SATA支持ATAPI的设计要点分析

由于SATA应用于ATAPI device，传输效能不是最重要的考量，软、硬件的兼容性才是最重要的课题，因此在设计上也就更不容易掌握。本文将对SATA支持ATAPI组件的IC设计，作一简单的介绍，希望读者能对SATA应用于ATAPI组件所应考量的设计要点能有更清楚的了解。

　　SATA支持ATAPI的设计要点

　　在SATA相关硬盘与主机板上的SATA控制器上，所谓的SATA IC的设计模式，可分为原生型设计(Native Design)与桥接设计(Bridge Design)两种：

　　 原生型设计：所谓原生型设计，指的是未透过桥接(Bridge)接口的转换，直接将SATA的讯号转换为其它接口的讯号。例如：PCI to SATA控制卡，所谓的原生设计，指的就是由PCI讯号直接转换为SATA讯号，并未经过任何接口的转接。

　　 桥接设计：所谓的桥接设计，指的是透过桥接接口的转换，直接将市场上现有的接口转换为SATA接口。例如：市场上本来就有PCI to ATA的接口，透过增加ATA转SATA的接口，马上就可以整合成PCI to SATA的控制接口。此设计模式也是厂商导入SATA产品的最快方式。

　　目前市面上SATA硬盘，大多数都采用桥接设计模式，也就是在原有的硬盘控制芯片上，再外接一个PATA(Parallel ATA) to SATA Bridge Chip。即可成为支持SATA的硬盘。至于光储存装置(如DVD+RW、CD-RW等)导入SATA的solution，也是以桥接器设计方式最为容易。但是ATAPI device(如DVD+RW、CD-RW等)在SATA的设计上却有很多的限制，尤其是兼容性的问题。如果采用PATA to SATA bridge chip 加上光储存既有的控制芯片，即可提供SATA DVD+RW、CD-RW 的解决方案，但是PATA to SATA bridge chip在支持ATAPI的设计考量，却完全反映到SATA光储存装置的兼容性。以下即是SATA应用于ATAPI Device设计上所需注意的事项。

　　大体来说，SATA应用于ATAPI Device设计上的问题可以分为以下几类：

　　1. Protocol Issue(传输协议问题)

　　这类的问题，通常都是发生在既有的PATA规格与最新的SATA规格有部分的差异所造成的。几个常见的情况包含了下列例子：

　　 PIO DR0 data block 超过 8K的问题

　　此一问题与原来ATAPI规格上并未有此规范有关(请参考表2)。而SATA Spec. 定义DATA FIS不可超过8K的大小，但是光储存媒体依照ATAPI的规范，往往有许多CD-R、CD-RW、DVD+RW的PIO DR0 data block超过8K的大小限制，此时PATA to SATA bridge就必须考量此种因SATA与ATAPI传输协议不同的地方，妥善处理，系统才能正常运作。

　　 Odd word 问题

　　就SATA规格的定义，SATA的传输是以DW(double word)为基础的传输，但是有一些ATAPI的OP code是以odd word 传输为主(请参考表3)，所以SATA bridge 势必要了解transfer count的相关信息以解决这些问题。如果没有适当处理，系统将会把过剩的word data传输到Host端的内存或光储存媒体，而造成系统错误。

　　就以往光储存媒体的习惯来说，有一些光驱的运作会送出INTRQ以准备接收command 封包。但是在SATA的通讯协议中，SATA host端并不会送出INTRQ，这样将会造成系统的当机，因为软件必须收到INTRQ才会开始执行送出command封包的动作。因此PATA to SATA bridge的设计上就必须补偿规格上缺憾的问题。

　　 Transfer count问题

　　由于各式各样的CD-R或DVD空白片格式，将使得SATA bridge很难去了解盘片完整的transfer count，而SATA bridge将无法得知何时数据将会结束。这往往需要非常robust的方法去处理transfer count的问题，SATA bridge也并须能补偿protocol缺憾的问题。[p]
2. Vendor Specific Command Issue(制造商的特有指令问题)

　　这类问题通常为光驱厂商都有自己的Vendor Specific Command，而此类command并未遵循ATAPI规格的规范，而此种模式在现有的光驱市场是非常普遍的现象。但是也造成了SATA设计上的困难。

　　 Update optical media flash ROM问题

　　每一家系统厂商更新flash ROM的程序顺序往往都是厂商特有的vendor specific command。而有些厂商的更新程序往往会与SATA传输协议有所出入，这也就会造成了兼容性的问题。

　　例如：持续的写入sec count register对于PATA及ATAPI规格是有意义的，但是对于SATA而言却是会被忽略的。

　　3. Violate ATAPI Spec Issue(违反ATAPI规格问题)

　　光驱接口反应未遵守规格的规定，这在PATA时期即是如此。与硬盘相比，硬盘的Operational Behavior与Command set基本上都相当遵守ATA Spec.的规范，但是光储存装置对于ATAPI Spec.却往往有违反规格的情形发生。而PATA to SATA bridge就必须有能力补偿ATAPI装置违反ATAPI Spec.的运作差异(Operational Variations)。

　　所谓的作业差异，一般来说，许多ATAPI装置都会在某些地方不符合ATAPI规格，进而产生所谓的「运作差异」，它们会以不同的形式出现，使得事前预测变得极为困难。ATAPI时序差异(timing variations)就是ATAPI装置常见的一种差异，这是因为随着ATAPI装置在PIO或UDMA模式下工作，ATAPI总线Handshaking Signal的宽度也会有所不同，数据脉冲讯号(data strobe)就是例子。此时除非PATA to SATA桥接组件在他的SATA/ATAPI实体接口中提供可调整时序，否则采用这种组件的电路板就无法弥补ATAPI装置的时序差异，系统厂商也将被迫选择不同的ATAPI装置或桥接组件;无论厂商采用哪种方式，产品上市的时间与未来的兼容性问题都会受到影响。

　　光驱接口反应未遵守规格的项目还包含以下各点：

　　 Status反应

　　 Interrupt反应

　　 Signature反应是错误的

　　 运作反应违反ATAPI规格