浅析SAS协议：设备接入与探测

SAS设备初始化

SAS设备接入后，链路两边会自动开始探测对端设备在位状态、确认设备类型（SAS或SATA）以及进行速率协商等动作。在两边设备可以正式进行数据通信之前，硬件需要完成一些初始化步骤：

1. 交互OOB信号探测连接设备在位状态，并确认它是SAS设备还是SATA设备；
2. 根据SAS或SATA设备的协商方式，将链路协商到可支持的最大速率；
3. 识别连接设备的信息，包括SAS地址等。

OOB信号

SAS协议定义了三种OOB信号：COMINIT、COMSAS、COMWAKE，其中COMINIT是通用OOB信号；COMSAS用于SAS设备之间的交互；COMWAKE用于SAS与SATA设备、SATA与SATA设备之间的交互。

SAS设备间OOB交互

SAS设备间OOB信号交互流程如下:

1. 链路两边设备上电后，均按照一定的周期发送COMINIT信号；
2. 当一边设备收到对方的COMINIT信号后，分成两种情况：
   1. 如果当前设备已经发送过COMINIT信号，将直接发送COMSAS信号；
   2. 如果当前设备没有发送过COMINIT信号，将发送COMINIT和COMSAS信号。
3. 当一边设备收到对方的COMSAS信号后，如果尚未发送COMSAS信号，则发送COMSAS。

场景一：SAS设备两边同时发送SAS COMINIT信号

场景二：SAS设备A先发送COMINIT信号

场景三：SAS设备B错过COMINIT信号

SAS与SATA设备间OOB交互

SAS与SATA设备间OOB交互流程如下：

1. 链路两边设备上电后，均按照一定的周期发送COMINIT信号；
2. 当SAS设备收到对方的COMINIT信号后，发送COMSAS信号，此时分成两种情况：
   1. SATA设备不响应COMSAS信号，后续COMSAS检测超时；
   2. SATA设备使用COMINIT响应COMSAS信号，后续COMSAS检测超时；
3. SAS设备发送COMWAKE信号。

场景一：SATA设备未响应COMSAS信号

场景二：SATA设备使用COMINIT响应COMSAS信号

速率协商

当OOB信号交互完成，两边都确认了对端的设备类型，后面就会进入速率协商流程。速率协商过程与链路协议相关，因此需要按照设备规定的方式进行。

IDENTIFY序列

SAS设备初始化的最后一个步骤是获取连接的设备信息。在完成OOB交互和速率协商之后，SAS设备会发送一个称作IDENTIFY的地址帧来相互交换设备信息，IDENTIFY包含了设备的SAS地址、名称以及Phy编号等信息。这里要注意的是，SATA设备没有SAS地址，因此SATA设备无法传输IDENTIFY地址帧。

Discovery流程

Discovery流程由SAS网络中的启动器发起，目的在于探测系统中连接的SAS设备，包括Expander、SAS硬盘以及SATA硬盘。

Discovery探测流程

对于启动器直连的设备，在设备链路协商时，通过交换Identify序列，启动器已经获取了对端的设备类型、SAS地址以及协商速率等信息；而对于非直连的设备，这类设备都是连接在Expander下，设备信息由Expander进行维护，启动器需要使用SMP协议向Expander查询连接的设备信息。Discovery探测流程的整体步骤如下：

1. 向级联的Expander发送Report General请求，获取Expander设备的通用信息，包括Expander设备上的Phy数量、自配置能力等信息；
2. 向级联的Expander发送Discover或Discovr List请求，遍历Expander的所有Phy，获取每个Phy的设备连接信息；
3. 将探测到的设备添加到系统中。如果探测到的设备中有Expander，则对Expander重复前面的流程，以探测这个Expander下面接入的设备。

使用到的SMP请求

Discover过程通常涉及的SMP请求如下：

• Report General：用于查询Expander设备的通用信息，包括Expander设备上的Phy数量、自配置能力等；
• Report Manufacturer：用于查询Expander设备的厂商、型号等信息；
• Discover：携带了查询Phy的编号，用于获取指定Phy连接的设备信息；
• Discover List：Discover请求只能查询单个Phy连接的设备信心，Discover List提供了批量获取多个Phy连接设备信息的能力。

Discovery探测示例

这里以一个包含二级Expander的组网，来说明Discovery的探测流程，如下：

1. 为了探测第一级Expander上连接的设备，启动器首先会向第一级Expander发送Report general帧；
2. 通过Report general请求，启动器查询到了Expander设备上的Phy数量，为了进一步查询每个Phy是否有连接设备，启动器遍历所有Expander的所有Phy，并发送Discover请求。Expander接收到Discover请求后，会将请求Phy的设备信息组装成响应帧返回给启动器。启动器处理Discover响应数据，刷新设备拓扑信息；
3. 若发现Phy对端连接的是Expander，那么启动器会再对二级Expander进行Report general、Discover请求，获取二级Expander上连接的设备信息；

如果第二级Expander后还接有第三级、第四级的设备，则重复上述流程，直到完成所有设备的扫描。

相关参考

• 《SAS Protocol Layer》
• 《SAS Storage Archteciture》