LeCroy Technical Seminar SAS/SATA プロトコルの概要と解析の実演 2005 年 9 月 1 日 ( 木 ) 13:30 ~16:30 レクロイ ジャパン株式会社 LJDN-ST-CA-0242-0001 セミナの予定 - SAS/SATAプロトコルの概要 - SAS/SATAプロトコルの市場 業界動向 - レクロイのプロトコル関連製品の概略 < 小休止 > - SAS/SATAプロトコル解析の実演 - SAS/SATAエラーインジェクションの実演 LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 2
SAS(Serial (Serial Attached SCSI) って何? SCSI U320 の後継となるインターフェイス スイッチとポイント -to- ポイントの構成をもつ 低価格のエクスパンダ ( スイッチ ) にてスケーラビリテイを確保 同一ドメイン上に 16,000 までのフィジカル リンクを許容 3Gbps フル デュプレックス シグナリング 将来は 6Gbps そして 12Gbps のデータ速度に 伝送距離 10m 長 - ドライブやキャビネット周辺のインターフェイス用途として デュアル ポートで有用性を向上 ワールド ワイドのネーム アドレッシングに対応 LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 3 SAS テクノロジは既存技術を活用 物理層は SATA I & II と相互互換あり 同一コネクタ, 同一データ レート トランスポート層は ファイバ チャネル (F/C) のものを活用 オミット コンプレックス ファブリックのサポート ログイン方法 等々 8b10b エンコーディングも F/C 等の既存技術 SCSI コマンド セットを継承 InfiniBand のケーブルとコネクタを外部機器接続用として活用 LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 4
SAS におけるプロトコル層 Application Layer Write (10) Command Transport Layer User Data SOF Header CRC EOF Frame Data Link Layer OPEN DONE CLOSE Connection Management PHY Layer Physical Layer User Data Data Scrambler 8b/10b Encoder Serializer/Deserializer Raw Data EMI Friendly Data Disparity Protection & Balanced Transmission LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 5 SAS プリミティブ 目的 コネクションの成立コネクションの終了トポロジ マネージメントキャラクタ同期フロー コントロールフレーム デリミタ ( 区切り ) フレーム アクノリッジメント ( 認証 ) プリミティブ SOAF, EOAF, OPEN ACCEPT, OPEN REJECT, AIP CLOSE, BREAK Hard Reset, Broadcast ALIGN, NOTIFY RRDY, Credit Blocked SOF, EOF ACK, NAK LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 6
SSP コマンドの構造 Initiator Port Target Port Initiator Port Target Port OPEN Address OPEN Address OPEN ACCEPT OPEN ACCEPT COMMAND IU DATA IU ACK ACK DONE DONE CLOSE CLOSE OPEN Address OPEN Address OPEN ACCEPT OPEN ACCEPT XFER RDY IU RESPONSE IU ACK ACK DONE DONE CLOSE CLOSE LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 7 SSP コマンドの構造 SCSI Operation Initiator Port Target Port Initiator Port Target Port COMMAND IU DATA IU XFER RDY IU RESPONSE IU LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 8
SAS エキスパンダ 4 大機能 : 利点 : コネクションの成立と終了 ソースからデストネーションに対するルーティング フレーム SASドメインの発見と構成 SATAデバイスに対するSAS-to-SATA ブリッジの管理 1:N( 多数 ) のコネクションにより スケーラビリティが良い HDDの集合体により スループットの向上が可能 SAS のエンド デバイスにより 冗長性が良い LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 9 SAS / SATA 混合環境 SAS HBA (initiator) SSP & SMP SAS physical link(s) Expander(s) SSP Traffic SAS SAS SAS Drive SAS Drive Drive SAS DriveSAS Drive SAS Drive SAS Drives Drives STP& SMP SATA Traffic SAS HBA (initiator) SAS physical link(s) Expander(s) SAS Drive SAS Drive SAS Drive SATA Drives SAS HBA (initiator) SATA Traffic SAS physical link(s) SAS Drive SAS Drive SAS Drive SATA Drives Pure SATA Traffic LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 10
ポート ポートは 1 あるいはそれ以上の物理層を持つ 各々の SAS ポートは特有の SAS アドレスをもつ Narrow port phy phy Narrow link SAS address A Physical link SAS address B Wide link Physical link SAS address X Narrow port phy phy wide ポートは 同一のSASアドレスとしてシェアリングする 特別なビット設定は不用 ポート レイヤーはワイド ポートの中で最初に使える物理層を使うようにルートを単純化する Wide port phy phy Wide port SAS address B Physical link SAS address B Physical link Wide link SAS address Y SAS address Y SAS address Y Wide port phy phy Wide port SAS address B phy Physical link phy SAS address Y Each horizontal line represents a differential signal pair LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 11 SAS テストラボにおけるトレンド 4-wide port の解析が SAS 用途では重要 2 台のアナライザをカスケード接続することにより 8ch 対応とし エキスパンダの両サイド (HDD 側とホスト側 ) にて 双方向のデータ収集が可能 SAS wide links with Expanders can dynamically use multiple pathways to complete a single operation SAS initiator or expander device SAS external wide connectors SAS external wide connector SAS expander SAS external wide connector SAS Drives SAS initiator or expander device SAS expander LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 12
2005 年に市場で何が起こるのか (1 of 2) サーバー ベンダ 2005 年の 7 月頃より サーバー システムにおいて SCSI が SAS に置き換わり始める ストレージ インテグレータ 最初の SAS ベースの RAID サブシステムは 2005 年末頃より出荷が始まる ポートカウントの多いもの ( 8/16CH ) の興味が伸びる コンポーネント ベンダ 6Gbps 試作品 (Host/Expander) 2005 年末に非常に限られたところでの試験が開始される 新しい SAS 外部コネクタの仕様 LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 13 2005 年に市場で何が起こるのか High Density SAS Connector 74548 26 Ckt Cable Asm (IPD) -Allows (4) 4x internal / external ports within standard PCI slot width -No change to Pin-out - Converter cables will allow connection to existing analyzer front end 74548-1x4 Ganged Housing (HPC) 75586 26 Ckt SMT Connector (CPD) 74547 4x Cable Asm (HPC) 2006 年 10 月までは テストラボには出てこない? LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 14
LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 15 HDD Interfaces in Multi-user Apps HDD Interfaces in Multi HDD Interfaces in Multi-user user Apps Apps Source: Gartner0%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%20032004200520062007SATA3SATA1.5PATAFCALSASSCSILeCroy Japan, September 1, 2005 Page 16 SASTracer/Trainer SASTracer/Trainer SASTracer/Trainer 安定し信頼のある CATC 10K Platform 業界初の Wide-port アナライザ 主要な SAS の開発部署での実績 例 : SAS 用最新高機能のプロトコル アナライザ
SAS Analyzer Family SASTracer 2 Port Analyzer SASTracer/Trainer 2 Port Analyzer 1 Port Exerciser SASTracer 4 Port Analyzer - Internal Connector LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 17 SASTracer Analyzer Overview Wide Port 対応のアナライザ 1, 2, or 4-port レコーディング対応 SAS および SATA-II 1.5/3G データ速度の自動検出 CATC Trace Display 論理表示 - CATC Trace 時系列表示 - Link Tracker 緻密なトリガ機能 拡張性 トラフィック ジェネレータ 2nd plug-in 右側 他のモジュールに入れ替えれば 他のプロトコルにも対応 Wide Connectorに対応予定 LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 18
テストセットアップ例 Probing both sides of SAS Expander (cabled environments) 3Gb 3Gb I T I T CH 1 CH 2 Single link SATA Cables SAS Expander SAS Initiator Probing 4-Wide SAS physical links SAS HDD SAS / SATA analyzer I T I T I T I T 1 2 3 4 SAS Initiator SAS Drives Target LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 19 Link Tracker Full duplex DWORDs time-synchronized Initiator (I1) sends OPEN ADDRESS Expander Target Port (T1) responds with AIP Expander Initiator Port (I2) sends OPEN ADDRESS Expander Initiator Port (I4) sends OPEN ADDRESS Idle SAS End Device (T4) sends OPEN ACCEPT LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 20
SASTracer Performance Analysis 3 Types of Performance Reporting LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 21 SASTracer の優位性 動作が安定で信頼性の高い wide ポートアナライザ 業界初で 信頼性の高い 4-wide SAS/SATA 対応アナライザ トレース表示 論理表示 -CATC Trace 時系列表示 - Link Tracker / Frame Tracker 操作容易で強力なトリガとフィルタ機能 重要なトラフィックの分離 特定のエラーあるいはデータ パターン 多彩なリポート機能 トラック プロトコル イベント, エラーあるいはパフォーマンス 検索機能 使いやすい検索機能 トラフィック ジェネレータをオプションで提供 LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 22
SASTracer/Trainer Overview データ送出とレコードを同一筐体に収納 2 ポートレコード /1 ポートジェネレーション 1.5/3Gbps SAS/SATA に適合 エキササイザの主要な用途 1. Host あるいは Target エミュレーション 2. 簡単なエラーインジェクション : CRC Error / Scrambling error / ALIGN error Code Violation / RD error / Invalid state transition 3. コンプライアンス試験 Compliance Test Suite- 90 scripts for validating link/transport layer conformance LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 23 テストセットアップ例 SASTracer/Trainer LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 24
SASTrainer の優位性 アナライザとジェネレータを統合したプラットフォーム 小型 SAS & SATA のデータ送出や解析に最適なシステム トレースファイルの送出とエキササイザ用スクリプトの作成 record - playback 機能でスクリプト作成時間の短縮 自動プロトコル ハンドシェーキング Automatic ALIGN と OOB ハンドシェーク 加えて Wait Events が緻密なエミュレーションスクリプトを可能とした 無限の分岐対応 Initiator からのコマンドに対して高機能な対応が可能 Drive Emulation に対して重要 4 wide 解析に拡張可能 モジュラーシステムは 自由度が高く 価格を抑えることが可能 LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 25 SW Interface Serial ATA のアーキテクチャ Task File Transport Translates taskfile accesses to sequences Link of interface operations. Manages interface Transport operations including transmission/reception PHY Link Transmits/receives of frames. serial PHY signal and converts to/from digital. file k file Task file f Data Da file k file Task file fil f SATA Host Controller LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 26
インターフェイス シグナリング / プリミティブ データ キャラクタ vs プリミティブ ( 制御キャラクタ ) プリミティブは最も単純なシグナル デリミタ フレーム, ハンドシェーク フローコントロール トランスミッションにはプリミティブとペイロードデータが含まれる プリミティブは K28.3 character でプリフックス SYNC XRDY SOF FRAME CRC EOF WTRM SYNC LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 27 SATA プリミティブ Primitives ALIGN, SYNC, CONT X_RDY, R_RDY SOF, EOF Purpose Establish and Maintain Physical Communication Link Handshaking to Control Frame Transmission Define Frame Boundary DMAT PMREQ_P, PMREQ_S, PMNAK HOLD, HOLDA, RIP, R_OK DMA Terminate Initiate Transport level Power Management Flow Control during Frame Transfer LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 28
フロー制御 バックチャネルはフロー制御用 バッファレスソリューションに適応させるため 長いデータフレームにも適応させるため HOLDA HOLDA FRAME SYNC HOLDA XRDY FRAME CRCSOF EOF CRC WTRM FRAME EOF SYNC WTRM CRC SYNC EOF WTRM SYNC RRDY RIP HOLD LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 29 SATA FIS FIS (Frame Information Structure) はフレームのデータ ストラクチャ パッケージ Register FIS transmits contents of the host controller s s shadow register block to the device Data FIS transmits payload data between device and host LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 30
DMA Write 操作の例 Write to the Command register triggers transmission of Register Host-to-Device FIS and sets BSY bit Device sends DMA Activate FIS to tells host its ready to receive transfer Host transmits Data FIS to Device Device transmits Register Device-to-Host FIS to host with new register contents (including Status) LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 31 EMI 抑制 信号の差動低電圧化 データのスクランブル化 制御キャラクタが長いストリングの中で繰り返し発生しないように プロトコル設計を考慮 SSCの採用 EMI containment addressed from the start to ensure compliance with regulations and longevity at future speeds LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 32
SATA 技術のロードマップ Gen2 Market Window 6.0 Gbit Gen3 Gen1 Market Window Fab Validation 3.0 Gbit Gen2 OEM Qualification 1.5 Gbit Gen1 DVT Samples Re-Spin R&D production Re-spin R&D production Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 2003 2004 2005 2006 LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 33 SATA Analyzers & Exercisers SATracer/Trainer 1.5G SATracer/Trainer 3G Feb 2002 Mar 2004 SATA-I 1.5Gbps (Gen1i, Gen1m, Gen1x) Supports SSC / OOB 512MB Recording memory Traffic Generator Option SATA-I 1.5Gbps (Gen1i, Gen1m and Gen1x) SATA II 3Gbps (Gen2i, Gen2m, Gen2x) Supports SSC / OOB 2GB Recording memory Traffic Generator Option Multiple port Recording LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 34
SATracer/Trainer Overview マルチチャネル対応 1, 2, or 4-port レコーディング対応 SATA-II にも適合 - 1.5/3Gbps CATC Trace Display 論理表示 - CATC Trace 時系列表示 - Link Tracker 緻密なトリガ機能 1.5/3G のデータ速度を自動認識しレコーディング可能 拡張性 : トラフィックジェネレータの追加 2nd plug-in ( 右側 ) SAS Analysis ライセンス キーのみで対応 他のプルとコルにも対応 ( モジュールの入れ替えにて ) LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 35 トラフィックジェネレータ / エキササイザ 人為的にトラフィックを作成します 実トラフィックの模倣 特徴ある試験 測定や試験用途 負荷試験 コンプライアンス試験 不具合検出 / トラブルシューティング LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 36
SATracer 3G の優位性 安定性があり信頼性の高い CATC プラットフォーム SATA I / II に適合 CATC トレースディスプレイ 時系列表示 - Link Tracker 論理表示 -CATC Trace 容易でパワフルなトリガ機能とフィルタ機能 重要なトラフィックの分離 特有なエラーやデータ パターン 多彩なリポート機能 トラック プロトコル イベント エラーやパフォーマンス 検索機能 ユーザーフレンドリな検索 LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 37 テストセットアップ例 Probing both sides of SATA Port Multiplier Device Single link SATA Cables 3Gb 3Gb I T I T CH 1 CH 2 SATA Port Multiplier SATA HDD SATA Host Probing 4 lane SATA physical links using Gen2X signaling SAS / SATA analyzer I T I T I T I T 1 2 3 4 SATA Host SATA Internal or External 4 lane Octopus Cables SATA Drives Target LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 38
Infusion Overview プロトコルレベルでの実トラフィックの変更 SAS と SATA 1.5/3Gbps に適合 InFusion は2つの物理層の間に入る パケットの欠落, エラー挿入, リンクのブレーク, 等々 LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 39 InFusion の優位性 実環境での試験 実 負荷 条件でなけば発生しない不具合 ( 問題 ) を発見可能 Wizard より容易に設定可能 プログラム作成やスクリプト作成が不要 ピンポイントの試験が可能 フィールド値の変更によって無効な余裕のあるトラフィックを作成可能 ハードウエアに依存しない システムや構成に依存せずに安定に繰り返して試験可能 費用効果が高い 魅力的な価格 ; 1.5/3Gbps SAS と SATA 対応 単体でも使用可能 パネルの LCD で制御可能 LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 40
InFusion の構成 サイズ : 5 x 7 x 2 ½ SATA シングルレーンコネクタ フロントパネル ( コントロール ) LCD (Monochrome) Selection buttons ホストと接続してあるいは単独にても操作可能 10 通のテストシナリオをメモリ可能 10/100 Base-T インターフェース ( 近々に USB port にも対応の予定 ) トリガ In/Out :BNC コネクタ 電源 150W AC LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 41 InFusion と Analyzer の接続例 SAS InFusion Error 3Gb Record traffic before and after Error Injection SASTracer Host SAS / SATA analyzer I T I T I T I T 1 2 3 4 Device After Before Record traffic after Error Injection SASTracer SAS InFusion Device SAS / SATA analyzer I T I T I T I T 1 2 3 4 3Gb Host After Error LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 42
InFusion の機能 エラー インジェクション ( 注入 ): CRC, RD あるいは無効な (invalid) プリミティブの挿入 バス イベントの挿入 : ハード リセットプリミティブ / ディスコネクト リンク ( リコネクト ) 削除 : プリミティブ例 : 破壊されたフレーム検出試験として SOF の削除 フレーム, FIS 例 : Task Management Query 試験として Status Frame の削除 置き換え : プリミティブ 例 : ACK を NAK に変更するなど データ パターン 例 : パケット内のフィールド値を作り替え 無効なプロトコル条件を形成する LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 43 エクササイザ vs. エラー インジェクタ デバイス検証 ビット単位の制御 基本的なエラーインジェクション 固定あるいは繰り返し 適合性試験 システム検証 実トラフィックの変更 / 破損 システムレベルのフォルト リカバリ バス条件の付加 LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 44
LeCroy Technical Seminar SAS/SATA Tracer/Trainer InFusion デモンストレーション レクロイ ジャパン株式会社 デモンストレーションの流れ SASTracer/Trainer SAS/SATA 3G Tracer/TrainerとDUTの接続 ソフトウェアの起動と収録条件の設定 Trainer(Generator) ファイルの起動 Traceデータの測定と解析 InFusion InFusionの接続 ソフトウェアGUI シナリオ実行結果 LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 46
SAS/SATA Tracer/Trainer と DUT の接続 SAS/SATA Trainer による HOST Emulation Universal Protocol Analyzer System Model 10000 MODEL SAS001MA SAS / SATA Analyzer MODEL SAS001MG SAS / SATA Exerciser STATUS INITIATOR TARGET INITIATOR TARGET TO INITIATOR TO TARGET PWR STATUS PORT 1 PORT 2 SASTracer SASTrainer PSU SAS HDD (DUT) LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 47 ソフトウェアの起動と収録条件の設定 トリガ設定 Recording Option バッファメモリ トリガポイント LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 48
Ｔｒａｉｎｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ファイルの起動 スクリプト テキスト表示 LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 49 Ｔｒａｃｅデータの測定と解析 Traceデータ階層表示 Tool Tip 時系列表示 Link Tracker LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 50
InFusion の接続 InFusion SAS/SATA Trainer DUT の接続 InFusion Universal Protocol Analyzer System Model 10000 MODEL SAS001MA SAS / SATA Analyzer MODEL SAS001MG SAS / SATA Exerciser STATUS INITIATOR TARGET INITIATOR TARGET TO INITIATOR TO TARGET PWR STATUS PORT 1 PORT 2 SASTracer SASTrainer SAS HDD (DUT) PSU LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 51 ソフトウェア GUI シナリオ Description( 編集用 ) 本体側シナリオ ライブラリ PC 側シナリオ ライブラリ 注入方向 分岐条件 ACTION サンプル シナリオ test3 エラー注入方向 : イニシエータ ターゲット分岐条件 :SSPフレーム ACTION:Primitive(OPEN_ACCEPT) への変更 DEVICE LIST LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 52
シナリオ実行結果 変更前 :SSP フレーム (TASK) 変更後 :OPEN_ACCEPT TASK OPEN ACCEPT LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 53 終わりに 本日のセミナーにご参加いただき 誠にありがとうございます レクロイの WEB サイトに情報が豊富にございますので ご覧ください www.lecroy lecroy.com/.com/japan LeCroy Japan, September 1, 2005 Page 54