采用VSC7173实现SATA 1：2端口扩展和2：1端口复用

 引言
    硬盘具有超大容量、可反复擦写、超高速等诸多优点，它是目前大容量数据存储、备份应用的理想选择。硬盘端口从并行连接ATA(PATA)到串行连接ATA(SATA)，其访问速度和性能得到长足进步。如今，硬盘应用已扩展到多种设备，如硬盘录像机，各种需要存储大量数据的便携设备以及NAS、SAN等数据存储、备份系统。便携式应用中，有时需要扩展SATA端口以访问多个硬盘。而在一些冗余端口应用中需要多个SATA Host端口访问单个SATA硬盘，因此需要SATA端口复用。采用Maxim公司的VSC7173很容易实现SATA端口的1：2扩展和2：1复用功能。

2 VSC7173简介
2．1 功能综述
    VSC7173是Maxim推出的一款串行ATA分配器、缓冲器，可为1．5 Gb／s和3．0 Gb／s链路实现2：1容错切换。对于冗余、负载分配非常关键的高可靠性存储子系统，该功能非常适合双主机(例如I/O控制器)必须连接单端口磁盘驱动器的应用。I／O控制器的输出复用到串行ATA驱动器；串行ATA驱动器的输出经缓存，复制到I／O控制器。从一个I／O控制器切换至另一个时，串行ATA链路必须使用OOB信号重新初始化。这将通过VSC7173透明传输。VSC7173提供驱动远距离背板和外部电缆所需的预加重、高输出摆幅，并具有可编程接收灵敏度。
    除上述功能，VSC7173还提供单主机连接2个驱动器的1：2端口分配模式(链路备份)。典型应用中，串行ATA主机总线适配器(HBA)需要内部和外部连接器，而VSC7173管理HBA与2个连接器间的串行数据。图1为VSC7173的功能框图。该器件具有3个SATA端口，分别为Port0、Port1、Port2，通过一些控制引脚可配置端口间的互联，从而实现端口扩展或复用功能。
2．2 工作模式选择
    VSC7173通过引脚配置选择工作模式。MODE0、MODE1、PORTSEL0、PORTSEL1 4个引脚的状态决定VSC7173的工作模式。MODE1决定port1和port0的选择(PORTSEL0、PORTSEL1)为电平触发还是边沿触发。MODE0决定为选择的端口功能，低电平时未选端口的输出关闭，而高电平时，其未选端口的输出与被选端口一样。PORTSELD在电平触发模式下(MODE1为低、PORTSEL为低)控制选择P0或P1。在边沿触发模式(MODE1为高)下控制P0端口的选择。PORT-SEL1在电平触发模式(MODE1为低)下必须拉低。在边沿触发模式(MODE1为高)中控制P1端口的选择。

2．3 OOB信号的传输与监测
    SATA协议中，OOB信号用于Host和硬盘握手并初始化。VSC7173可透明传输OOB信号。在输入端，VSC7173具有可调节OOB信号检测门限，允许用户在一定范围内调节输入灵敏度。当输入端检测到OOB信号后，内部与其连接的输出端缓冲器关闭，从而实现OOB信号的透明传输。通过引脚OOBSEL0和OOBSEL1可设置OOB信号的检测门限，以调节输入灵敏度。
2．4 输出预加重选择
    VSC7173向用户提供可选择的输出预加重。该器件的HIVO、HIV1和HIV2引脚分别控制Port0、Port1和Port2的输出预加重。当这些引脚拉为低电平时，预加重禁止，工作在正常模式，而拉为高电平时，该器件则工作在预加重模式，此时输出幅度增加20％～30％。该功能在SATA信号的传输线较长时非常有用，能够改善信号传输，使到达终端的信号幅度较好满足系统的需求。图2给出了输出预加重开启／关闭时的信号幅度对比结果。

3 VSC7173实现SATA端口的扩展
    在硬盘录像机等应用中，除内部配备的硬盘，如提供一个硬盘接口供用户外接的话，可极大增强设备的灵活性。而用于便携式设备的主控制器通常仅有一个SATA端口，此时可用VSC7173进行端口扩展，电路如图3所示。

    该电路中，考虑到外接硬盘时线缆可能较长，对应的Port1端口设置为输出预加重(HIV1拉高)，其他输出端口和OOB信号选用标准模式工作。主控制器可通过拉高或拉低PORTSELO端口选择连接内置或外接SATA硬盘。

4 VSC7173实现SATA端口复用
    在SATA背板、SATA磁盘阵列等应用中，需要多个SA-TA Host访问同一SATA硬盘，或者为主机系统提供冗余的访问通道，以提高系统可靠性。使用VSC7173可方便实现SATA端口的复用，实现上述功能。其电路如图4所示。

    电路中，考虑到Host的连接线可能较长，Port1和Port1均设为输出预加重(拉高HIV0和HIV1)。用户可控制PORT-SELD引脚电平。实现不同的SATA Host与硬盘的连接。

5 结论
    使用Maxim公司的VSC7173，可非常容易实现SATA端口的1：2扩展和2：1复用。该方案可广泛用于硬盘录像机、带有录像功能的机顶盒、便携式大容量数据采集系统、SATA背板和SATA硬盘阵列等多种应用。