CN113127389B - Sas stp业务加速方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种SAS STP业务加速方法，包括：将STP帧封装成SSP帧格式，利用SSP传输层收发所述STP帧；修改STP命令执行过程，当SSP传输层在处理STP业务时，以与SSP命令相同的处理方式来处理所述STP命令。本发明提升了SAS STP业务处理性能，并统一了SAS Initiator对SSP和STP业务的处理方式。

Description

SAS STP业务加速方法
技术领域
本发明属于磁盘读写领域，特别涉及一种SAS STP业务加速方法。
背景技术
SAS(Serial Attached SCSI)即串行连接SCSI接口是新一代的SCSI技术，其与Serial ATA(SATA)硬盘相同，均采用串行技术，用于获得更高的传输速度。SATA通道协议(STP)用于实现SAS和SATA之间数据的传输。图1所示为传统STP协议实现方案，由SASInitiator STP传输层(Transfer Layer)处理STP相关的业务。然而在SAS STP协议传输层，收发帧是半双工的；在链路层，每次收发帧，都需要在原语握手阶段耗费大量的时间，相较于SSP协议的全双工特性，STP业务的链路的利用率会大幅降低，从而影响SAS Initiator收发数据的整体性能。
发明内容
本发明的目的在于一种SAS STP业务加速方法，以优化STP业务的传输性能，使得在STP业务中同样能够以全双工方式收发帧，由此提升STP业务的性能。所述的SAS STP业务加速方法包括：
将STP帧封装成SSP帧格式，利用SSP传输层收发所述STP帧；
修改STP命令执行过程，当SSP传输层在处理STP业务时，以与SSP命令相同的处理方式来处理所述STP命令。
优选地，所述STP命令是STP FPDMA QUEUED写命令或STP FPDMA QUEUED读命令或PIO数据读/写命令或非数据搬运命令。
优选地，当所述STP命令是STP FPDMA QUEUED写命令时，所述STP FPDMA QUEUED写命令的执行过程进一步包括：
1.SAS Initiator将FPDMA QUEUED写命令承载在SSP COMMAND Frame上，并发送至Expander，Expander从所述SSP COMMAND Frame提取出H2D register fis，并发送至SATAdevice；
2.SATA device发送D2H register fis，Expander收到该帧后可以发送下一个H2Dregister fis到SATA device，SATA device的这一动作不被SAS Initiator所感知；
3.SATA device发送DMA setup fis，通知Host可以发送data fis，Expander收到该fis后发送SSP XFER RDY帧至SAS Initiator；
4.SAS Initiator收到XFER RDY帧后，发送SSP DATA帧到Expander，如果此时Expander已经收到SATA device的DMA active fis，则从SSP DATA提取出data fis发送至SATA device。
优选地，当所述STP命令是STP FPDMA QUEUED读命令时，所述STP FPDMA QUEUED读命令的执行过程进一步包括：
1.SAS Initiator将FPDMA QUEUED读命令承载在SSP COMMAND Frame上，并发送至Expander，Expander从所述SSP COMMAND Frame提取出H2D register fis，发送至SATAdevice；
2.SATA device发送D2H register fis，Expander收到该帧后，发送下一个H2Dregister fis到SATA device，SATA device的这一动作不被SAS Initiator所感知；
3.SATA device发送DMA setup fis通知Host接收的数据量，Expander收到该fis等待接收data fis，SATA device的这一动作不被SAS Initiator所感知；
4.SATA device发送data fis，Expander收到data fis后，将data fis拆片封装成1K字节长的SSP Data frame发送至SAS Initiator；
优选地，在完成I/O数据的传输后，SATA device发送Set Device Bit fis给Expander，Expander收到该fis后，发送SSP Response帧至SAS Initiator，通知SASInitiator I/O完成。
优选地，若一个SDB fis的32bits active有n个bit为1，n表示完成的命令数量，则发送n个SSP Response帧至SAS Initiator。
优选地，在FPDMA QUEUED命令的执行过程中，SAS Initiator同时发送至Expander的FPDMA QUEUED命令的数量不超过SATA device的命令队列深度。
优选地，所述非数据搬移命令是SATA Nondata命令，所述SATA Nondata命令从SASInitiator经SAS Expander发送到SATA device的过程进一步包括：
1.SAS Initiator将SATA Nondata command承载在SSP COMMAND Frame上，并发送至Expander，Expander从所述SSP COMMAND Frame提取出H2D register fis，发送至SATAdevice；
2.SATA device发送D2H register fis至Expander，Expander收到该fis后，发送SSP Response帧至SAS Initiator，通知SAS Initiator I/O完成。
优选地，所述PIO数据读/写命令是SATA PIO DATA OUT命令或SATA PIO DATA IN命令。
优选地，所述将STP帧封装成SSP帧格式，进一步包括：
将H2D register fis封装在SSP COMMAND FRAME中；以及
将DATA fis封装在SSP DATA FRAME中。
相比于现有技术，本发明具有以下优点：
提升了SAS Initiator和Expander间的STP业务的性能，而且能够归一化SASInitiator对SSP和STP业务的处理方式，简化了SAS Initiator的设计。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获取。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的某些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。
图1示出了根据现有技术的STP协议实现方案架构示意图。
图2示出了根据本发明的STP协议实现方案架构示意图。
图3示出了根据本发明的over SSP的STP FPDMA QUEUED写命令执行过程流程图。
图4示出了根据本发明的over SSP的STP FPDMA QUEUED读命令执行过程流程图。
图5示出了根据本发明的命令执行过程间插多个命令的发送过程流程图。
图6示出了根据本发明的SATA Nondata command over SSP的执行过程过程流程图。
图7示出了根据本发明的PIO out command over SSP的执行过程过程流程图。
图8示出了根据本发明的PIO in command over SSP的执行过程过程流程图。
图9示出了根据本发明的H2D register fis over SSP COMMAND Frame的封装格式示意图。
图10示出了根据本发明的DATA fis over SSP DATA Frame的封装格式示意图。
图11示出了根据本发明的写命令的Setup fis over SSP XFER_RDY Frame的封装格式示意图。
图12示出了根据本发明的D2H register/SDB fis over SSP Response Frame的封装格式示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为提升SAS STP业务的单点性能，以及STP/SSP混合业务场景下SAS Initiator收发数据的整体性能，并归一化SAS Initiator对SSP和STP业务的处理，简化SAS Initiator的设计，本发明提出了一种将STP业务嫁接在SSP传输层和link层(链路层)的解决方案，通过将STP协议帧(SATA FIS帧信息结构)封装成SSP(串行SCSI协议)帧格式，使SSP传输层能够收发STP协议帧。同时修改STP I/O执行过程中的数据流，将其伪装成SSP I/O的执行过程，让SAS Initiator的SSP传输层在处理STP业务时无需做差异化处理。具体的帧格式封装细节和改进的STP I/O执行数据流将在下文详细阐述。
本发明的第一方面首先对STP over SSP的传输层数据流的读写命令进行如下设置。图3呈现了一个over SSP的STP FPDMA(First Party DMA甲方DMA)QUEUED写命令，从SASInitiator(启动器)经SAS Expander(扩展器)到SATA device(SATA设备)的完成过程具体包括：
1.SAS Initiator将一个FPDMA QUEUED写命令承载在SSP COMMAND Frame(命令帧)上，发送至Expander，Expander从该SSP COMMAND Frame提取出H2D(Host to Device主机到设备)register fis，发送至SATA device；
2.SATA device发送D2H(Device to Host设备到主机)register fis，Expander收到该帧后可以发送下一个H2D register fis到SATA device，SATA device的这一动作不被SAS Initiator所感知；
3.SATA device发送DMA setup fis，通知Host(主机端)可以发送data fis，Expander收到该fis后发送SSP XFER RDY帧至SAS Initiator；
4.SAS Initiator收到XFER RDY帧后，发送SSP DATA帧到Expander，如果此时Expander已经收到SATA device的DMA active fis(DMA激活帧)，则可以从SSP DATA提取出data fis发送至SATA device；
5.完成I/O数据的传输后，SATA device发送Set Device Bits(设备位设置)fis给Expander，Expander收到该fis后，发送SSP Response(响应)帧至SAS Initiator，通知SASInitiator I/O完成，若一个SDB fis的32bit Sactive(shadow active即影子激活状态)中有n个bit为1，n＞1，表示多个命令完成，则需要发送n个SSP Response帧至SAS Initiator。
图4示出了一个over SSP的STP FPDMA QUEUED读命令，从SAS Initiator经SASExpander到SATA device的完成过程具体包括：
1.SAS Initiator将一个FPDMA QUEUED读命令承载在SSP COMMAND Frame上，并发送至Expander，Expander从该SSP COMMAND Frame提取出H2D register fis，发送至SATAdevice；
2.SATA device发送D2H register fis，Expander收到该帧后可以发送下一个H2Dregister fis到SATA device，SATA device的这一动作不被SAS Initiator所感知；
3.SATA device发送DMA setup fis(DMA设置帧)通知Host接收的数据量，Expander收到该fis等待接收data fis，SATA device的这一动作不被SAS Initiator所感知；
4.SATA device发送data fis，Expander收到data fis后，将data fis拆片封装成1K byte长度的SSP Data frame发送至SAS Initiator；
5.完成I/O数据的传输后，SATA device发送Set Device Bit fis给Expander，Expander收到该fis后，发送SSP Response帧至SAS Initiator，通知SAS Initiator I/O完成，若一个SDB fis的32bit Sactive有n个bit为1，n＞1，表示多个命令完成，Expander则需要发送n个SSP Response帧至SAS Initiator。
本发明的第二方面涉及FPDMA QUEUED命令执行过程间插多个命令的发送流程。如图5所示，在FPDMA QUEUED命令的执行过程中，SAS Initiator可以发送多个FPDMA QUEUED命令给Expander，SAS Initiator已Expander发出但未完成接收(outstanding)的最大命令个数受限于SATA device的NCQ Depth即命令队列深度(NCQ Depth，从identity SATAdevice的信息中获取，仅SAS Initiator知晓，Expander不感知)。由Expander来维护SATAdevice的bsy(忙碌)状态，由此来控制H2D register fis的发送节奏。
图6示出了一个over SSP的SATA Nondata command(非数据搬运命令)，从SASInitiator经SAS Expander到SATA device的完成过程具体包括：
1.SAS Initiator将一个SATA Nondata command承载在SSP COMMAND Frame上，发送至Expander，Expander从该SSP COMMAND Frame提取出H2Dregister fis，发送至SATAdevice；
2.SATA device发送D2H register fis，Expander收到该fis后，发送SSPResponse帧至SAS Initiator，通知SAS Initiator I/O完成。
图7示出了一个over SSP的SATA PIO(可编程输入/输出)DATA OUT(数据输出)命令，从SAS Initiator经SAS Expander到SATA device的完成过程具体包括：
1.SAS Initiator将一个SATA PIO DATA OUT命令承载在SSP COMMAND Frame上，发送至Expander，Expander从该SSP COMMAND Frame提取出H2D register fis，发送至SATAdevice；
2.SATA device发送PIO setup fis通知Host可以发送data fis，Expander收到该fis后发送SSP XFER RDY帧至SAS Initiator；
3.SAS Initiator收到XFER RDY帧后，发送SSP DATA帧到Expander，Expander从接收的SSP DATA提取出data fis发送至SATA device；
4.SATA device发送D2H register fis，Expander收到该fis后，发送SSPResponse帧至SAS Initiator，通知SAS Initiator I/O完成。
图8示出了一个over SSP的SATA PIO DATA IN(数据输入)命令，从SAS Initiator经SAS Expander到SATA device的完成过程具体包括：
1.SAS Initiator将一个SATA PIO DATA IN命令承载在SSP COMMAND Frame上，发送至Expander，Expander从该SSP COMMAND Frame提取出H2Dregister fis，发送至SATAdevice；
2.SATA device发送PIO setup fis通知Host接收的data fis长度，Expander收到该fis，等待接收data fis，SATA device的这一动作不被SAS Initiator所感知；
3.SATA device发送data fis，Expander收到data fis后，将data fis封装成SSPData frame发送至SAS Initiator；
4.Expander判断I/O是否结束。若PIO setup fis中的Estatus[bsy]＝0，且从SATAdevice接收数据量等于PIO setup fis的transfer count值，且从SATA device接收的datafis均已转发至SAS Initiator，则发送SSP Response至SAS Initiator通知I/O完成。
其中，SAS Initiator在发送Nondata command/PIO DATA OUT command/PIO DATAIN command至SAS Expander后，仅当收到SSP Response时才能给同一个SATA device发送下一个命令，而发送命令至其他device则不受上述限制。
本发明的第三方面改进了STP over SSP的帧封装格式。
图9为H2D register fis封装在SSP COMMAND FRAME中的格式：
1.0～23byte为SSP FRAME header(帧头域)，保持SAS协议中的格式不变，仅需要填写DESTINATION SAS ADDRESS(目的SAS地址)、SOURCE SAS ADDRESS(源SAS地址)、Initiator PORT TRANSFER TAG(主机端口传输标签)、TARGET PORT TRANSFER TAG(目的端口传输标签)、DATA OFFSET(数据偏移)此5个域段的SAS Initiator准确值，忽略其他域段。
2.24～43byte为Information Unit，装载的是H2D register fis的完整内容，按照H2D register fis的格式填写，Information Unit长度固定为20个byte，即5个DW。在优选的实施例中，NCQ(Native Command Queuing，原生命令队列)命令的tag号由SASExpander分配。
3.44～47byte为整帧的CRC(循环冗余校验)值。
图10示出了DATA fis封装在SSP DATA FRAME中的格式：
1.0～23byte为SSP FRAME header，保持SAS协议中的格式不变，仅需要填写DESTINATION SAS ADDRESS、SOURCE SAS ADDRESS、Initiator PORT TRANSFER TAG、TARGETPORT TRANSFER TAG、DATA OFFSET此5个域段的SAS Initiator准确值，忽略其他域段。
2.24～n byte为Information Unit，装载的是data fis的payload域段(不包含fis类型)，由于SSP DATA frame最大长度为1K字节，因此此处也要遵循Information Unit(信息域)长度小于等于1K bytes的要求。由于SATA一个data fis一般为8k，因而此Expander需要完成发送data fis的重组和接收data fis的分片。
3.n+1～n+4byte为整帧的CRC值。
图11为SSP XFER_RDY FRAME的格式，XFER_RDY用于向SAS Initiator传递SATAdevice发送的dma/pio setup fis中的transfer count及DMA Buffer Offset值：
1.0～23byte为SSP FRAME header，其具体格式与上述SSP DATA FRAME、SSPCOMMAND FRAME两种帧类型格式一致。
2.24～27byte为REQUESTED OFFSET，此域段和SSP协议中定义的含义一致，是Initiator写入数据段在整个I/O数据的偏移值，要求REQUESTED OFFSET的值必须为4的倍数，可以将DMA setup fis中的DMA Buffer Offset填入该域段。
3.28～31byte为WRITE DATA LENGTH即XFER_RDY帧请求Initiator发送的数据量，该值可以等于Expander收到的setup fis中的transfer count(传输数据量)，Expander也可以将setup fis拆分成n个XFER_RDY帧，只需要满足n个XFER_RDY的WRITE DATA LENGTH之和等于setup fis的transfer count即可。
4.CRC域段为从SSP frame header开始到CRC前一个byte计算出的整帧CRC。
图12示出了SATA命令完成时，收到的D2H register或SDB fis承载在SSPRESPONSE FRAME上的格式。对于PIO DATA IN命令，命令完成没有D2H register FIS，如果命令正确完成则返回先前收到的PIO setup fis，否则返回一个STATUS.ERR为1的PIOsetup fis：
1.0～23byte为SSP FRAME header，其具体格式与上述SSP DATA FRAME、SSPCOMMAND FRAME、SSP XFER_RDY FRAME三种帧类型格式一致。
2.24～43byte为Information Unit，装载的是D2H register/SDB/PIO Setup fis的完整内容，按照SATA协议规定的D2H register/SDB/PIO Setup fis的格式填写，Information Unit长度固定为20个byte，即5个DW，其中SDB fis为2个DW，剩余的3个DW填0。
3.CRC域段计数范围为从SSP frame header开始到CRC前一个byte。
本领域技术人员可以理解，上述实施例中描述的命令流程和帧格式仅为举例。本领域技术人员可以根据需要，对上述命令的执行流程和帧的封装格式进行显而易见的增加、调整或删除。
可以看出，相对于现有技术，本发明提供的SAS STP业务加速方案，不仅提升了SASInitiator和Expander间的STP业务的性能，当SAS Initiator通过Expander连接多个SATA盘时，STP业务性能和SSP业务的性能持平，而且能够归一化SAS Initiator对SSP和STP业务的处理方式，SSP和STP业务能够复用相同的传输层和link层，简化了SAS Initiator的设计。对于不支持STP业务的SAS Initiator，通过对软件的修改即可支持STP业务。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种SAS STP业务加速方法，其特征在于，包括：
将STP帧封装成SSP帧格式，利用SSP传输层收发所述STP帧；
修改STP命令执行过程，当SSP传输层在处理STP业务时，以与SSP命令相同的处理方式来处理所述STP命令，所述STP命令是STP FPDMA QUEUED写命令、STP FPDMA QUEUED读命令、PIO数据读/写命令，或非数据搬运命令；
当所述STP命令是STP FPDMA QUEUED写命令时，所述STP FPDMA QUEUED写命令的执行过程进一步包括：
1.1.SAS Initiator将FPDMA QUEUED写命令承载在SSP COMMAND Frame上，并发送至Expander，Expander从所述SSP COMMAND Frame提取出H2D register fis，并发送至SATAdevice；
1.2.SATA device发送D2H register fis，Expander收到该帧后可以发送下一个H2Dregister fis到SATA device，SATA device的这一动作不被SAS Initiator所感知；
1.3.SATA device发送DMA setup fis，通知Host可以发送data fis，Expander收到该DMA setup fis后发送SSP XFER RDY帧至SAS Initiator；
1.4.SAS Initiator收到XFER RDY帧后，发送SSP DATA帧到Expander，如果此时Expander已经收到SATA device的DMA active fis，则从SSP DATA提取出data fis发送至SATA device。
2.一种SAS STP业务加速方法，其特征在于，包括：
将STP帧封装成SSP帧格式，利用SSP传输层收发所述STP帧；
修改STP命令执行过程，当SSP传输层在处理STP业务时，以与SSP命令相同的处理方式来处理所述STP命令，所述STP命令是STP FPDMA QUEUED写命令、STP FPDMA QUEUED读命令、PIO数据读/写命令，或非数据搬运命令；
当所述STP命令是STP FPDMA QUEUED读命令时，所述STP FPDMA QUEUED读命令的执行过程进一步包括：
2.1.SAS Initiator将FPDMA QUEUED读命令承载在SSP COMMAND Frame上，并发送至Expander，Expander从所述SSP COMMAND Frame提取出H2D register fis，发送至SATAdevice；
2.2.SATA device发送D2H register fis，Expander收到该帧后，发送下一个H2Dregister fis到SATA device，SATA device的这一动作不被SAS Initiator所感知；
2.3.SATA device发送DMA setup fis通知Host接收的数据量，Expander收到该DMAsetup fis等待接收data fis，SATA device的这一动作不被SAS Initiator所感知；
2.4.SATA device发送data fis，Expander收到data fis后，将data fis拆片封装成1K字节长的SSP Data frame发送至SAS Initiator。
3.根据权利要求1或2的SAS STP业务加速方法，其特征在于，在完成I/O数据的传输后，SATA device发送Set Device Bit fis给Expander，Expander收到该fis后，发送SSPResponse帧至SAS Initiator，通知SAS Initiator I/O完成。
4.根据权利要求3的SAS STP业务加速方法，其特征在于，若一个SDB fis的32bitsactive有n个bit为1，n表示完成的命令数量，则发送n个SSP Response帧至SAS Initiator。
5.根据权利要求1或2的SAS STP业务加速方法，其特征在于，在FPDMA QUEUED命令的执行过程中，SAS Initiator同时发送至Expander的FPDMA QUEUED命令的数量不超过SATAdevice的命令队列深度。
6.一种SAS STP业务加速方法，其特征在于，包括：
将STP帧封装成SSP帧格式，利用SSP传输层收发所述STP帧；
修改STP命令执行过程，当SSP传输层在处理STP业务时，以与SSP命令相同的处理方式来处理所述STP命令，所述STP命令是STP FPDMA QUEUED写命令、STP FPDMA QUEUED读命令、PIO数据读/写命令，或非数据搬运命令；
所述非数据搬运命令是SATA Nondata命令，所述SATA Nondata命令从SAS Initiator经SAS Expander发送到SATA device的过程进一步包括：
6.1.SAS Initiator将SATA Nondata command承载在SSP COMMAND Frame上，并发送至Expander，Expander从所述SSP COMMAND Frame提取出H2D register fis，发送至SATAdevice；
6.2.SATA device发送D2H register fis至Expander，Expander收到该fis后，发送SSPResponse帧至SAS Initiator，通知SAS Initiator I/O完成。
7.根据权利要求1-2、6之任一所述的SAS STP业务加速方法，其特征在于，所述将STP帧封装成SSP帧格式，进一步包括：
将H2D register fis封装在SSP COMMAND FRAME中；以及
将DATA fis封装在SSP DATA FRAME中。
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