Lattepanda M.2（A+E Key）转 SATA3.0 扩展卡 云评测+基础知识
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今天在群里看到粒子说最近芯片短缺，一些商品即将涨价，于是我赶紧打开商城，发现上架了一些新东西，其中就有这个扩展卡，因为对 LattePanda 的 M.2 接口是有些困惑的，于是想知道这款扩展卡到底如何，还没入手，先从硬件资料上云评测一番，顺便介绍一些基本知识。
产品链接：https://www.dfrobot.com.cn/goods-3098.html
## 1、M.2 接口介绍与 3 块开发板对比
M.2 (Next Generation Form Factor, NGFF)接口支持多种通信协议，如 SATA、PCIe、USB、HSIC、UART、SMBus 等，用于取代原来的mSATA接口。具有速度更快，尺寸更小的特点。根据 M.2 接口的金手指缺口位置，区分为不同的 Key。此外M.2 还有不同规格，如2280/2242/2230 等，常见的固态硬盘规格为 2280，代表 22 x 80mm。目前常见的产品都是 PCIe3.0 规格、M.2接口的 NVME/SATAIII 协议的固态硬盘、SATA 接口 SATAIII 协议的机械硬盘以及 USB3.0 接口。
**图 1.** 不同接口的固态硬盘， mSATA（右图）尺寸较大，引脚布局仅有一种。M.2 更加细长，左图为 M Key 和 M&B Key（金手指缺口位置）。(https://www.atpinc.com/blog/what-is-m.2-M-B-BM-key-socket-3)
!(https://cdn.jsdelivr.net/gh/sjqlwy/blog_imgs@default/images/20210421202814.png)
**图 2.** 不同的 M.2 Key，上图即为 LattePanda Delta 板载的两个 M.2 接口，猜猜看分别是什么 Key ？
除了本文要介绍的 LattePanda Alpha 和 Delta，我还会把深圳矽递公司 (Seeed Studio) 的 (https://wiki.seeedstudio.com/cn/ODYSSEY-X86J4105/)（下文称 Odyssey）作为对比。他们的板载 M.2 接口情况如下表所示。
!(https://cdn.jsdelivr.net/gh/sjqlwy/blog_imgs@default/images/20210421203600.png)
**图 3.** 三块开发板，从左至右依次为 Alpha、Delta、Odyssey-x86，Odyssey 额外板载有一个 SATA 和 三个硬盘电源接口位于图中左下角。
| 型号 | CPU | 支持的 PCIe 规格 | PCIe 最大通道数 | M.2 M Key | E Key | B Key |
| ------- | ------------- | ---------------- | --------------- | ------------ | ------------ | ------------ |
| Alpha | 酷睿 M3-8100Y | 3.0 | 10 | PCIe 3.0 × 4 | PCIe 3.0 × 2 | |
| Delta | 赛扬 N4100 | 2.0 | 6 | PCIe 2.0 × 2 | PCIe 2.0 × 2 | |
| Odyssey | 赛扬 J4105 | 2.0 | 6 | PCIe 2.0 × 4 | | PCIe 2.0 × 2 |
* 不同于 Delta 和 Odyssey，LattePanda Alpha 配备了更高端的酷睿处理器，支持 PCIe3，从而每条通道比前两者快约 1倍，具体见下文，由此想要使用外置显卡（eGPU）的玩家，应将显卡接到拥有 4条通道的 M_Key 上，以期获得相对好一些的性能。
* 常见的 M.2 接口的固态硬盘采用 M和或B Key，Odyssey 也是如此提供了这两种规格；甚者如我的微星 B450 主板就只有 M.2 M Key 接口。而 LattePanda 提供的是 M 和 E Key，EKey 可能是留给一些特殊的设备使用。
* 常见的 SATA 转接板也是 M/B Key，A/E Key 的不多见。
* 和计算机常用的二进制不同，存储设备多使用十进制，即 1GB = 1000MB。
**小结：**
这块转接板可以用在 Alpha/Delta 上，无法用在 Odyssey-x86 以及常见的电脑主板上。当然，你也可以自行购买采用 M Key 的转接板，从而获得更好的通用性。关于三款处理器的更多规格对比可以移步 (https://ark.intel.com/content/www/cn/zh/ark/compare.html?productIds=128989,185282,128983)。
> **拓展知识：**
>
> mSATA 接口用于连接 mSATA 接口的硬盘，采用和 mPCIe 相同尺寸和引脚布局，后者可以连接更多设备。一般来说，mPCIe/MSATA 要比 M.2 尺寸大，购买数码产品的时候请核对主板和设备接口是否对应。
>
> —— [*What’s the Difference Between mPCIe and mSATA?*](https://www.electronicdesign.com/technologies/memory/article/21800840/whats-the-difference-between-mpcie-and-msata)
## 2、转接板硬件规格
一款产品有多大能耐，多由其主芯片决定。从模糊不清的图片上，我们隐约看到主芯片是 JMB582，搜索可知为台湾智微科技（JMicron）2019年出品的 PCIe-SATA 桥接芯片，同时发布的还有 JMB585。查询其 [数据手册](https://www.jmicron.com/file/download/944/JMB582.pdf)，可以看到它的主要特性如下：
1. 有12个可配置的 GPIO 引脚
2. 支持 PCIe 3.1a 和 SATA 3.2 技术规格
3. 仅支持1条 PCIe 通道，向下兼容 PCIe 2.x ；**JMB585 支持 2 条 PCIe 通道**
4. 支持2个 SATA 接口和相关诸多特性
不同版本 PCIe、SATA 及 USB 接口的传输速率如下表：
!(https://cdn.jsdelivr.net/gh/sjqlwy/blog_imgs@default/images/20210421211221.png)
那么在实际使用过程中，性能由整条线路中的短板限制，最典型的短板如家庭千兆网络中的百兆网线。这里我们要考虑传输速率适配的问题，我设想了两种方案，并进行对比：
!(https://cdn.jsdelivr.net/gh/sjqlwy/blog_imgs@default/images/20210421234340.png)
### 2.1 Plan A：M.2（A+E Key）转 SATA3.0 扩展卡
即为图中 **黑色路径1**，使用该转接卡。
1. PCIe3 向下兼容 PCIe2 版本，SATA III 向下兼容 SATAII 版本，前者速度约为后者的两倍
2. **瓶颈：**无论 Alpha 还是 Delta 的 EKey，都提供了 2条 通道的 PCIe，但是本转接卡仅支持 1条 通道（1 Lane），也就是限制了传输带宽。除非使用 JMB585 芯片的转接卡，但是价格贵了一倍左右。
理想的搭配方式如下：
1. `Alpha` 的 PCIe3*1 *(984MB/s)* 搭配 `SATAIII 硬盘(600MB/s)` × **2**
2. **瓶颈：**`Delta` 的 PCIe2 *1 *(500MB/s)* 搭配 `SATAII 硬盘(300MB/s)` × **2** 或者 `SATAIII 硬盘(600MB/s)` × **1**
由于我手头的是 Delta，所以使用该转接卡时会存在瓶颈，限制了性能的发挥。那么对比另一种常见的 `USB易驱线` 方案怎么样？
### 2.2 Plan B：USB3.0 易驱线
即为图中 **橙色虚线2**，使用 USB3.0易驱线。常见的芯片包括 `ASMedia ASM1153E` 或者 `JMicron JMS578` ，传输速率达到 6Gbps(SATAIII)，缺点是一根易驱线只能连接一块硬盘。
> 参考阅读：(https://www.chiphell.com/thread-1586025-1-1.html)
以上是 易驱线的使用方法，USB3.0 搭配 SATAIII 的硬盘，过程中基本不会出现大的性能瓶颈。与此同时，我们意识到一些问题：
1. 3.5寸硬盘（台式机硬盘）需要 12V 供电驱动电机，2.5寸（笔记本硬盘）需要 5V 供电驱动电机。
2. LattePanda/电脑上的 USB 接口（常见的为蓝色 USB 3.0 母头）输出电流必须要满足硬盘的满载电流需求。
3. Odyssey 有 12v 输入和三个 SATA 电源接口（据说支持 12V 输出）。
4. LattePanda 板载没有 12V 输出，无法直接使用 3.5寸硬盘。更大的问题是，**板载没有预留 SATA 电源接口！**
#### USB接口的电力输出能力
从前面的表格可以看到，`USB 2.0` 最大输出电流为 `500mA`，`USB 3.0` 最大输出电流为 `900mA`，专用供电接口可以输出 `1500mA` 电流。这让我想起来树莓派 2代的一个参数：`max_usb_current`，开启后可以提升 USB 接口的输出电流，但实际上它提升的是 4个 USB 接口的总电流，而每个接口输出最高仍是 500mA，[*参考*](https://raspberrypi.stackexchange.com/questions/46437/max-usb-current-possible-values) 。
除此之外，Delta 和 Alpha 还有一个全功能 Type-C with Power Delivery (PD) 接口，它的输出电流最大应该是 3A，**[有待确认](https://support.hp.com/hk-zh/document/c05269811)** 。
**图 4.** USB接口的电力输出能力 (Source：(https://www.embedded.com/usb-type-c-and-power-delivery-101-ports-and-connections/))
#### 2.5寸硬盘的电力需求
个人用过西部数据（Western Digital）、日立（HGST）、希捷（Seagate）的硬盘，感觉日立的寿命最长，目前在用都是 WD 的硬盘，以此为例，分别查找其官网的 *[数据手册](https://shop.westerndigital.com/products/internal-drives/)* ，以 Green、Blue、Black 系列为例，Red 系列用于 NAS 存储，多是 3.5寸，排除在外。
!(https://cdn.jsdelivr.net/gh/sjqlwy/blog_imgs@default/images/20210421234317.png)
咦，看起来好像还不错。但是我手头的一块2.5寸西数蓝盘，型号 WD2500BEVT，SATA II，5400rpm，赫然写着需求电流 0.55A（下图仅作参考）。实际上，当年配合树莓派 2B 使用时，也出现了不稳定的情况。不过到了 USB3.0 时代，相信这种 USB 易驱线已经比较稳定了，并且可以达到和转接卡相近甚至略超过之的传输性能。
!(https://cdn.jsdelivr.net/gh/sjqlwy/blog_imgs@default/images/20210421234638.png)
> 拓展：[西部数据硬盘 篇一：绿盘、红盘、蓝盘、紫盘、黑盘和金盘的区别](https://post.smzdm.com/p/aoow85z7/)
## 3、本转接卡的供电问题（重要）
在对比 Odyssey 和易驱线的过程中，我们突然发现一个严重的问题，SATA 硬盘是需要数据线和供电线的，此转接卡仅提供数据传输功能，没有供电功能，而 LattePanda 没有像 Odyssey 那样预留 SATA 电源接口，询问客服之后，被告知供电只能自己想办法。。。
!(https://cdn.jsdelivr.net/gh/sjqlwy/blog_imgs@default/images/20210421235812.png)
**图 5.**SATA 硬盘有数据传输和供电接口，最左边的4根针是跳线，用于设置硬盘，一般用不到。
### 只要信心不滑坡 办法总比困难多
在 `pinoutguide.com` 网站可以找到 SATA 接口的 [*数据传输*](https://pinoutguide.com/HD/serialATA_pinout.shtml) 和 [*供电引脚*](https://pinoutguide.com/Power/sata-power_pinout.shtml)的介绍。思索了一下，我又设想了两种方案：
#### Plan A：使用 LattePanda 的引脚取电
因为 LattePanda 只有 5V 输出，所以想要使用 3.5寸的硬盘就要外接供电。这里可以找两个 5V 输出的引脚，买一根 SATA电源线，手动改造。但是不知道 LattePanda 的引脚最大输出电流，有待咨询工程师。
#### Plan B：使用 USB 接口取电（Type-A & Type-C）
这个比较保险，taobao 上有现成的线材购买。从前文可知：
* USB 2.0 勉强可以带动一块机械硬盘。
* 由于两块硬盘一般不会同时达到峰值电流，USB 3.0 差不多可以带动两块机械硬盘，自己动手改动并联以下就 OK 了。不过 USB3.0 和 USB 2.0 的供电引脚是否不同？
* 至于 Type-C 接口，理论上供电满足了，但是需要额外购买拓展坞，而且需要从机和主机通过 PD 协议协商才能正常取电，是不是对线材也有要求？这个有兴趣的可以探讨一番。
> 拓展：
>
> * (https://pinoutguide.com/HD/M.2_NGFF_connector_pinout.shtml)
> * (https://pinouts.ru/Slots/pci_express_pinout.shtml)
> * [机械硬盘 4Pin 跳线的作用](https://www.zhihu.com/question/395588316)
Odyssey 有后发优势，设计时考虑了外接 SATA 硬盘的应用场景，所以预留了供电接口，这点要比 LattePanda 好一些。不过 Seeed Studio 的产品一如既往的恶心人，3个 供电接口仍然不是常见通用的 大D 4Pin接口。
## 4、蜜汁操作
DFRobot 的转接板 99元不包邮，(https://item.taobao.com/item.htm?spm=a230r.1.14.63.4cdc57a8VxEdvb&id=642640363873&ns=1&abbucket=1#detail) 75元包邮，不过从产品图上看，DF 的产品做工用料更好，但是图文介绍里两者图片一样，所以啥情况。。。不过客服告诉我，以左上方产品图为准。
!(https://cdn.jsdelivr.net/gh/sjqlwy/blog_imgs@default/images/20210422002130.png)
**图 6.** 两者右上角电感不同，焊接质量也不同。不过 DFRobot 的转接板，一个页面出现两种产品图片，也很谜。
## 结论
* LattePanda Alpha 使用该转接板可以发挥两个 SATAIII 硬盘的性能，性价比高，瓶颈不明显。
* LattePanda Delta 或者是其他只支持 PCIe2 的设备，使用该转接卡可能无法达到预想的传输速率，但是基本够用。
* SATA 供电是个问题
* 如果使用 M.2 M Key 的转接板，通用性更好
* SATA 协议相比 NVME 协议的硬盘，传输速率不在一个数量级，所以该转接卡的应用场景多是为了更稳定，更便宜的机械硬盘组建 NAS 存储之用。
## 进一步阅读
* (https://www.cnblogs.com/lsgxeva/p/9542975.html)
* (https://www.sohu.com/a/146076806_790149)
* (https://www.partitionwizard.com/clone-disk/nvme-vs-m-2.html) 说得好详细{:6_213:}，赞一个 厉害厉害 不错不错！！！ 厉害厉害 赞赞赞赞赞！！{:6_209:}
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