UFS定義一個完整的協(xié)議棧

任何一種接口或者協(xié)議，都是由一個完整的協(xié)議棧組成的。UFS也不例外。

UFS定義了一個完整的協(xié)議棧。從上到下，依次為應(yīng)用層、傳輸層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。UFS使用MIPI（Mobile Industry Processor Interface ，移動產(chǎn)業(yè)處理器接口）聯(lián)盟的UniPro作為數(shù)據(jù)鏈路層和MIPI的M-PHY作為物理層，兩者合起來稱之為互連層（UFS InterConnect Layer）。與之相比，PCIe接口只定義了下三層（如下圖），沒有應(yīng)用層。只有加上上層NVMe，才構(gòu)成一個完整的SSD通訊協(xié)議。

目前UFS沒有定義自己的命令（沒有UFS Native Command Set），使用的命令是簡化的SCSI命令（基于SBC和SPC），由INCITS T10組織定義的。關(guān)于SCSI相關(guān)協(xié)議，大家可以參看相應(yīng)的spec。

四層中，只有傳輸層是JEDEC自己定義的。所以，UFS四層中有三層是別人的，命令層是T10的，數(shù)據(jù)鏈路層和物理層是MIPI的，傳輸層是JEDEC自己的。JEDEC移花接木的水平真是高。不由的想到一個廣告：“我們不生產(chǎn)水，我們只是大自然的搬運(yùn)工！”

UFS至今已經(jīng)有五個版本，每層的版本也不盡相同。

我們依次來看看這幾層。

UFS應(yīng)用層

應(yīng)用層包括UFS命令集、設(shè)備管理器（Device Manager）和任務(wù)管理器（Task Manager）。應(yīng)用層處于整個協(xié)議棧的最高層，所有的命令或者請求都來源于該層。它是最高統(tǒng)帥，所有的戰(zhàn)術(shù)和策略都是它制定的，然后真正去沖鋒陷陣的是將軍和士兵（應(yīng)用層下面的傳輸層和內(nèi)聯(lián)層）。

命令集

如前所述，目前UFS沒有定義自己的命令，使用簡化的SCSI命令。

其中包括一些SPC（SCSI Primary Commands）命令：

和一些SBC（SCSI Block Commands）命令：

UFS除了定義基本的讀寫命令，也有trim命令（UNMAP），還有其它一些命令。我們不打算深入其中。

設(shè)備管理器

顧名思義，設(shè)備管理器用以管理UFS設(shè)備。

設(shè)備管理器有兩個功能：一是處理設(shè)備級操作，二是管理設(shè)備級配置。

前者包括管理設(shè)備功耗、設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)參數(shù)、使能/禁止設(shè)備后臺操作（Background Operation）以及其它設(shè)備相關(guān)操作。

后者通過維護(hù)和存儲一系列的描述符（Descriptor，后面有章節(jié)介紹），通過諸如Query請求修改或獲取設(shè)備的配置信息。

從UFS層次架構(gòu)圖來看，設(shè)備管理器既可以通過下層的傳輸層為其服務(wù)（通過UDM_SAP）：

設(shè)備管理器也可以繞過傳輸層（通過UIO_SAP），直接管理與控制互聯(lián)層：

設(shè)備管理器可以通過互聯(lián)層提供的接口（UIO_SAP），使用一系列的原語（Primitive）直接控制操作互聯(lián)層（UIC）。這些原語包括重啟設(shè)備、重啟互聯(lián)層、讓物理層進(jìn)入和退出休眠模式（Hibernate）等原語。

總之，設(shè)備管理器既可以走常規(guī)渠道（通過傳輸層，以數(shù)據(jù)包UPIU的形式），也可以走快速通道（發(fā)送UIC能理解的命令，原語的形式）管理和操作設(shè)備。

任務(wù)管理器

任務(wù)管理器用以管理命令隊(duì)列中的命令。比如任務(wù)管理器可以發(fā)Abort命令，終止之前發(fā)下去的命令。它也可以清空命令隊(duì)列中的所有命令。具體如下：

當(dāng)某個命令超時時，系統(tǒng)可能發(fā)Abort命令把這個命令終止掉。

UFS傳輸層

傳輸層為它上面的應(yīng)用層服務(wù)。當(dāng)傳輸層收到應(yīng)用層命令或者請求后，它會產(chǎn)生UPIU(UFS Protocol Information Unit)，把命令塊或者請求封裝成固定格式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，然后交由下層傳到接收端的傳輸層。和命令相關(guān)的數(shù)據(jù)、狀態(tài)，也有相應(yīng)的UPIU數(shù)據(jù)包。UPIU是主機(jī)和設(shè)備進(jìn)行信息交換的基本數(shù)據(jù)單元。

UPIU，和SATA中的FIS，PCIe中的TLP，是同一層次的東西，上層命令或者數(shù)據(jù)都是通過此類數(shù)據(jù)包封裝起來，然后傳輸?shù)浇邮斩恕?/p>

如果說應(yīng)用層是統(tǒng)帥的話，傳輸層可以認(rèn)為是將軍了。

下一章節(jié)為專門介紹UPIU，這里就不細(xì)講。

UFS互聯(lián)層

UFS互聯(lián)層包括MIPI UniPro和M-PHY，分別充當(dāng)UFS數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的角色。數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)主機(jī)和設(shè)備的鏈接，物理層傳輸實(shí)實(shí)在在的物理信號。

UniPro其實(shí)不僅僅只定義了數(shù)據(jù)鏈路層，它本是也是一個比較完整的協(xié)議棧，如下圖所示：

傳輸層（L4）支持多設(shè)備之間的雙向連接，但UFS只支持CPort0；網(wǎng)絡(luò)層（L3）支持通過設(shè)備ID尋址多達(dá)128個設(shè)備，但由于UFS是點(diǎn)到點(diǎn)傳輸，所以無需網(wǎng)絡(luò)層；數(shù)據(jù)鏈路層（L2）支持流控、CRC生成和校驗(yàn)、重傳機(jī)制等，UFS利用了UniPro的數(shù)據(jù)鏈路層為主機(jī)和設(shè)備之間通訊提供可靠的連接。

物理層（M-PHY）使用8/10編碼、差分信號串行數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸分高低速模式，每種模式下又有幾種不同的速度檔。

關(guān)于MIPI UniPro和M-PHY，讀者可以看相關(guān)的spec，這里不細(xì)講。

本章對UFS協(xié)議棧做了簡單介紹，下一章將會對傳輸層發(fā)起的UPIU進(jìn)行詳細(xì)的介紹。