SCSI/UFS储存基础

news2024/12/24 2:35:56

一、UFS协议

UniPro 的上面就是 UTP 和 SCSI 命令集，由于涉及的 SCSI 命令是很大一块需要单独来讲，所以这里只简单两笔。正如最开始提到的，UTP 和 SCSI 是属于 SCSI 这部分，在 JEDEC 的标准里能找到它们的具体说明。

UTP（UFS Transport Protocol）：这层软件主要有两个目的，一是把 UniPro 的 segment 打包成 UFS 直接可以识别的命令格式；二是通过这层可以让 UFS 自己来掌握发送数据的节奏、控制自身的状态等，这样既可以免去 host 端持续的查询 UFS 的状态所带来的系统消耗，也是因为只有 UFS 本身最了解自己的内部状态，能够选择以最佳的方式在最佳时间把数据传递出去。

UFS Application Command Layer：这层是 UFS 命令集，分为 UFS 的独有内建命令集和 SCSI（Small Computer System Interface）的命令集。SCSI 命令分为 SBC 和 SPC，分别是 SCSI Block Commands 和 SCSI Primary Command。

在 SCSI 架构中，主机上的 SCSI 接口卡称为 Initiator，与其相连接的 SCSI 磁盘等设备称为 Target，在逻辑上，Initiator 和 Target 之间通信的工作模式，与两个网络设备之间的模式相似，他们之间采用 client-server 的“请求-回应”模式：

SCSI 的 Initiator 与 Target 共同构成了一个典型的 C/S 模型，每个指令都是“请求/应答”这样的模型来实现：
* Initiator主要任务：发出SCSI请求；
* Target主要任务：回答SCSI请求，通过 LU 提供业务，并通过任务管理器提供任务管理功能；
LU（Logical Unit）：逻辑单元，是指一个可被操作系统识别和访问的逻辑存储单元。一个 UFS 设备可以包含多个 LU，每个 LU 可以被视为一个独立的存储设备；
LUs ： LU 的复数形式；
LUN（Logical Unit Number）：逻辑单元号码，是用来标识不同 LU 的唯一编号。每个 LU 都有一个对应的 LUN，它可以用来在系统中唯一地标识和访问该 LU；

二、UFS 重要 Layer

Logical unit

UFS 设备有若干个 LU，LU 接收主机发过来的命令或请求可能来自应用层的 SCSI 模块、设备管理器或者任务管理器：

每个 LU 都是独立的，“独立”表现在下面几个方面：

逻辑地址空间是独立的，都是从LBA[2] 0（Logical Block Addressing，逻辑块寻址）开始；
逻辑块大小可以不同，可以为4KB，…；
可以有不同的安全属性，比如可以设置不同的写保护属性；
每个 LU 可以有自己的命令队列；
LU 可以启动代码、应用程序代码和应用数据；

总结来说，划分不同 LU 有以下作用：

外部可寻址；
存储实体（可以单独做 Boot 启动、写保护或 RPMB[3]（Replay Protected Memory Block，重播保护内存块））；
内部任务队列；

三、UFS 架构

UFS 架构以 HCI（Host Controller Interface，主机控制器接口）为界划分为三部分。如下图，蓝色框上方调用 HCI 的为主机软件部分，蓝色框下方的为 HCI 封装的硬件处理细节部分，即 HC（Host Controller，主机控制器）

HCI 接口架构

数据结构服务于软件，主机的软件通过内存中的一系列主机 register 和数据结构 Transfer Request Descriptors 来与 Host controller 硬件进行交互。UFSHCI 定义了两种接口：IO Memory/Registar Space 以及 Host Memory Space，下图展示了 UFS HCI 的框图：

IO Memory/Registar Space：在这个空间，主机 register 被定义为主机的软件接口，通过 MMIO[4]（Memory-Mapped I/O，内存映射 I/O）的方式被实现，主要包含了下面三种类型的寄存器：

Host Controller Capability Registers：这些寄存器提供了关于 HC 功能的描述。包括 UFS 标准版本、主机控制器支持的命令队列的大小以及主机控制器标识数据；
Runtime and Operation Registers：
- Interrupt status：这些寄存器为主机软件提供了使能/中止以及中断状态的接口；
- Host status：该寄存器显示 HC 的状态，并允许主机软件初始化/禁用 HC；
- UTP Transfer Request：这些寄存器给 UTP Transfer Request List 提供了接口；
- UTP Task Management Request：这些寄存器为 UTP Task Management request list 提供了一个接口；
- UIC Command：这些寄存器为 Unipro 配置以及控制提供了接口；
Vendor Specific Registers：由供应商进行定义；

Host Memory Space：该空间中包含了能够描述将执行命令和命令中数据缓存的数据结构。简单地可以理解为——UTP Transfer Request List 负责通用的 IO 命令，UTP Task Mangement Request List 负责管理命令。

UTP Transfer Request List（传输请求列表）由一系列数据结构 UTRD (UTP Transfer Request Descriptor，传输请求描述符) 组成。UFS host controller 命令队列中的命令槽（slot）被 MMIO 到 UTRD，32 个 UTRD 对应最多 32 个 slot，UTRD 描述了要执行的命令及相关数据。
UFS 主机软件通过将要执行的命令及相关数据放置在 UTRD，再敲响主机控制器门铃（Offset 58h: UTRLDBR – UTP Transfer Request List Door Bell Register ）向主机控制器发出命令。传输请求列表中的命令被 UFSHCI 顺序执行，但可能会按照不同的顺序完成。所有命令都可以产生命令完成中断或者更新在列表中的 UTRD 命令状态字段。UFS 主机软件可以在运行时向列表中添加命令。主机控制器支持中断聚合，即在预定义的命令完成设定的数量后生成单个命令完成中断。

UFS Task Management 在代码中的表示如下：

四、UFS电源管理

设置ufs电源为active状态
#define ufshcd_set_ufs_dev_active(h) \
	((h)->curr_dev_pwr_mode = UFS_ACTIVE_PWR_MODE)


/**
 * ufshcd_runtime_resume - runtime resume routine
 * @hba: per adapter instance
 *
 * This function basically brings the UFS device, UniPro link and controller
 * to active state. Following operations are done in this function:
 *
 * 1. Turn on all the controller related clocks
 * 2. Bring the UniPro link out of Hibernate state
 * 3. If UFS device is in sleep state, turn ON VCC rail and bring the UFS device
 *    to active state.
 * 4. If auto-bkops is enabled on the device, disable it.
 *
 * So following would be the possible power state after this function return
 * successfully:
 *	S1: UFS device in Active state with VCC rail ON
 *	    UniPro link in Active state
 *	    All the UFS/UniPro controller clocks are ON
 *
 * Returns 0 for success and non-zero for failure
 */
int ufshcd_runtime_resume(struct ufs_hba *hba)
{
	int ret = 0;
	ktime_t start = ktime_get();

	if (!hba)
		return -EINVAL;

	if (!hba->is_powered)
		goto out;
	else
		ret = ufshcd_resume(hba, UFS_RUNTIME_PM);
out:
	trace_ufshcd_runtime_resume(dev_name(hba->dev), ret,
		ktime_to_us(ktime_sub(ktime_get(), start)),
		hba->curr_dev_pwr_mode, hba->uic_link_state);
	return ret;
}
EXPORT_SYMBOL(ufshcd_runtime_resume);

debug ufs信息

ls /sys/kernel/debug/4804000.ufshc
crash_on_err   dump_device_desc host_regs    reset_controller
dbg_print_en   err_inj_scenario inject_fault show_hba
dme_local_read err_inj_stats    power_mode   stats
dme_peer_read  err_state        qcom

UFS低功耗，当ufs没有读写操作会断开电源进入sleep模式。

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