。接收端的第二光模块通过第八串并转换单元把数字序列传给第三信号处理模块的第四接收缓存RxBuffer，由第三信号处理模块的编码/解析单元进行该自定义的原语或自定义原语构成的数据帧检测，当检测到并解析了该自定义的原语或自定义原语构成的数据帧时，控制SAS接口的PHY发送相应的OOB信号，从而实现的SAS接口的透明互联。该实施方式实际上是对SAS接口的OOB进行终结。

实施例3：

如图11所示，发送端包括第一内嵌处理器，用于使用自定义编码或原语或自定义原语构成的数据帧来代替相应的OOB功能，将该数字序列发送给接收端；接收端包括第二内嵌处理器，用于检测该数字序列，并在检测到存在自定义编码或原语或自定义原语构成的数据帧时，按照SAS标准定义的相应带外信号协商过程进行协商处理。

本例中的第一内嵌处理器和第二内嵌处理器可以实现为如图12所示的结构。目前存储IC厂家设计的SAS Initiator(HBA：Host Bus Adaptor主机总线适配器)、SAS Expander都是采用内嵌处理器(如ARM，MIPS)，使用固件(Firmware)控制芯片的工作，并可以直接控制SAS PHY如何工作。在发送端可以利用第一内嵌处理器的编码/原语写入单元采用自定义的原语或自定义原语构成的数据帧代替OOB信号，实现SAS标准定义的OOB功能，OOB协商过程如图4、图5、图6所示，这样在SAS接口上传输的都是数字信号，可以直接接到光模块进行光纤传输，在接收端可以使用第二内嵌处理器的编码/原语解析单元对OOB信号进行复原，从而实现基于SAS接口的光纤传输。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于SAS/SATA接口的光纤互连实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A、发送端和接收端对SAS接口的带外信号进行协商；

步骤B、带外信号的协商完成后，发送端直接把SAS接口的数字信号通过光纤发给接收端。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A所述协商通过发送端的信号处理模块检测分析带外信号，模拟SAS接口的协商过程，与接收端协商成一固定模式加以实现。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A包括以下步骤：

步骤A1、发送端按照预设格式对SAS标准中的带外信号或空闲信号进行编码；

步骤A2、发送端将经编码后的带外信号或空闲信号通过光纤发送给接收端；

步骤A3、接收端根据所述预设格式对接收的带外信号或空闲信号进行解码，实现带外信号的协商。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设格式包括自定义编码或自定义原语，所述自定义编码包括选择SAS接口物理层编码剩余字符进行的编码；所述自定义原语包括与SAS接口标准使用原语相异的原语。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤A1所述对带外信号进行编码具体通过发送端对带外信号进行检测，并将检测到的带外信号由所述自定义原语或自定义原语构成的数据帧来代替加以实现；步骤A2具体通过将处理过的带外信号发送给接收端加以实现；步骤A3所述解码具体通过接收端检测带外信号，并在检测到存在所述自定义原语或自定义原语构成的数据帧时恢复原来的带外信号加以实现。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤A1所述编码由发送端的信号处理模块或内嵌处理器来完成。

7.根据权利要求3至6任一所述的方法，其特征在于，步骤A1所述对空闲信号进行编码具体通过发送端对空闲信号进行检测，并将检测到的空闲信号按照预设格式进行编码转换成自定义数字序列加以实现；步骤A2具体通过在空闲信号时间内将所述自定义数字序列发送给接收端加以实现；步骤A3所述解码具体通过接收端检测自定义数字序列，并在检测到的自定义数字序列时间内使输出为高阻来恢复空闲信号加以实现。

8.一种基于SAS/SATA接口的光纤互连系统，包括发送端、光纤和接收端，所述发送端通过所述光纤与所述接收端相连，其特征在于，所述发送端和接收端用于进行SAS接口的带外信号协商，所述发送端还用于在协商完成后直接将SAS接口的数字信号信号通过光纤发给所述接收端。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述发送端包括第一信号处理模块，用于检测分析带外信号，模拟串行连接SCSI接口的协商过程，与所述接收端协商成一固定模式。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述发送端包括第二信号处理模块，用于按照预设格式对SAS标准中的带外信号或空闲信号进行编码；所述发送端还用于将经编码后的带外信号或空闲信号通过光纤发送给接收端；所述接收端包括第三信号处理模块，用于根据所述预设格式对接收的带外信号或空闲信号进行解码，实现带外信号的协商；所述预设格式包括自定义编码或自定义原语，所述自定义编码包括选择SAS接口物理层编码剩余字符进行的编码；所述自定义原语包括与SAS接口标准使用原语相异的原语。

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