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[讨论分享] Lattepanda M.2（A+E Key）转 SATA3.0 扩展卡云评测+基础知识

前言

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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）。Source

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 Odyssey x86 开发板（下文称 Odyssey）作为对比。他们的板载 M.2 接口情况如下表所示。

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 Intel 产品规范数据库。

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?

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，可以看到它的主要特性如下：

有12个可配置的 GPIO 引脚
支持 PCIe 3.1a 和 SATA 3.2 技术规格
仅支持1条 PCIe 通道，向下兼容 PCIe 2.x ；JMB585 支持 2 条 PCIe 通道
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：

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：

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。

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
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：

Alpha 的 PCIe31 (984MB/s)* 搭配 SATAIII 硬盘(600MB/s) × 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：ASMedia ASM1053E和ASM1153以及JMicron JMS578 常见的USB桥接方案评测

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：

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。
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。
Odyssey 有 12v 输入和三个 SATA 电源接口（据说支持 12V 输出）。
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。

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 。

图 4. USB接口的电力输出能力 (Source：embedded.com)

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 ，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。

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。

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

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。。。

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 和 供电引脚 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。