硬盘是计算机及其信息系统中存储核心,凭借高速大容量,性价比高的优势,雄霸存储市场。而使用硬盘作为存储设备,就需要了解硬盘的工作原理和通信接口,硬盘的原理大同小异,知道个概括就够了,而通信接口方面,随着传输速度和容量的变化,不断的在进化。
硬盘的通信接口,有IDE、SATA、SCSI等,一般装机时用到的硬盘,以前是以IDE接口为主,现在以SATA接口硬盘为主,无论是IDE接口还是SATA接口,都是遵循ATA通信协议,了解了ATA协议,就可以比较清楚硬盘与主@ 机之间的通信原□ 理了。
在PC系统中,硬盘属于IO设备,通过PCI总线后的AT总线相连。硬盘存储设备与AT总线接口芯片相连,接口芯片与AT总线相连,接口芯片在总线协议与IO设备协议之间进行翻译。
IDE硬盘最高支持到ATA-7协议,速度可达到Ultra-ATA/100、Ultra-ATA/133。ATA协◆议在内容上看,主要包括:1、接口信号的定义:主要是40针IDE接口,各个管脚信号的用途定义。
图1 IDE接口
其中16根双向数据线DD0-DD15,主¤机到设备的2根片选线CS1-CS0,主机到设备的3根地址线DA2-DA0,设备到主∴机的1根DMARQ请求线,主机到设备的1根DMACK-应答线,设备到主机的1根INTRQ请求线,主机到设备的1根DIOR-、HDMARDY-、HSTROBE复用线,设备到主机的1根IORDY、DDMARDY-、DSTROBE复用线、主机到设备的1根DIOW-、STOP复用线,主机到设备的1根RESET-线,主机到设备的1根数据电缆选择线CSEL,设备到主机的1根PDIAG-、CBLID-复用线,设备到主机的1根DASP-线。2、接口寄存器定义及其功能描述〇:见表1
表1 ATA-6 中定义的接口寄存器
CS1- |
CS0- |
DA2 |
DA1 |
DA0 |
ADDR |
READ |
WRITE |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0x0E |
Alternate Status |
|
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0x17 |
|
Command |
1 |
1 |
X |
X |
X |
|
Data Port |
Data Port |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0x10 |
Data |
Data |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0x16 |
Device |
Device |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0x0E |
|
Device Control |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0x11 |
Error |
Features |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0x15 |
LBA High |
LBA High |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0x13 |
LBA Low |
LBA Low |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0x14 |
LBA Mid |
LBA Mid |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0x12 |
Sector Count |
Sector Count |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0x17 |
Status |
|
3、常用的操作卐命令:
表2 ATA-6 中定义的常用命令
Command |
Code |
Protocol |
Device Reset |
0x08 |
Device reset |
Flush Cache |
0xE7 |
Non-data |
Flush Cache Ext |
0xEA |
Non-data |
Identify Device |
0xEC |
PIO data-in |
Idle |
0xE3 |
Non-data |
Idle Immediate |
0xE1 |
Non-data |
Read DMA |
0xC8 |
DMA |
Read DMA Ext |
0x25 |
DMA |
Read Multiple |
0xC4 |
PIO data-in |
Read Multiple Ext |
0x29 |
PIO data-in |
Read Sector |
0x20 |
PIO data-in |
Read Sector Ext |
0x24 |
PIO data-in |
Read Verify Sector |
0x40 |
Non-data |
Read Verify Sector Ext |
0x42 |
Non-data |
Seek |
0x70 |
Non-data |
Set Features |
0xEF |
Non-data |
Set Multiple Mode |
0xC6 |
Non-data |
Standby |
0xE2 |
Non-data |
Standby Immediate |
0xE0 |
Non-data |
Write DMA |
0xCA |
DMA |
Write DMA Ext |
0x35 |
DMA |
Write Multiple |
0xC5 |
PIO data-out |
Write Multiple Ext |
0x39 |
PIO data-out |
Write Sector |
0x30 |
PIO data-out |
Write Sector Ext |
0x34 |
PIO data-out |
系统开机后,主机先向设备发送Device Reset命令,设置设备为默认状态,之后,主机向设备发送Identify Device命令,获得设备的型号、序列号和传输方式等信息,之后使用Set Feature命令设置主机和设备之间传输数据的方式。其中Read DMA和Read Multiple分别采用DMA IN和PIO方式读取设备数据。Write DMA和Write Multiple分别用DMA OUT和PIO方式向设备写入▃数据。
4、常见命令『操作流程
INDENTIFY DEVICE命令操作◥流程:
HOST向DEVICE的命令寄存器写入IDENTIFY DEVICE命令,DEVICE接收命令后,准备相应的设备信息数据,设置INTRQ信号有效。HOST将读取状态寄存器查看DEVICE状态,如果状态为0x51,说明DEVICE准备就绪了,如果是▼其他状态,说明DEVICE操作出错。HOST为了确认操作对象,再次向DEVICE的Device寄存器写入操作对象(ATA主盘或者ATA从盘),再一次读取状态进行确认。如果DEVICE状态正确,则HOST连续读取256次数据(512个字节)的设备描述信息。最后, HOST再次确认操作对象信息和状态。
READ/WRITE MULTIPLE命令操作流程:
HOST首先通过设置DEVICE的Sector Count、LBA Low、LBA Mid、LBA High、Device、Features寄存器,设定数据传输的扇区个〖数、LBA起始地址等等参数。在确认DEVICE状态正确的情况下,HOST向Command寄存器写入READ/WRITE MULTIPLE命令。DEVICE在准备好数据传输后←,将设置INTRQ信号线有效。HOST在确认DEVICE的状态后,进行数据读/写操作。在读/写完命令指定的数据【后,HOST再次读取DEVICE的状态信息,完成整个数据传输过程。
READ/WRITE DMA命令操作流程:
HOST首先通过设置Sector Count、Device、LBA Low、LBA Mid、LBA High寄存器,设置数据传输的扇区个】数,LBA起始地址等等参数。HOST向DEVICE的Command寄存器写入READ/WRITE DMA命令。DEVICE在接收到命令后,准备就绪后,设置DMARQ请求有效,和HOST之间传输部分数据。一般传输扇区个数超过8个扇区,则HOST和DEVICE必须通过○几次DMA传输才能传输完所有的数据。在每次传输中传输数据的个数并不是固定的。传输完所有的数据后,DEVICE设置INTRQ信号有效,HOST读取DEVICE的状态完成整个⊙传输过程。
了解了ATA-6协议的寄存器和常规命令后,再结合各个子协议的时序图,就基本上可以分析清楚ATA协议的基本内容了,下一篇文章中,将重点〓分析ATA的子协议的实现与详细的时序。
图2 硬盘时序√图举例
未完待续。。。。
关于达思科技
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