SCSI總線和協(xié)議

3.6.5.信號傳送階段

命令階段、數據階段、狀態(tài)階段和通信階段被組合在一起作為信息傳送階段，因為它們都被用來通過數據總線傳送數據或控制信息。SCSI使用C/D、I/0和MSG信號區(qū)分不同的信息傳送階段以及對應的信息傳輸方向。目標方驅動這3個信號，控制從一個階段到另一個階段的轉變。發(fā)起方可以通過把ATN信號置成“真”請求一個“通信出”階段，而目標方可以通過釋放MSG、C/D、I/0和BSY信號引入總線空閑階段。信息傳送階段使用一個或多個REQ/ACK握手過程控制信息傳送。每個REQ/ACK握手過程允許傳送1個或多個字節(jié)的信息。因為信息傳送階段一定是在選擇階段或重選階段之后，所以不改變BSY和SEL信號。事實上，在該階段，BSY持續(xù)為“真”，SEL信號持續(xù)為“偽”。

表2-2示出了MSG、C/D和I/0信號值與階段名及信息傳輸方向之間的關系。其中的“出”和“入”是相對子發(fā)送方設備而言的，且數據傳輸方向由I/0信號確定。

表2-2MSG、C/D和1/0信號值與階段名及信息傳輸方向之間的關系

注釋：0=偽，1=真，*=保留未來定義

命令階段允許目標方請求發(fā)起方傳送命令信息。在命令階段的REQ/ACK握手過程中，目標方把C/D信號置成“真”，把I/0信號和MSG信號置成“偽”。

數據階段包括“數據入”階段和“數據出”階段。

（1）“數據入”階段允許目標方請求把數據從目標方傳送給發(fā)起方。在“數據入”階段的REQ/ACK握手過程中，目標方把I/0信號置成“真”，把C/D信號和MSG信號置成“偽”。

（2）“數據出”階段允許目標方請求把數據從發(fā)起方傳送到目標方。在“數據出”階段的REQ/ACK握手過程中，目標方把C/D信號、I/0信號和MSG信號都置成“真”。

狀態(tài)階段允許目標方請求把狀態(tài)信息從目標方傳送給發(fā)起方。在狀態(tài)階段的REQ/ACK握手過程中，目標方把C/D信號和I/0信號置成“真”，把MSG信號置成“偽”。

通信階段可以是“通信入”階段或“通信出”階段。無論是在“通信入”階段，還是在“通信出”階段，都可以傳送多條消息。傳送的第一個字節(jié)可以是單字節(jié)消息，也可以是多字節(jié)消息的首字節(jié)。在1個通信階段可以傳送多個多字節(jié)消息。

“通信入”階段允許目標方請求把消息從目標方發(fā)送給發(fā)起方。在“通信入”階段的REQ/ACK握手過程中，目標方把C/D信號、I/0信號和MSG信號都置成“真”。

“通信出”階段允許目標方請求把消息從發(fā)起方傳送到目標方。目標方在響應發(fā)起方建立的提醒條件時調用“通信出”階段。在“通信出”階段的REQ/ACK握手過程中，目標方把C/D信號和MSG信號置成“真”，把I/0信號置成“偽”。

3.7異步傳輸和同步傳輸

與傳統(tǒng)網絡的數據包傳送方式不同，SCSI基于REQ/ACK信號控制數據傳輸的過程。根據REQ和ACK信號控制與數據總線置位時間的差別，信息傳輸又可分為異步傳輸和同步傳輸兩個列別。而且，無論傳輸的方向如何，信息的傳輸都是由REQ信號開始，并且REQ信號都是由目標方控制和發(fā)送的。

1.異步信息傳輸

異步傳輸方式可用于數據階段的數據傳輸，也可用于命令、狀態(tài)和通信階段的信息傳輸。首先，信息傳輸的方向是由I/O信號決定的。如果I/O信號為“真”，那么信息是由目標方向發(fā)起方傳輸。在此情況下，為了傳送信息，目標方先把數據線DB(7/15-0，P)信號置成對應想要傳送的二進制數位序列的值，然后把REQ信號置成“真”。發(fā)起方在檢測到REQ為“真”時，讀取數據總線的值，然后把ACK信號置成“真”。當目標方檢測到ACK為“真”時，它就可以改變或取消放置在數據總線上的值，并把REQ置成“偽”。發(fā)起方在檢測到REQ置成“偽”時把ACK也置成“偽”。當目標方檢測到ACK為“偽”時，總線上就完成了一次數據傳輸，并可進行下一次數據傳輸。

在異步傳輸方式中，每個REQ/ACK握手過程傳送1個(對于窄SCSI)或2個字節(jié)(對于寬SCSI)的信息。特別需要注意的是，在此方式中，目標方在置REQ信號后，必須持續(xù)地把數據線DB(7/l5~O，P)置成對應所要傳送的二進制數位序列的值，直到它檢測到ACK為真為止。

如果I/O信號為“偽”，那么信息是由發(fā)起方向目標方傳輸。在此情況下，目標方通過把REQ置成“真”來請求信息。發(fā)起方驅動DB(7/l5~O，P)到它需要發(fā)送的二進制數位序列的值，然后把ACK置成“真”。此后，繼續(xù)把DB(7/l5~O，P)信號置成這個二進制數位序列的值，直到REQ變成“偽”為止。目標方則是在檢測到ACK變成“真”時，讀DB(7/l5~O，P)的值，然后把REQ置成“偽”。發(fā)起方在檢測到REQ變成“偽”時，它可以改變或取消放置在數據總線上的值，并把ACK置成“偽”。

此后，目標方可以通過把REQ置成“真”，繼續(xù)請求信息。

2.同步數據傳輸

同步數據傳輸只在數據階段使用，并且是在目標方和發(fā)起方之間建立同步數據傳輸協(xié)定之后使用。

與異步傳輸中的規(guī)則相同，當I/0信號為“真”時，數據是由目標方向發(fā)起方傳輸。目標方先把數據放置到數據總線上，即置DB(7/l5~O，P)對應的線路，然后把REQ置成“真”。在同步數據傳輸中，目標方在把REQ置成“真”后，需要把放置在DB(7/l5~O，P)上的二進制數位序列的值保持一個指定長度的時間，但不必維持到對ACK信號變“真”的接收。這是與異步傳輸不同的一個地方。在指定長度的時間期滿后，目標方就可以把REQ置成“偽”，并且可以改變或取消放置在數據總線上的值，然后準備發(fā)送下一個數據。發(fā)起方在檢測到REQ變“真”之后一個指定長度的時間內讀DB(7/l5~O，P)上的值，然后把ACK置成“真”作為對目標方的響應。

與異步傳輸一樣，在同步數據傳輸中，發(fā)起方也在接收到一個REQ并讀取了數據總線上的值之后就發(fā)送一個ACK信號。但與異步傳輸不同的是，目標方在接收到對一個數據的ACK之前可以發(fā)送多個REQ信號。SCSI為同步數據傳輸的REQ/ACK握手過程定義了一個稱作REQ/ACK飽和值的參數，它表示在接收到ACK信號前可以發(fā)送的最大REQ信號數。如果發(fā)送的REQ數日多于接收到的ACK數目，并達到了定義的REQ/ACK飽和值，那么目標方暫停發(fā)送REQ信號和數據，直到接收到下一個ACK為止。這在原理上與傳統(tǒng)網絡中的流控制類似。

當I/O信號為“偽”時，數據是由發(fā)起方向目標方傳輸。發(fā)起方每次接收到一個REQ信號就發(fā)送一次數據。目標方先把REQ置成“真”。發(fā)起方檢測到REQ變“真”后把要發(fā)送的數據放置到數據總線上，即置DB(7/l5~O，P)對應的線路，然后把ACK置成“真”。接著發(fā)送方需要在一個指定長度的時間內保持在總線上放置的數據不變，并繼續(xù)把ACK置成“真”。在指定的時間期滿后，發(fā)起方可以把ACK置成“偽”，并且可以改變或取消放置在數據總線上的值。目標方在檢測到ACK信號變“真”后，在指定的ACK保持為“真”的時間內讀取數據總線上的數據，并把REQ置成“偽”。

此后，目標方可以通過把REQ再置成“真”繼續(xù)請求信息。

3.8SCSI命令描述塊

在互連層完成SCSI設備對總線的連接，以及發(fā)送方和目標方的選擇的基礎上，傳輸層協(xié)議執(zhí)行實際的數據傳輸。傳輸層提供了兩類服務，一是命令的執(zhí)行和確認；二是數據的傳送。命令的執(zhí)行是在總線進入命令階段后，發(fā)起方通過命令描述塊(command description block，CDB)向目標方發(fā)送具體的命令。命令的確認是在總線進入通信(Message)階段后，發(fā)起方接收由目標方發(fā)送的命令執(zhí)行確認信息。數據的傳送則是在數據階段(數據出或數據入)進行的。傳輸協(xié)議的運行過程包括發(fā)送命令、傳輸數據和對命令執(zhí)行的確認。SCSI基礎命令規(guī)范SPC(SCSIPrimaryCommands，SCSI基礎命令)定義了CDB的標準。

除了基本命令外，SPC還定義了所有類型的SCSI目標方設各都可以使用的管理參數，如診斷參數和日志參數等。

發(fā)起方對存儲設備的實際操作是通過向目標方發(fā)送一個命令描述塊來完成的。在一些情況下，在一個命令描述塊之后可能還有一些參數要傳給目標方，按照具體的協(xié)定，這些更多的參數是在命令描述塊后的“數據出”階段發(fā)送的。命令描述塊有定長和不定長兩種格式，而定長格式的命令描述塊又有6、10、12或16字節(jié)不同的長度規(guī)定。

命令描述塊由編號從0~5的6個字節(jié)組成。下面介紹其中各個段的內容。

1.操作碼

操作碼是所有命令描述塊都有的，它總是被放在命令描述塊的開頭一個字節(jié)。正如其名字所言，操作碼定義CDB的具體操作。8比特在理論上共有256個可能的操作碼。實際上其中有一些是保留碼，日前尚未定義。操作碼的8個二進制位又分為兩部分：5-7位是組代碼，指示該命令具體屬于哪個命令組，它決定CDB的長度，如“000”為組“0”，表示6個字節(jié)的CDB命令組，0-4位則是具體的命令代碼。

2.混雜CDB信息

該參數表示與具體的CDB相關的信息，其中一個例子是表示邏輯設備號，尋址在SCSI目標設備中的一個邏輯單元。對應一個SCSIID的設備可以有多個邏輯單元，所以邏輯單元擴展了SCSI總線可訪問的設備數目，使得目標方設各上可以有多個可被訪問的設備而只占用一個有效的SCSIID。對一個邏輯單元的實際訪問是通過該邏輯單元的一個特定的編號，即邏輯單元號實現(xiàn)的。

3.邏輯塊地址

該地址是邏輯單元(比如磁盤)中的起始操作塊的位置。在6字節(jié)的CDB中，有21位的邏輯塊地址。SCSI把邏輯單元、卷或分區(qū)抽象成塊的數組，每一塊都有一個邏輯地址，編號從0開始。對SCSI存儲設備的每一次讀/寫操作都是針對一組連續(xù)的邏輯塊進行的，因而需要指出起始塊的邏輯地址。

4.傳送長度

該長度表示命令所請求的傳送量，通常是塊數。在有些類別的CDB中也可能是字節(jié)數。0表示不需要傳送數據。

5.參數表長度

有些命令還需要更多的參數，這些參數由客戶提供，定義在“數據出”緩沖區(qū)中。參數表長度就表示需要傳送到存儲設備的這類參數的長度，0表示不需要傳遞參數。

6.分配長度

分配長度表示應用客戶為“數據入”緩沖區(qū)分配的最大長度，根據具體的CDB類別，可能是字節(jié)數，也可能是塊數。應用客戶通常使用該“數據入”緩沖區(qū)接收特殊信息，如日志數據、診斷數據等。如果傳送的信息量超過了分配長度表示的最大值，則相關設備不應再傳，并使用狀態(tài)階段返回特定的狀態(tài)信息。

7.控制碼

它是所有CDB格式的最后一個字節(jié)。在其中有一些特殊的域，如已經定義的一個NACA位。在一些情況下，一個命令的執(zhí)行會以“檢查條件(CheckCondition)”狀態(tài)中止，它表明在命令執(zhí)行過程中出現(xiàn)了錯誤或異常。有些命令執(zhí)行的錯誤或異常不會影響其他命令的執(zhí)行，也不需要作善后的恢復處理，而另一些命令執(zhí)行的錯誤或異常則可能導致命令組中的其他命令被異常中止，需要專門的命令對其做善后處理，并要求存儲設各在完成善后處理工作之前不再處理該用戶的其他命令。為了區(qū)分這兩種不同的情況，也為了讓應用客戶能夠事先聲明哪些命令執(zhí)行的錯誤或異常需要善后處理，SCSI允許應用客戶在CDB的控制碼中設置NACA位，請求存儲設備在命令執(zhí)行以“檢查條件”狀態(tài)中止時建立“自動跟隨”條件(Condition)，從而允許應用客戶在隨后的善后處理命令中把新(New)任務的屬性設置成自動跟隨(AutoContingentAllegiance，ACA)。

3.9SCSI的讀操作和寫操作過程

1. SCSI的讀操作過程

如果計算機要從存儲設備上讀取文件或數據，那么無論數據的大小如何，都至少要經歷一個SCSI的讀操作過程。當然，操作系統(tǒng)需首先將用戶的讀取操作通過SCSII/0的應用程序編程接口(ApplicationProgrammingInterface，API)轉化為SCSI的讀操作，并在操作完成后通過相應的API返回響應的值。

在SCSI域內，這個操作在傳輸層被簡單地描述成5個主要過程：

(1)發(fā)起方通過CDB發(fā)送SCSI的讀命令。

(2)目標方接收到該命令，通過設備管理器在指定的邏輯單元中執(zhí)行該命令請求的操作。

(3)目標方以字節(jié)為單位向發(fā)起方傳送數據。

(4)在數據傳輸完畢后，目標方向發(fā)起方發(fā)送命令完成的報告。

(5)發(fā)起方接收到命令完成的響應。

當然，這些過程是建立在SCSI互連層的基礎上的。在第一個過程之前，SCSI總線由空閑階段進入總線仲裁和選擇階段，完成發(fā)起方對總線使用權的獲得以及對目標方的選擇和尋址。

在第一個過程中，目標方發(fā)送REQ信號，請求信息傳輸，控制總線進入信息傳送的命令階段。目標方通過發(fā)送方傳送的CDB獲取“讀”命令。在其后的第2個和第3個過程中，目標方從它控制的外圍設備中讀取數據并發(fā)送到發(fā)起方。如目標方準備數據需要較長的時間，則可能有多個總線釋放、進入空閑和重選階段的輪回。目標方在每次完成數據傳送后，都控制總線進入狀態(tài)階段并返回一個狀態(tài)信息。為進一步表示讀命令的全部完成，在第四個過程中，總線進入信息傳送的通信階段，目標方發(fā)送“命令完成”信息，并可釋放SCSI總線的BSY信號。在第五個過程中，發(fā)起方接收到日標方命令完成的響應，總線可恢復到空閑階段。

2. SCSI的寫操作過程

SCSI的寫操作過程與讀操作過程類似，但數據傳送的方向不同，它把數據從發(fā)送方向目標方傳送。在發(fā)送方系統(tǒng)中有對文件做寫操作的用戶請求時，它先通過文件系統(tǒng)查找該文件在存儲設備(如磁盤)上的邏輯塊地址(LogicalBlockAddress，LBA)，接著文件系統(tǒng)把該LBA連同其他一些參數，如數據的指針、數據的長度以及邏輯單元號等傳遞給SCSI的API，并指示一個寫操作。例如寫6000字節(jié)到LUNO的邏輯塊地址OOOl234AB。SCSI的API則具體發(fā)送一個寫命令給LUNO，并將數據以存儲設備認可的方式分批或一次性地傳遞到LUNO，直到數據全部傳輸完畢。之后，SCSI的API返回，并指示任務完成。然后，文件系統(tǒng)通知應用程序任務完成。至此，一個文件的寫操作完成。

當然，在數據寫操作中，仍然需要具體運行SCSI的各個階段，并需要發(fā)送SCSI信號以及SCSI命令，如寫命令等。這些方面都與上面描述的讀操作類似，此處不再贅述。

從上面的介紹可以看出，一個簡單的數據讀或寫操作會涉及一系列的過程。實際上，在這些過程中，除了有應用程序(如字處理軟件、數據庫等)為用戶提供的直接操作界面和操作系統(tǒng)給應用程序提供的通用的系統(tǒng)功能外，還有文件系統(tǒng)、SCSIAPI、SCSI設備命令、SCSI驅動程序、總線和存儲設備等多種軟硬件的參與。