UFS UIC Layer: MIPI UNIPRO

9.1 概述

Figure 5.1 shows the Universal Flash Storage (UFS) top level architecture.
UniPro：unied protocol
Application Layer和UTP：遵守SCSI规范
M-PHY和UniPro：遵守MIPI标准

Definition
CPort：A CPort is a Service Access Point on the UniPro Transport Layer (L4) within a Device that is used for connection-oriented data transmission.CPort是device UniPro传输层(L4)上的服务接入点，用于面向连接的数据传输。
Service Access Point (SAP)： The point at which Layer -(x) services are provided by Layer-(x) to Layer-x+1).Layer-(x)向Layer-x+1提供Layer-(x)服务的点。
End-to-End Flow Control (E2E FC)：A credit- based flow control method that is implemented in theTransport Layer (L4)of the UniPro stack on a Connection .在UniPro栈的传输层(L4)上实现的基于信用的流量控制方法
Flow Control ： The process of managing the flow of data from one entity to another to ensure that the receiving entity can handle all of the incoming data .管理从一个实体到另一个实体的数据流的过程，以确保接收实体能处理所有传入的数据
PHY Adapter：A protocol layer that converts symbols from a nAPPI to the signals used by a specific PHY PPI.PHY适配器:将nAPPI的符号转换为特定PHY PPI所使用的信号的协议层。
lane：Consists of two complementary Lane Modules communicating via two-line， point-to-point Lane Interconnects . Sometimes Lane is also used to denote interconnect only .A Lane can be used for either Dataor Clock signal transmission .由两个互补的通道模块组成，通过两线，点对点通道互连进行通信。有时Lane也仅用于表示互连。一条Lane可用于数据或时钟信号的传输。
Traffic Class：A priority equivalence class of Messages/Packets/Frames.Frames from a higher-priorityTraffic Class are allowed to preempt lower-priority Traffic Classes .消息/包/帧的优先级等价类。来自高优先级流类的帧被允许抢占低优先级流类
Fragment ：A portion of a UniPro Message that can be passed to，orreceivedby，a CPort. Received Fragments are not generally identical to transmitted Fragments .UniPro消息的一部分，可以传递给CPort或由CPort接收。接收的片通常与传输的片不同。
MTU：Maximum Transmission Unit，最大传输单元。MTU其实就是在每一个节点的管控值，只要是大于这个值的数据帧，要么选择分片，要么直接丢弃。

9.2 结构模型

Figure 9.1 — UniPro internal layering view (a) and UniPro Black Box view (b)
UniPro充当UFS的数据链路层，负责host和device的连接。UniPro不仅定义了数据链路层，它本是也是一个比较完整的协议栈，如Figure 9.1（a）：
传输层（L4）支持多设备之间的双向连接，但UFS只支持CPort0
网络层（L3）支持通过设备ID寻址多达128个设备，但由于UFS是点到点传输，所以无需网络层；
数据链路层（L2）支持流控、CRC生成和校验、重传机制等，UFS利用了UniPro的数据链路层为主机和设备之间通讯提供可靠的连接。
物理层（M-PHY）使用8/10编码、差分信号串行数据传输。数据传输分高低速模式，每种模式下又有几种不同的速度档。
在UFS的背景下，整个UniPro协议堆栈应尽可能被视为一个黑盒模型，如Figure 9.1（b）；

9.3 UniPro/UFS传输协议接口(Data Plane)

UniPro将位于UniPro传输层L4的CPorts作为概念接口提供给UniPro之上的应用层或协议层，从而与UTP通信，可将CPorts视为UniPro T_CO_SAP的实例；MIPI中不定义T_CO_SAP的物理实现，使用者可自由选择。例如，更高UniPro层的软件实现，基于硬件实现每个CPort的缓冲或每个CPort的DMA通道等。
服务访问点(SAP)提供服务原语(SP)，UFS的应用层或协议层通过规范使用SAP从而去定义它们的交互。
core data transfer service primitives
（1）T_CO_DATA.req( MessageFragment, EOM)
UniPro服务端发送消息片段；当UFS层请求UIC层传输数据时，UFS层应确保上述数据的最后一个片段和EOM消息结束标志一起传输。
（2）T_CO_DATA.cnf_L( L4 CPort Result Code )
UniPro报告消息(片段)传输请求的结果;
（3）T_CO_DATA.ind( MessageFragment, EOM, SOM, MsgStatus )
UniPro向服务端发送接收到的消息(片段);
EOM：通知服务用户这是最后的消息片段
SOM：通知服务用户这是第一个消息片段
（4）T_CO_DATA.rsp_L( )
UniPro的服务端报告接收下一个消息(片段)的准备情况；

9.3.1 Flow control

UFS不会利用UniPro的端到端流量控制特性进行数据通信。因为UFS传输层已经通过严格的客户端-服务器通信模型、带标签的命令队列和数据传输的设备端节流避免了任何溢出。因此，UFS将不会使用UniPro的T_CO_FLOWCONTROL服务原语，不需要它的实现。
9.3.2 Object sizes
一个UniPro消息可以是任何大小，其内容不会被UniPro以任何方式解释。
Message Fragment消息片段是UniPro消息的一部分，可以传递给CPort或由CPort接收。
接收到的分片通常与发送出去的分片不同。消息片段可能携带EOM，也可能不携带，而UFS请求UIC的数据而发送出去的消息的最后一个片段是一定要有EOM的
Message Fragment应该有最大的T_MTU字节，以避免在更低层中进一步分裂。

9.4 UniPro/UFS控制接口(Control Plane)

UFS DME与UniPro的每层都留有SAP接口（Service Access Point）,通过SAP提供的服务原语(SP)，DME可以访问每个layer的控制和状态参数，管理它们的power模式，并且可以访问、控制对端设备的UniPro模块。
DME配置原语
DME_GET / DME_SET
提供对本地UniPort的UniPro和M-PHY的所有属性的读/写访问
DME_PEER_GET (optional) / DME_PEER_SET (optional)
提供对对端UniPort的UniPro和M-PHY的所有属性的读/写访问
UniPro可以去设置属性的顺序，所以UFS的应用应该保持DME配置原语的调用顺序。如果由UFS本身内部生成，则DME配置原语应按照定义的正确顺序发出。
DME控制原语：
控制原语较多，此处不加描述，如若感兴趣，请查看原文档。

9.5 地址映射

UniPro有两个级别的寻址，用来控制远程UniPro实体之间的信息交换。
Network Layer (L3): Device ID
在建立连接期间，创建连接的一方使用此值选择连接的远程端上的物理实体。在这个连接的生命周期内，DeviceID应该被视为静态的(不变的)。
Transport Layer (L4): CPort ID
选择内置在远程目标UniPro设备的逻辑实体。在这个连接的生命周期内，CPort ID应该被视为静态的(不变的)。

UFS采用基于Nexus定义的SCSI架构模型的寻址表示法。
启动程序端口标识符 I
目标端口标识符 T
逻辑单元编号 L
命令标识符 Q
在一个特定的逻辑单元(L)中唯一地定义了一个特定的命令标识符(Q)连接到特定的设备目标端口标识符(T)，通过特定的主机启动程序端口标识符(I)访问
UFS互连层地址(设备ID和CPort ID)只与Nexus的I_T部分相关。这个标准只需要并使用一个UniPro CPort在设备端和主机端。

映射规则：
UFS启动器端口标识符(I)和UFS目标端口标识符(T)为16bit并且
UFS启动器/目标端口标识符应该包含UFS端口的实体(主机或设备)的UniPro网络层Device ID
host的UniPro网络层Device ID重置值应为0
device的UniPro网络层Device ID重置值应为1
UFS启动器/目标端口标识符包含UniPro传输层CPort ID，表示UFS端口使用它来与远程实体通信
host的UniPro传输层CPort ID重置值应为0
device的UniPro传输层CPort ID重置值应为0
UFS启动器端口标识符应包含启动器ID (IID)。

UFS host和device的UTP层之间的单一UniPro连接可以由上面的UFS I_T Nexus唯一标识；
UFS I_T Nexus元素(Device ID和CPort ID)可以在重置后由host使用DME服务原语DME_SET/DME_PEER_SET修改；
host端CPort的所有属性(包括，例如，“T_ConnectionState”)都可以在重置后由host使用DME_GET和DME_SET原语检查和修改；
Device端CPort的所有属性(包括，例如，“T_ConnectionState”)可以在重置后由主机使用DME_PEER_GET和DME_PEER_SET原语检查和修改。

9.6 UniPro的选项和可调参数

MIPI UniPro被设计成一个通用的协议规范，因此有几个选项和参数，像UFS这样的应用程序应该为其专门的UniPro使用场景指定。 UniPro规范的附录E详细说明了所有可能的选择。本章的其余部分定义了这个版本的UFS标准对这些选项和参数的具体要求。它们适用于UFS主机端UniPro实现，如果没有明确说明，也适用于UFS设备端UniPro实现。

9.6.1 UniPro PHY适配器（L1.5）
物理适配层，用于检测双向Lane通路的个数，并提供软件支持。允许访问对端L1.5层的控制参数和状态，并可以通过原子操作改变对端Power Mode。L1.5层的数据以Symbol为单位的，每个symbol有17个bits，包含有两个Byte和一个control bit (bit16)。Control bit=1，表明后两个bytes是控制命令；Control bit=0，后两个bytes是data payload。

在UFS系统中，主机和设备使用相同的参考时钟，因此没有使用跳过symbols插入功能，其实现是可选的.
UFS设备应支持以下物理通道连接：
one lane：
Tx物理通道0连接到Rx物理通道0
two lane：
Tx物理通道0连接到Rx物理通道0
Tx物理通道1连接到Rx物理通道1

9.6.2 UniPro 数据链路层（L2）
支持流控、CRC生成和校验、重传机制等，UFS利用了UniPro的数据链路层为主机和设备之间通讯提供可靠的连接。其中采用ECC保证接收数据的准确性，接收端也要留有足够的buffer来缓存接收到的数据。一旦接收失败，发送端必须重新发送一次。L2层的数据单位是帧Frame，在原有L1层的基础上，把独立的symbol打包。每个Frame最多可以打包144个 symbol，并在Frame的头尾处各添加上Header和Tailer之后，附上16bits ECC来侦查纠错。
这层有个比较重要的概念是TC（Traffic Class），UFS支持两种优先级的Data Frame TC0和TC1。TC1的优先级高于TC0，绝大多数的数据都是在TC0这个级别传递的，紧急的数据通过TC1来传递。TC1可以中断、抢占正在发送的TC0的数据发送。

应该实现TC0；
TC1:Low Lantency 低延时是非必须的；
发送端的抢占能力是非必须的；
应该提供至少DL_MTU bytes的Tx和Rx缓冲；
支持L2帧最大尺寸的传输和接收(DL_MTU)；

9.6.3 UniPro 网络层（L3）
支持通过设备ID寻址多达128个设备，但由于UFS是点到点传输，所以无需网络层；L3的数据的单位是package，在层2的Frame的基础上增加了7bits的shorter-header，用来标识数据route的目标地址。

支持L3包最大尺寸的传输和接收(N_MTU)；

9.6.4 UniPro 传输层（L4）
支持多设备之间的双向连接，但UFS只支持CPort0。由于基本通信服务已经在底层处理的差不多了，所以传输层是相对比较简单的一层，它提供对多device和多client的支持。L4层的数据的单位是segment，在package的基础上增加了5bit的”Cport” identifier，我们在这里可以把它看做是UFS的sub-address。

UFS主机和UFS设备应实现至少1个CPort（这个标准只需要和使用1个CPort在链路的两边）；
如果实现了多个CPort, UFS不会强制要求任何超过UniPro默认的CPort仲裁方案；
应该支持UniPro Test Feature；
UFS不要求UniPro端到端流控制机制；
UFS 不使用 “Controlled Segment Dropping”(CSD)，CSD shall be disabled；
UFS不使用 “CPort Safety Valve” (CSV), CSV shall be disabled；
支持L4段最大尺寸的传输和接收(T_MTU)；

9.6.5 UniProDME
DME服务原语提供了:
检索或设置属性
控制整个UniPro协议栈的重置和运行模式

UFS Hosts
应该实现DME_PEER_GET原语和DME_PEER_SET原语，它们在[MIPI-UniPro]中是可选的

UFS Devices
不能使用DME_SET原语来修改本地的PA_PWRMode属性
应仅在以下情况下使用DME_RESET:在上电或硬件复位时，或在DME_LINKLOST.ind后，
shall not use the following primitives：DME_PEER_GET.req, DME_PEER_SET.req，详见协议文档；

9.6.6 UniPro Attributes
为了优化UFS引导过程，UFS UIC实现应该使用MIPI UniPro规范定义的所有UniPro属性的默认重置值。例外情况是，CPort 0的Network Layer Attributes和specific Attributes的重置值应反映上述章节中定义的设置，因此应包含表9.2所示的值。

Note：如有错误，敬请斧正；如有遗漏，欢迎补充。