AHCI协议阅读笔记

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AHCI HBA位于系统中的位置

AHCI，即高级主机控制器接口（Advanced Host Controller Interface），是一种基于串行 ATA（SATA）接口的通信协议。AHCI 由英特尔提出，并由多家硬盘厂商和主板厂商共同参与制定。2004 年，AHCI 1.0 规范发布，此后不断更新完善，以适应技术的发展和需求的变化。
AHCI HBA，即主机总线适配器，支持1到32个端口。HBA必须支持ATA和ATAPI设备，并且必须同时支持PIO和DMA协议。HBA可能可选地在每个端口上支持命令列表以减少开销，并支持串行ATA本机通过FPDMA排队命令协议为每个设备排队，最多32个条目。HBA可以可选地支持64位寻址。
AHCI HBA在系统中的位置如下图所示，一个HBA被集成在主板芯片组内，提供2个SATA端口，一个HBA位于第一级PCI/PCI-X总线下，提供4个SATA端口，最后一个HBA位于一个P2P Bridge扩展出来的第二级PCI/PCI-X总线，并通过一个端口多路复用器（Port Multiplier）芯片对外提供2个端口。

PCI信息

AHCI HBA

BAR寄存器

AHCI描述了一种系统内存结构，其中包含一个用于控制和状态的通用区域，以及一个描述命令列表的条目表。每个命令列表条目都包含编程所需的信息，SATA设备以及指向描述符表的指针，用于在系统内存和设备。AHCI不包含SATA的传输层、链路层或物理层相关的信息，因为这在SATA规范中有完整的描述。

SCRx Port Register

SCR0~SCR4寄存器，可判断端口Link状态，是否Link Up，端口速度等

系统内存分配

HBA寄存器指向系统内存空间，最多32个端口，每个端口包含Command List和Received FIS Structure，

Command List最多32个，

Received FIS Structure大小是256字节，

1. DMA setup FIS被拷贝到DSFIS
2. PIO setup FIS被拷贝到PSFIS
3. D2H Register FIS被拷贝到RFIS
4. Set Device Bits FIS被拷贝到SDBFIS
5. When an unknown FIS arrives from the device, the HBA copies it to the UFIS area in this structure, and
   sets PxSERR.DIAG.F, which is reflected in PxIS.UFS when the FIS is posted to memory. A maximum of
   64-bytes of an unknown FIS type may be sent to an HBA. If an unknown FIS arrives that is longer than
   64-bytes, the FIS is considered illegal and is handled as described in section 6.1.2. While the length of
   the FIS is unknown to the HBA, it is expected to be known by system software, and therefore only the
   valid bytes shall be processed by software. The HBA is not required to tolerate receiving an unknown FIS
   when the HBA is expecting a Data FIS from the device or when the HBA is about to transfer a Data FIS to
   the device based on the command protocol being used.

Command List的每一项Command Header的结构，每一个Command Header都指向一个Command Table，PRDTL指示Command Table里有多少项（第二级了），16bit，最多65535个，W指示数据方向，A指示这是一个ATAPI命令，CFL指示Command FIS的长度，PRDBC指示读写长度，32bit，所以单个Command Header最大传输2GB数据，每页4KB，则最大0xFFFF000，256MB-4KB。



Command Table结构如下，CFIS长度由CFL决定，最大64字节，ACMD只有在ATAPI命令时才用到，PRDT的每一项最大指向一片4MB的内存。


CFIS内容参考SATA协议，下面是类型0x27的FIS，