12 M.2 硬盘

1 M.2 接口介绍

M.2 接口是一种物理接口标准，它可以支持多种不同的通信协议，包括：

PCIe（Peripheral Component Interconnect Express）
SATA（Serial Advanced Technology Attachment）
USB（Universal Serial Bus）

因此，M.2 接口的速度和性能取决于所使用的通信协议和硬件实现。M.2 接口可以支持 PCIe 3.0，这是一种高速的数据传输协议，通常用于连接图形卡、固态硬盘（SSD）以及其他需要高带宽的设备。

在现代计算机中，尤其是消费级领域，M.2接口最为常见和重要的应用就是连接固态硬盘（SSD）。而我们通常所说的'M.2 SSD'，根据协议不同，主要分为两类：

性能更高的NVMe协议（运行在PCIe总线上）
与传统SATA硬盘性能相当的SATA协议

简单理解
M.2是'插槽和外观'，PCIe是'高速公路'，SATA是'普通公路'，而NVMe是跑在高速公路上的'超级交通规则'。我们通过M.2这个物理接口，可以选择让硬盘使用哪条'路'和哪套'规则'。

1.1 M.2 插槽规格

M.2 插槽有不同的物理尺寸，包括：

2242
2260
2280
22110

这些数字表示了插槽的长度和宽度。

1.2 RK3568 PCIe 架构

RK3568 芯片拥有：

1个 PCIe3.0 x2 Lane Dual Mode 控制器
1个 PCIe3.0 x1 Lane RC Mode控制器
1个 PCIe3.0 x2 Lane PHY

PCIe3.0 x2 Lane Dual Mode 控制器和 PCIe3.0 x1 Lane RC Mode 控制器都连接到 PCIe3.0 x2 Lane PHY，即两个控制器连接同一个 PHY。

连接示意图如下：

RK3568 PCIe架构图

2 M.2 接口的板卡位置

M.2接口位置

开发板的M.2接口规格：

PCIe类型：PCIe Gen3 x 2 lane
长度规格：2280
协议支持：该接口只能搭配M2 NVMe协议的固态硬盘

3 M.2硬盘使用---命令行方式

3.1 设备树文件讲解

提示

下文的文件路径：out/kernel/src_tmp/linux-5.10/arch/arm64/boot/dts/rockchip 需要先编译码源。

PCIe 所用的引脚属于专用引脚，只需要启用对应的控制器，对应的引脚将被设置成对应的模式。

提示

虽然这部分DTS代码较长，但需要用户修改的地方很少，主要是修改 status属性为 okay,所以本章节的DTS并不进行详细解析,只展示关键代码和做简单说明！

先看基础定义层 (rk3568.dtsi)，由于篇幅有限，只展示pcie30phy和pcie3x2 节点的代码，其他节点只是寄存器地址以及使用的PHY不一样。

pcie30phy: phy@fe8c0000 {
        compatible = "rockchip,rk3568-pcie3-phy";
        reg = <0x0 0xfe8c0000 0x0 0x20000>;
        #phy-cells = <0>;
        clocks = <&pmucru CLK_PCIE30PHY_REF_M>, <&pmucru CLK_PCIE30PHY_REF_N>,
                 <&cru PCLK_PCIE30PHY>;
        clock-names = "refclk_m", "refclk_n", "pclk";
        resets = <&cru SRST_PCIE30PHY>;
        reset-names = "phy";
        rockchip,phy-grf = <&pcie30_phy_grf>;
        status = "disabled";
};

pcie3x2: pcie@fe280000 {
        compatible = "rockchip,rk3568-pcie", "snps,dw-pcie";
        #address-cells = <3>;
        #size-cells = <2>;
        bus-range = <0x20 0x2f>;
        clocks = <&cru ACLK_PCIE30X2_MST>, <&cru ACLK_PCIE30X2_SLV>,
                 <&cru ACLK_PCIE30X2_DBI>, <&cru PCLK_PCIE30X2>,
                 <&cru CLK_PCIE30X2_AUX_NDFT>;
        clock-names = "aclk_mst", "aclk_slv",
                      "aclk_dbi", "pclk", "aux";
        device_type = "pci";
        interrupts = <GIC_SPI 165 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>,
                     <GIC_SPI 164 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>,
                     <GIC_SPI 163 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>,
                     <GIC_SPI 162 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>,
                     <GIC_SPI 161 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
        interrupt-names = "sys", "pmc", "msg", "legacy", "err";
        #interrupt-cells = <1>;
        interrupt-map-mask = <0 0 0 7>;
        interrupt-map = <0 0 0 1 &pcie3x2_intc 0>,
                        <0 0 0 2 &pcie3x2_intc 1>,
                        <0 0 0 3 &pcie3x2_intc 2>,
                        <0 0 0 4 &pcie3x2_intc 3>;
        linux,pci-domain = <2>;
        num-ib-windows = <6>;
        num-ob-windows = <2>;
        max-link-speed = <3>;
        msi-map = <0x2000 &its 0x2000 0x1000>;
        num-lanes = <2>;
        phys = <&pcie30phy>;
        phy-names = "pcie-phy";
        power-domains = <&power RK3568_PD_PIPE>;
        ranges = <0x00000800 0x0 0x80000000 0x3 0x80000000 0x0 0x800000
                  0x81000000 0x0 0x80800000 0x3 0x80800000 0x0 0x100000
                  0x83000000 0x0 0x80900000 0x3 0x80900000 0x0 0x3f700000>;
        reg = <0x3 0xc0800000 0x0 0x400000>,
              <0x0 0xfe280000 0x0 0x10000>;
        reg-names = "pcie-dbi", "pcie-apb";
        resets = <&cru SRST_PCIE30X2_POWERUP>;
        reset-names = "pipe";
        /* rockchip,bifurcation; lane0 when using 1+1 */
        status = "disabled";

        pcie3x2_intc: legacy-interrupt-controller {
                interrupt-controller;
                #address-cells = <0>;
                #interrupt-cells = <1>;
                interrupt-parent = <&gic>;
                interrupts = <GIC_SPI 162 IRQ_TYPE_EDGE_RISING>;
        };
};

以上是pcie3x2节点的代码，rk3568提供的三个PCIE控制器如下：

pcie2x1 ：PCIe 2.0单通道控制器，寄存器地址0xfe260000，使用combphy2_psq作为PHY
pcie3x1 ：PCIe 3.0单通道控制器，寄存器地址0xfe270000，使用pcie30phy作为PHY，支持bifurcation模式
pcie3x2 ：PCIe 3.0双通道控制器，寄存器地址0xfe280000，使用pcie30phy作为PHY，支持bifurcation模式每个控制器都配置了相应的时钟源、中断、电源域和复位信号，默认状态为disabled。

再看引脚配置层（rk3568-pinctrl.dtsi）：

pcie20m0_pins: pcie20m0-pins {
	rockchip,pins =
		/* pcie20_clkreqnm0 */
		<0 RK_PA5 3 &pcfg_pull_none>,
		/* pcie20_perstnm0 */
		<0 RK_PB6 3 &pcfg_pull_none>,
		/* pcie20_wakenm0 */
		<0 RK_PB5 3 &pcfg_pull_none>;
};

pcie30x1m0_pins: pcie30x1m0-pins {
	rockchip,pins =
		/* pcie30x1_clkreqnm0 */
		<0 RK_PA4 3 &pcfg_pull_none>,
		/* pcie30x1_perstnm0 */
		<0 RK_PC3 3 &pcfg_pull_none>,
		/* pcie30x1_wakenm0 */
		<0 RK_PC2 3 &pcfg_pull_none>;
};

pcie30x2m0_pins: pcie30x2m0-pins {
	rockchip,pins =
		/* pcie30x2_clkreqnm0 */
		<0 RK_PA6 2 &pcfg_pull_none>,
		/* pcie30x2_perstnm0 */
		<0 RK_PC6 3 &pcfg_pull_none>,
		/* pcie30x2_wakenm0 */
		<0 RK_PC5 3 &pcfg_pull_none>;
};

每个PCIE控制器都提供多种引脚复用模式（m0、m1、m2），每种配置包含三个关键信号：

clkreqn ：时钟请求信号，用于电源管理
perstn ：复位信号，用于硬件复位控制
waken ：唤醒信号，用于从低功耗状态唤醒

最后看板级配置层 (rk3568-evb6-ddr3-v10.dtsi)

&pcie30phy {
	status = "okay";
};

&pcie2x1 {
	reset-gpios = <&gpio1 RK_PB2 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
	vpcie3v3-supply = <&pcie20_3v3>;
	status = "okay";
};

&pcie3x1 {
	rockchip,bifurcation;
	reset-gpios = <&gpio3 RK_PA1 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
	vpcie3v3-supply = <&pcie30_3v3>;
	status = "okay";
};

&pcie3x2 {
	rockchip,bifurcation;
	reset-gpios = <&gpio2 RK_PD6 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
	vpcie3v3-supply = <&pcie30_3v3>;
	status = "okay";
};