Аппаратные интерфейсы ПК. Энциклопедия - Михаил Гук

Регистр номера устройства и головки D/H (1F6h, 176h) кроме хранения части адресной информации служит для выбора ведущего или ведомого устройства и метода адресации.

Назначение битов регистра D/H:

♦ биты 7 и 5 вплоть до ATA-3 должны были быть единичными, в ATA/ATAPI-4 их объявили устаревшими;

♦ бит 6 — L — единичным значением указывает на применение режима адресации LBA, при нулевом значении бита используется режим CHS;

♦ бит 4 — DEV (Device) — выбор устройства, при DEV=0 выбрано ведущее, при DEV=1 — ведомое;

♦ биты [3:0] имеют двоякое назначение в зависимости от выбранной системы адресации, в режиме CHS они содержат номер головки, в режиме LBA — старшие биты логического адреса.

Как и предыдущие (SN, CH и CL), адресный регистр D/H инициализируется хост-адаптером, а в случае возникновения ошибки при операции устройство поместит в них адрес, по которому встретилась ошибка. До принятия спецификации ATA-2 считалось, что адресные регистры должны модифицироваться и после успешного выполнения операции, отражая текущее значение адреса в носителе.

Регистр состояния SR (1F7h, 177h) отражает текущее состояние устройства в процессе выполнения команд: занятость, готовность, наличие ошибок и др. Чтение регистра состояния разрешает дальнейшее изменение его битов и сбрасывает запрос аппаратного прерывания.

Назначение битов регистра SR описано ниже.

♦ Бит 7 — BSY (Busy) указывает на занятость устройства, значение этого бита действительно всегда. При BSY=1 устройство игнорирует попытки записи в командный блок регистров, а чтение этих регистров дает неопределенный результат. При BSY=0 регистры командного блока доступны, в это время устройство не может устанавливать бит DRQ, изменять значение битов ЕRR и содержимое остальных командных регистров (могут меняться только значения битов IDX, DRDY, DF, DSC и CORR). Бит может устанавливаться на кратковременный интервал, так что хост может этого не заметить. Бит устанавливается:

 • при сбросе устройства;

 • по получении команды, если не устанавливается DRQ;

 • между передачами блоков данных в режиме PIO и после них, пока не обнулился DRQ;

 • во время передач данных в режиме DMA.

♦ Бит 6 — DRDY (Device Ready) указывает на готовность устройства к восприятию любых кодов команд. Если состояние бита изменилось, оно не может вернуться обратно до чтения регистра состояния. При DRDY=0 устройство воспринимает только команды Execute Device Diagnostic и Initialize Device Parameters, прекращая выполнение текущей команды и сообщая об этом флагом ABRT в регистре ошибок и флагом ERR в регистре состояния. Другие команды приводят к непредсказуемым результатам. Устройства ATAPI сбрасывают бит по любому сбросу и команде Execute Device Diagnostic. Бит устанавливается устройством ATA, когда оно готово к выполнению всех команд. Устройство ATAPI устанавливает бит до завершения выполнения команд, за исключением команд Device Reset и Execute Device Diagnostic.

♦ Бит 5 — DF (Device Fault) — индикатор отказа устройства.

♦ Бит 4 — DSC (Device Seek Complete) — индикатор завершения поиска трека. В командах, допускающих перекрытие, бит называется SERV (Service Required) — устройство требует обслуживания.

♦ Бит 3 — DRQ (Data Request) — индикатор готовности к обмену словом или байтом данных.

♦ Бит 2 — CORR (Corrected Data) — индикатор исправленной ошибки данных.

♦ Бит 1 — IDX (Index) — индекс, трактуется особо каждым производителем.

♦ Бит 0 — ERR (Error) — индикатор ошибки выполнения предыдущей операции.

Дополнительная информация содержится в регистре ошибок. Если установлен бит ERR, до приема следующей команды, программного или аппаратного сброса устройство не изменит состояние этого бита, а также регистра ошибок, регистра количества секторов и регистров цилиндра, головки и номера сектора. Для команд Packet и Service бит называется CHK и служит признаком исключительной ситуации.

В стандарте ATA/ATAPI-4 для некоторых команд биты 4 и 5 могут иметь иное назначение, а биты 1 и 2 объявлены устаревшими.

Назначение регистра команд CR (1F7h, 177h) очевидно из названия. Устройство начинает исполнять команду сразу, как только ее код записан в данный регистр. Команда Device Reset выполняется устройством ATAPI независимо от состояния битов BSY и DRQ, и даже в состоянии Sleep.

Полный список команд ATA приведен в литературе [4, 5, 9].

Протоколы и режимы передачи данных

Программа общается с устройствами ATA через регистры, используя инструкции ввода-вывода IN и OUT. Для передачи данных с максимальной скоростью применяют программный доступ PIO к регистру данных инструкциями INSW/OUTSW или по каналу DMA. Тип обмена (PIO или DMA) определяется командой обращения. Программный доступ PIO обязателен для всех устройств, команды режима DMA устройствами могут не поддерживаться. Параметры различных режимов обмена приведены в табл. 9.7.

Таблица 9.7. Параметры режимов передачи

Режим передачи Минимальное время цикла, нс Скорость передачи, Мбайт/с Интерфейс PIO mode 0 600 3,3 ATA PIO mode 1 383 5,2 ATA PIO mode 2 240 8,3 ATA PIO mode 3 180 11,1 E-IDE, ATA-2 (используется IORDY) PIO mode 4 120 16,6 E-IDE, Fast ATA-2 (используется IORDY) Singleword DMA Mode 0 960 2,08 ATA Singleword DMA Mode 1 480 4,16 ATA Singleword DMA Mode 2 240 8,33 ATA Multiword DMA Mode 0 480 4,12 ATA Multiword DMA Mode 1 150 13,3 ATA-2 Multiword DMA Mode 2 120 16,6 FastАТА-2 Ultra DMA Mode 0 120¹ 16,6 ATA/ATAPI-4 Ultra DMA Mode 1 80¹ 25 ATA/ATAPI-4 Ultra DMA Mode 2 60¹ 33 ATA/ATAPI-4 Ultra DMA Mode 3 45¹ 44,4 ATA/ATAPI-5 Ultra DMA Mode 4 30¹ 66,6 ATA/ATAPI-5 Ultra DMA Mode 5 20¹ 100 ATA/ATAPI-6

¹ В пакете данных режима Ultra DMA за каждый такт передаются два слова данных, один по фронту синхронизирующего сигнала, другой по спаду. Период следования синхросигналов равен удвоенному времени цикла.

Программный доступ PIO (Programmed Input/Output) выполняется в виде следующих друг за другом операций чтения или записи в пространстве ввода-вывода по адресу регистра данных. Готовность устройства проверяется перед началом передачи блока, после чего хост производит серию операций в определенном темпе, который определяется выбранным режимом PIO Mode 0–4. Для каждого режима определены допустимые параметры временной диаграммы цикла обмена. Обмен PIO программно реализуется с помощью процессорных инструкций ввода-вывода строк REP INS или REP OUTS с занесенным в регистр СХ количеством слов (или байтов) в передаваемом блоке. Эти инструкции обеспечивают максимально возможную скорость обмена для данного процессора и системной шины. «Обуздать» процессор в соответствии с выбранным режимом входит в задачу адаптера ATА, который использует для удлинения цикла сигнал готовности шины (для ISA — IOCHRDY). Традиционные режимы 0, 1 и 2 имеют временные параметры, фиксируемые только хост-адаптером. Для прогрессивных режимов ATA-2 (PIO Mode 3 и выше) устройство может затормозить обмен, используя сигнал готовности IORDY. Программный обмен на все время передачи блока занимает и процессор, и системную шину.