Конфигурирование устройств

Устройства АТА перед подключением к шине должны быть корректно сконфигу­рированы. Конфигурирование подразумевает выбор типа интерфейса и опреде­ление адреса устройства. Тип интерфейса — XT или AT — определяется моделью накопителя. В изделиях фирмы Seagate, например, тип обозначается последней буквой в шифре модели: А — АТА (16 бит,) X — для XT (8 бит), а сочетание АХ означает возможность выбора AT/XT с помощью джампера.

Существует два способа задания адреса устройства — кабельной выборкой или явным заданием адреса на каждом из устройств. Режим кабельной выборки включается перемычкой CS (Cable Select — кабельная выборка). В этом случае оба устройства на шине конфигурируются одинаково — в режим CS, а адрес устройства определяется его положением на специальном ленточном кабеле (см. рис. 9.3). Кабельная выборка будет работать, если она поддерживается и задана на всех

388________________________________ Глава 9. Интерфейсы устройств хранения

устройствах канала, включая хост-адаптер, который обеспечивает заземление кон­такта 28. При этом способе задания адресов синхронизация шпинделей накопи­телей через тот же провод контакта 28 исключается (актуально в RAID-массивах). Кабельная выборка применяется редко. Ее условное преимущество — унификация конфигурирования устройств, а недостатком является привязка физического по­ложения устройств к кабелю — ведущее устройство должно быть ближе к адаптеру, чем ведомое. Возможно подключение адаптера к среднему разъему, а устройств — к крайним, но это не всегда удобно.

Более распространен режим явной адресации, при котором используется обыч­ный «прямой» кабель (см. рис. 9.2). В этом случае перемычка CS не устанавли­вается, а адрес устройства задается перемычками, состав которых варьируется. В принципе, достаточно лишь указать устройству его номер (0/1), но в устрой­ствах, разработанных до стандарта AT А, ведущему устройству «подсказывали» о наличии ведомого (по интерфейсу АТА оно могло бы определить это само по сигналу DASP#). Ниже перечислены комбинации джамперов, которые можно уви­деть на устройствах IDE.

♦ M/S (Master/Slave — ведущее/ведомое) — переключатель адреса. Если на шине присутствует одно устройство, оно должно быть сконфигурировано как веду­щее. Если на шине два устройства — одно должно быть ведущим, другое ведо­мым. Иногда джампер обозначается как C/D (диск С: /диск D:), но для второго канала IDE такое название некорректно. Когда появились первые IDE-диски емкостью 1 Гбайт, для преодоления барьера в 504 Мбайт некоторые модели допускали конфигурирование в виде двух устройств (0 и 1) половинной емкости. В таком режиме на их ленточный кабель IDE второе физическое*устройство подключать нельзя.

♦ SP (Slave Present), DSP (Drive Slave Present), Master but Slave is not ATA-compatible или Master but Slave uses only PDIAG-signal — устанавливается на ведущем устрой­стве для указания на присутствие ведомого. Если переключатель установлен, а ведомое устройство не подключено, POST даст сообщение об ошибке. Джам­пер применяется для дисков, не использующих сигнал DASP*.

♦ Single Drive — джампер, устанавливаемый на устройстве, если оно единственное на шине (встречается на дисках Western Digital). Устройство будет ведущим.

♦ ACT (Drive Active) — джампер, соединяющий линию DASP* с формировате­лем сигнала активности устройства. Устанавливается на устройстве 0, встре­чается редко.

♦ HSP — джампер, заземляющий линию DASP* (положение, взаимоисключающее ACT). Устанавливается на устройстве 1 для сигнализации о его присутствии (встречается редко).

Для полностью ATА-совместимых дисков правильно сконфигурированные устрой­ства определяются автоматически. Современные контроллеры АТА позволяют подключать даже единственное устройство как ведомое —интерфейсные функции ведущего берет на себя контроллер.

9.2. Интерфейс АТА/ATAPI (IDE)_______________________________________ 389

Разобраться с джамперами старых устройств трудно, если нет документации, однако обширная база данных по разным моделям встроена в справочный файл утилиты Disk Manager. У современных устройств лишние джамперы упраздни­ли, а существующие комментируются на наклейке (шильдике). Если джамперы устанавливаются рядом с интерфейсным разъемом, вероятно, они расположены в соответствии со стандартом АТА (см. рис. 9.5).

ВНИМАНИЕ---------------------------------------------------------------------------------

Следует учитывать, что перестановка джамперов часто воспринимается устройством только по включении питания. Кроме того, установка на один ленточный кабель двух разнотипных устройств, если они не являются АТА-устройствами, часто невозможна.

9.2.2. Последовательный интерфейс Serial АТА

Параллельный интерфейс АТА исчерпал свои ресурсы пропускной способности, достигшей 100 Мбайт/с в режиме UltraDM A Mode 5. Для дальнейшего повышения пропускной способности интерфейса (но, конечно же, не самих устройств хране­ния, которые имеют гораздо меньшие внутренние скорости обмена с носителем) было принято решение о переходе на последовательный интерфейс. Цель пере­хода — улучшение и удешевление кабелей и коннекторов, улучшение условий охлаждения устройств внутри системного блока (избавление от широкого шлейфа), обеспечение возможности разработки компактных устройств, облегчение конфи­гурирования устройств пользователем. Попутно расширяется адресация блоков (достижение предельной емкости адресации АТА в 137 Гбайт не за горами). Спе­цификация Serial ATA версии 1.0 опубликована в 2001 г. и доступна в Сети по адресу www.serialata.org. Сейчас уже ведутся работы над новой спецификацией Serial ATA II с большей пропускной способностью и специальными средствами для поддержки сетевых устройств хранения. Приведенная ниже информация от­носится к версии 1.0.

Интерфейс Serial ATA является хост-центрическим, в нем определяется только взаимодействие хоста с каждым из подключенных устройств, а взаимодействие между ведущим и ведомым устройствами, свойственное традиционному интер­фейсу АТА, исключается. Программно хост видит множество устройств, подклю­ченных к контроллеру, как набор каналов АТА, у каждого из которых имеется единственное ведущее устройство. Имеется возможность эмуляции пар устройств (ведущее — ведомое) на одном канале, если такая необходимость возникнет. Про­граммное взаимодействие с устройствами Serial ATA практически совпадает с прежним, набор команд соответствует ATA/ATAPI-5. В то же время аппаратная реализация хост-адаптера Serial ATA сильно отличается от примитивного (в ис­ходном варианте) интерфейса АТА. В параллельном интерфейсе АТА хост-адап­тер был простым средством, обеспечивающим программное обращение к регист­рам, расположенным в самих подключенных устройствах. В Serial ATA ситуация иная: хост-адаптер имеет блоки так называемых «теневых» регистров (Shadow Registers), совпадающих по назначению с обычными регистрами устройств АТА. Каждому подключенному устройству соответствует свой набор регистров. Обраще­ния к этим теневым регистрам вызывают процессы взаимодействия хост-адапте­ра с подключенными устройствами и исполнение команд.

390________________________________ Глава 9. Интерфейсы устройств хранения

В стандарте рассматривается многоуровневая модель взаимодействия хоста и устройства, где прикладным уровнем является обмен командами, информацией о состоянии и хранимыми данными. На физическом уровне для передачи инфор­мации между контроллером и устройством используются две пары проводов. Дан­ные передаются кадрами, транспортный уровень формирует и проверяет коррек­тность информационных структур кадров (Frame Information Structure, FIS). Для облегчения высокоскоростной передачи на канальном уровне данные кодируются по схеме 8В/10В (8 бит данных кодируются 10-битным символом) и скремблиру-ются, после чего по физической линии передаются по простейшему методу NRZ (уровень сигнала соответствует передаваемому биту). Между канальным и приклад­ным уровнем имеется транспортный уровень, отвечающий за доставку кадров. На каждом уровне имеются свои средства контроля достоверности и целостности.

В первом поколении Serial ATA данные по кабелю передаются со скоростью 1500 Мбит/с, что с учетом кодирования 8В/10В обеспечивает скорость 150 Мбайт/с (без учета накладных расходов протоколов верхних уровней). В дальнейшем планируется повышать скорость передачи, и в интерфейсе заложена возможность согласования скоростей обмена по каждому интерфейсу в соответствии с возмож­ностями хоста и устройства, а также качеством связи. Хост-адаптер имеет сред­ства управления соединениями, программно эти средства доступны через специ­альные регистры Serial ATA.

В стандарте предусматривается управление энергорежимом интерфейсов. Каж­дый интерфейс кроме активного состояния может находиться в состояниях PARTIAL и SLUMBER с пониженным энергопотреблением, для выхода из которых требуется заметное время (10 мс).

Команды, требующие передачи данных, могут исполняться в различных режимах обмена. Обращение в режиме PIO и традиционный способ обмена по DMA (legacy DMA) выполняется аналогично привычному интерфейсу АТ А. Однако внутрен­ний протокол обмена между хост-адаптером и устройствами позволяет передавать между ними разноплановую информацию (структуры FIS определены не только для команд, состояния и собственно хранимых данных). В приложении D к спе­цификации описывается весьма своеобразный способ обмена по DMA, который предполагается основным (First-party DMA) для устройств Serial ATA. В тради­ционном контроллере DMA адаптера АТ А для каждого канала имеется буфер, в который перед выполнением операции обмена загружают дескрипторы блоков памяти, участвующей в обмене (см. п. 9.2.1). Теперь же предполагается, что адрес­ная информация, относящаяся к оперативной памяти хост компьютера, будет до­водиться до устройства хранения, подключенного к адаптеру Serial ATA. Эта ин­формация из устройства хранения при исполнении команд обмена выгружается в контроллер DMA хост-адаптера и используется им для формирования адреса текущей передачи. Мотивы и полезность этого нововведения не совсем понятны; расплатой за некоторое упрощение хост-адаптера (особенно многоканального) является усложнение протокола и расширение функций, выполняемых устрой­ством хранения. Все-таки более привычно традиционное разделение функций, при котором задача устройств внешней памяти — хранить данные, «не интересуясь» тем, в каком месте оперативной памяти компьютера они должны находиться при операциях обмена.

9.2. Интерфейс АТА/ATAPI (IDE)_______________________________________ 391