深入解析：UFS学习笔记（概念入门篇）

对于存储协议初学者，理解UFS的关键在于逐步掌握其核心原理。初次接触时，我们建议先跳过引用，直接阅读本文，它将带你步入UFS的世界。虽然文章借鉴了前辈的经验，可能会有一些术语或缩写上的差异，但请放心，我们力求清晰易懂，期待你的指正。

UFS的基石

UFS 1.0凭借其差分串行传输和多通道技术，轻松超越eMMC。UFS的高速得益于底层基础设施，如全双工通信和命令队列，以及上层协议的协同，如异步命令处理，让数据传输更为高效。

UFS巧妙融合了SCSI规范和MIPI标准，简化了硬件设计，如M-PHY提供高速串行接口，UniPro则负责移动设备间的通信。L1.5 PHY Adapter和L2 Data Link的引入，确保数据的可靠性和准确性，为UFS的稳定性能奠定了基础。

迈向主流的UFS 2.1

UFS 2.1作为主流协议，优化了数据传输效率和稳定性，为应用层的扩展和优化提供了强大支持。UFS应用层依托于基于SCSI架构的命令集，使得数据交互更为高效。

深入理解UFS架构

Frame结构与优先级: 144符号的帧，加上Header和Trailer，16位ECC确保数据准确性，TC0/TC1区分数据优先级，其中TC1允许中断TC0的执行。

L3 Network与多设备通信: 通过UniPro L3路由数据至目标设备，如AP#3，支持多设备间的无缝协作。

L4 Transport与简化传输: 数据以segment形式传输，包含Cport identifier，简化了设备间的交互。

DME：管理核心: SAP接口管理UFS各层，包括电源管理与UniPro模块控制。

UTP：自主控制数据发送: 通过UTP封装UniPro segment，减少系统资源消耗，实现数据的自主发送。

SCSI扩展与LU/LUN: UFS应用层采用SCSI架构，LU/LUN标识逻辑存储单元，为外部寻址和数据管理提供关键标识。

UFS Application Layer详解

UFS应用层采用SCSI架构，CDB（6-16字节）用于发起者和LUN间的通信。关键命令如READ/WRITE、READ CAPACITY、REPORT LUNS等，每个LU拥有独立的地址空间，支持多用户数据存储。Boot LU负责启动代码，通过Query设备管理器确定激活状态。

UTP Transport Layer以UPIU数据包为核心，包括命令、数据和响应，区分不同SCSI操作。主机控制器通过HCI与设备交互，通过数据结构如Transfer Request List和Command Descriptor Buffer List来组织和执行命令。

UFS主机系统：硬件与软件交互

UFS的主机系统由硬件(host controller)和软件(host software)组成，提供UTP Transfer Request List、UTP Task Management Request List和UIC Command Register等接口。主机软件操作涉及控制器配置、数据传输和任务管理，通过MMIO与寄存器进行高效通信。

UPIU是UFS协议的灵魂，包含交易类型、标志等信息，区分命令的读写属性。理解UPIU数据包结构对于理解协议至关重要，尽管它与UniPro数据包有所不同，但两者在概念上有所区别。

实战操作与细节

UPIU分为COMMAND、TASK MANAGEMENT REQUEST和QUERY REQUEST，分别对应命令、任务管理和设备配置。数据传输通过DATA IN和DATA OUT UPIU进行，读写操作遵循RTT机制，设备状态通过状态UPIU反馈。通过诸如INQUIRY、READ CAPACITY等简化SCSI命令，我们可以获取设备信息和空间状态，如TEST UNIT READY用于设备状态检查。

管理类命令如START STOP UNIT调整电源，UNMAP清除数据，FORMAT UNIT格式化逻辑单元，SYNCHRONIZE CACHE同步缓存，VERIFY进行数据校验。特殊情况下，如SEND DIAGNOSTIC用于执行诊断命令，而REJECT UPIU处理无效请求。

总的来说，UFS的学习是一场深入理解硬件与软件交互的旅程，通过这些关键概念和实例，你将逐步掌握UFS的精髓。深入阅读《JESD220E》中的10.7章节，结合SSD Fans的UFS Host Controller工作流程，你的理解将更为全面深入。

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文章来源：天狐定制

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