最近因为工作原因开始学习SATA，因为这个不涉及公司机密，我就把我学习的内容搬到网上来，这样也方便自己日后查看。这个系列文章是按照我学习的进度而不是按照SATA Specification或者参考书籍的顺序来写的，如果有机会，我会在之后重新调整文章顺序。

Link Layer主要负责FIS的传输和接收，FIS是什么呢？FIS就是Frame Information Structure的简写，SATA的Host和Device间都是通过FIS进行通信的，我会在之后的文章中单独介绍FIS。它通过一系列的办法(比如添加CRC，进行8bit/10bit编码解码，对数据和primitive进行scramble)保证FIS能顺利地在Host和Device间进行传输，下面是Linker Layer的示意图：

Link Layer.png

这一层要做的事情还挺多，比如进行CRC的生成和检测，将数据进行8b-10b的编码和解码，对数据和primitive进行scramble等。下面是一个更详细的示意图：

Link Layer Detail.png

从上图我们可以看出，当Link Layer接收到来自于Transport Layer的FIS后，Link Layer需要添加CRC到FIS中。同时，所有的FIS会被加上SOF和EOF这两个primitive，因此，在这层传输的FIS长这样：

Link Layer FIS.png

协议规定payload(FIS + CRC)最多能有2049DW(DW = 32bit)，也就是8196Bytes。一般的非数据类型的FIS都远远小于8196Bytes，最大的除数据类型的FIS占7DW也就是28Bytes。FIS payload的大小会影响data flow，关于data flow我也会在之后的文章中讲解。下面我们就来看看这一层的一些细节，首先我们来看看FIS Scrambling。

FIS Scrambling

在信号的传输过程中，如果信号具有一定的重复性(pattern repetition)，那么在这种情况下，EMI(Electromagnetic interference电磁干扰)会比较高。为了减少EMI，我们需要将信号的周期性打乱，让信号更像是随机的。为了实现这一目的，在Link Layer中，我们会用scrambler来对信号进行scramble。

在这层中，一共有两种scrambling机制，第一种是只scramble FIS+CRC，不scramble任何primitive；第二种是用于scramble重复的primitives，这被称为primitive suppression。 对于第一种scrambling，之所以不对primitive进行扰乱，是因为在physical layer，我们需要知道primitive到底是什么。如果对primitive进行scramble的话，在这里，physical layer根本就不知道接收的primitive到底是什么(这是在unscramble前)，因此，我们不对primitive进行扰乱。而对于第二种scrambling，因为有其它机制的存在，即使一些primitives被scramble了，Device端也是知道这些primitives是什么的，因此我们可以将重复的primitives进行scramble。

我们下面通过一个例子来看第二种scrambling是如何实现的：

Primitive Suppression

要实现这种scrambling，我们需要使用特殊的primitive - CONT。比如在这个例子中，为了减少X_RDY传输的数量，我们需要先发送2个X_RDY，之后再发送一个CONT，当CONT发送完后，我们就可以将剩下的X_RDY进行scramble。当遇到第一个不是X_RDY并且没有被scramble的primitive时，说明所有的X_RDY都已经传输完成，那我们就不要对之后的primitive进行扰乱了。 注意，并不是所有的primitive都能这样操作，比如SOF，EOF，CONT等就不能进行primitive suppression，下面这些primitives是可以进行primitive suppression的：

Primitive Support Suppression

8b/10b编码译码

我对这部分不是很了解，只知道这么做是为了将clock信号嵌入在传输的信号中，从而减少单独传输clock信号时产生的EMI。

FIS Arbitration

Link Layer接收到来自Transport Layer的发送FIS通知后，它会发出X_RDY的primitive给接收端。有一种情况就是当Host和Device同时发出X_RDY后，如果不采取任何措施的话，两端都会等对方发出R_RDY。但此时BUS是被X_RDY占据了，两端都不能发出R_RDY，这就形成了一种死锁。为了解决这种问题，SATA协议要求Device端具有更高的优先级，也就是出现这种情况时，Host端会放弃发送X_RDY，转而发送R_RDY来回应Device端的请求。

FIS传输与接收流程

下面我们来看看FIS到底是如何在Host和Device间进行传输的：

1. 首先，发送端的Link Layer接收到Transport Layer的发送FIS的通知后，会持续发出X_RDY。
2. 当接收端收到X_RDY后，它的Link Layer持续发送R_RDY。
3. 当发送端接收到R_RDY后，它开始发送FIS(SOF+FIS+CRC)。
4. 接收端收到SOF后就会持续发出R_IP。
5. 当发送端送出EOF后，它会持续发出WTRM并等待传输的终止。
6. 接收端在收到并验证了FIS，CRC等信息后，发出R_OK，表示接收端完成了接收工作。
7. 之后，发送端会持续送出SYNC来让接收端的BUS进入idle状态。
8. 接收端收到SYNC后也会持续发出SYNC来使发送端的BUS进入idle状态。

下面我们来看看示意图：
步骤1 - 2：

FIS传输 步骤1-2.png

步骤3 - 4：

FIS传输 步骤3-4.png

步骤5 - 6：

FIS传输 步骤5-6.png

下面这是一个实际测试中的FIS传输trace，结合这个trace能更好的理解FIS的传输和接收：

FIS Trace.png