Vysoké učení technické v Brně. Fakulta informačních technologií DIPLOMOVÁ PRÁCE Hynek Urbiš

Transkript

1 Vysoké učení technické v Brně Fakulta informačních technologií DIPLOMOVÁ PRÁCE 2002 Hynek Urbiš

2 Prohlašuji, že jsem tuto diplomovou práci vypracoval samostatně pod vedením Doc. Ing. Zdeňka Kotáska, CSc. a uvedl jsem všechny literární prameny a publikace, ze kterých jsem čerpal. Hynek Urbiš

3 Tímto bych chtěl poděkovat svému vedoucímu Doc. Ing. Zdeňku Kotáskovi, CSc za cenné informace, které mi poskytl. Rovněž bych chtěl poděkovat za podporu, které se mi dostalo z jeho strany při řešení diplomové práce.

4 Abstrakt Tato diplomová práce popisuje jedno z možných řešení, jak připojit IDE zařízení pomocí USB sběrnice k počítači. Pro tyto účely byl navržen adaptér s obvodem Philips ISP 1581, který realizuje převod IDE rozhraní na USB rozhraní. Celý adaptér je řízen procesorem Atmel AT89C52. Návrh adaptéru byl proveden v rámci semestrálního projektu. Tato práce se zabývá způsobem, jakým bude připojené zařízení začleněno do hostitelského systému Windows Všechna možná řešení bylo nutno důkladně analyzovat a zvolit jedno pro navrhovaný adaptér. Součástí řešení je i implementace řidícího programu adaptéru, který musí korektně spolupracovat s hostitelským systémem a zároveň řídit komunikaci s IDE zařízením. Klíčová slova : USB, Velkokapacitní zařízení, IDE, ATAPI, SCSI, Atmel, x51, Philips, ISP1581

5 Abstract This diploma thesis describes one of the feasible solutions how to interface IDE device to computer via USB port. For these purposes, an adapter based on Philips ISP 1581 was developed. The adapter converts USB interface to IDE interface and is controlled by Atmel AT89C52. The design of the adapter had been solved in my term project. This thesis describes possible solution how to integrate a device connected via this adapter into the Windows 2000 system. Before one of the feasible solutions was implemented, all possible solutions had to be analyzed and the most suitable one chosen to solve the problem. The principles of adapter firmware programming are described in the diploma project as well. This software which runs on the processor in the adapter must cooperate properly with the host system and control IDE device. Key Words : USB, Mass Storage, IDE, ATAPI, SCSI, Atmel, x51, Philips, ISP1581

6 Obsah 1. Úvod 9 2. Charakteristika USB a IDE rozhraní IDE rozhraní USB rozhraní Základní požadavky na adaptér Současný stav daného problému Stanovení požadavků na adaptér Zhodnocení dosažených parametrů Začlenění adaptéru do systému Všeobecné výhody a nevýhody jednotlivých přístupů Zařízení vyžadující pro správnou funkci vlastní ovladač Zařízení, které patří do definované třídy zařízení a nepotřebuje vlastní ovladač Podrobná analýza obou přístupů s ohledem na navrhovaný adaptér Vlastní ovladač Třída velkokapacitních USB zařízení (Mass Storage Class) Výběr vhodného řešení Třída velkokapacitních zařízení Podmínky nutné pro správnou funkci Vlastní protokol Rozšiřující příkazy pro řidící koncový bod Formát protokolu IDE Rozhraní Fyzické rozhraní Topologie připojení Význam jednotlivých signálů Adresa registrů Význam jednotlivých registrů Data register Error register Features register Sector Count register Sector Number register, LBA (7:0) Cylinder Low register, LBA (15:8) Cylinder High register, LBA (23:16) Device/Head register, LBA (27:24) Command register Status register Alternate Status register 33 7

7 Device Control register Komunikační protokoly Identifikace a reset jednotky Adresování u diskových jednotek Typy přenosů dat Kategorie příkazů Popis vybraných příkazů SCSI rozhraní Základní charakteristika Transport příkazů Charakteristika některých příkazů Význam SCSI příkazů při komunikaci s adaptérem Změny v obvodovém zapojení Řidící program adaptéru Základní charakteristika mikrokontroléru Struktura programu Obsluha přerušení Rozdělení paměti Pojmenovaná paměťová místa, konstanty, zdrojové soubory Charakteristika jednotlivých bloků Inicializace USB část koncový bod USB část koncový bod Inicializace a komunikace s IDE zařízením Transport a překlad SCSI příkazů na IDE Závěr USB protokol Obvod Philips ISP IDE zařízení Zhodnocení dosažených parametrů 57 Literatura 59 Přílohy 61 8

8 1. Úvod Problematika připojování periferních zařízení k počítači je velmi rozsáhlá. Existuje mnoho možností, jak dané zařízení připojit, při čemž každé řešení má svá specifika. Pro každý problém je nutné zvážit, které požadavky jsou klíčové a na které není nutné klást tak velký důraz. Tímto problém se zabývá i tato práce, jejímž hlavním cílem je návrh a realizace adaptéru pro připojení IDE zařízení k počítači pomocí USB sběrnice. Celý problém lze rozdělit do tří částí. První se týká především návrhu samotného HW, který bude převod obou rozhraní fyzicky realizovat. Druhá část se týká začlenění adaptéru a připojených zařízení do operačního systému hostitelského počítače. S tímto problémem souvisí také třetí část problému, a to způsob, jak bude adaptér řízen a jak bude s hostitelem komunikovat. Všechny tyto problémy jsou řešeny v rámci mého ročníkového [1], semestrálního [2] a diplomového projektu. Problematika USB sběrnice a komunikace po ní je rozebrána v ročníkovém projektu. Semestrální projekt se zabýval obvodovým návrhem adaptéru bez jakéhokoli programového vybavení. V této diplomové práci tedy zbývá dořešit způsob začlenění zařízení do operačního systému a na základě zvoleného řešení implementovat řidící program adaptéru. Díky nově získaným poznatkům bylo nutné provést drobné změny v obvodovém návrhu adaptéru. Ten byl již realizován formou zapojení na nepájivém kontaktním poli. Obvod pro komunikaci po USB a IDE rozhraní byl připojen pomocí zhotoveného přípravku. Z těchto důvodů tyto dodatečné změny nečinily žádné vážné potíže. Celá práce je rozdělena do několika kapitol. Jednotlivé části se mohou zabývat analýzou daného problému spolu s naznačením možných řešení nebo mohou podat vysvětlení, proč bylo zvoleno konkrétní řešení a jakým způsobem byl problém vyřešen. Druhá kapitola velmi stručně uvádí základní charakteristiky obou rozhraní spolu s velmi zevrubnými popisem požadavků na adaptér. Tato kapitola je zde pro čtenáře, kteří neměli možnost seznámit se s předchozí dokumentací k tomuto problému. Třetí kapitola má za úkol seznámit čtenáře se současným stavem podobných zařízení na trhu. Důraz je především kladen na to, jak je dané řešení zdokumentováno a zda lze některé poznatky využít při vlastním návrhu. Jsou zde také zhodnoceny již dosažené parametry navrhovaného adaptéru. Kapitola čtvrtá rozebírá možné způsoby začlenění adaptéru a připojených zařízení do operačního systému hostitelského počítače. S tímto problémem úzce souvisí použitý komunikační protokol a také řidíci program adaptéru. Kapitola pátá popisuje zvolené řešení z kapitoly předchozí. Má především za úkol vysvětlit použitý komunikační protokol a způsob, jakým jsou data a požadavky přenášeny. Kapitola šestá vysvětluje všechny základní rysy IDE rozhraní. Podobně je koncipována i kapitola sedmá. Ta má za úkol vysvětli základní principy SCSI rozhraní. V kapitole osmé jsou popsány změny v obvodovém zapojení adaptéru. Většina informací uvedených v předchozích kapitolách je nutná pro správné pochopení výkladu o řidícím programu adaptéru. Tato problematika je popsána v kapitole deváté. Kapitola desátá má za úkol shrnout všechny dosažené výsledky spolu s vysvětlením, kterých parametrů se povedlo dosáhnout a kterých ne. 9

9 2. Charakteristika USB a IDE rozhraní V této části práce jsou popsány základní rysy obou rozhraní. Všechny vlastnosti a požadavky na dané rozhraní jsou definovány v příslušné specifikaci [3][6]. Následující podkapitoly slouží k nastínění problematiky návrhu daného adaptéru a celkovému uvedení čtenáře do problému IDE rozhraní Touto zkratkou je označeno paralelní rozhraní uvnitř počítače pro připojování zařízení, které slouží především pro ukládání uživatelských dat. Ve většině případů se jedná o pevné disky nebo jednotky CD-ROM. Samotné rozhraní používá speciální 40 žilový datový kabel. Dalším omezujícím faktorem je nemožnost připojovat tato zařízení za chodu. IDE rozhraní bylo navrhnuto jako vnitřní součást počítače a nepředpokládalo se, že by uživatel měl mít možnost toto rozhraní běžně používat pro připojení externích zařízení. Protože téměř všechny počítače kategorie PC mají toto rozhraní integrováno na základních deskách, objevilo se na trhu velké množství zařízení, které se připojují právě pomocí tohoto rozhraní. Není nutné zdůrazňovat, že díky tomuto masovému rozšíření jsou ceny zařízení připojených pomocí IDE rozhraní relativně nízké. Zvláštní skupinou jsou ATAPI zařízení. Tato zařízení využívají pro komunikaci s hostitelem fyzicky IDE rozhraní, avšak nepoužívají běžné IDE příkazy. Pro komunikaci se používá tzv. paketový přenos, kdy je požadavek na zařízení zabalen do paketu a do zařízení je dopraven celý paket jako datová struktura. Oproti tomu zařízení, které nepodporují paketový přenos, používají pro komunikaci s hostitele registrově orientovaný přístup. V tomto případě jsou parametry příkazu zapsány do registrů disku a následně je zapsán příkaz do příkazového registru. Typickým představitelem ATAPI zařízení jsou jednotky CD-ROM, kdy formát a obsah paketů vychází ze specifikace SCSI. Konkrétně se jedná o třídu SCSI zařízení, které ke komunikaci využívají příkazů patřící do skupiny MMC (Multi Media Command). Za zmínku stojí i maximální přenosová rychlost, která je podle poslední revize specifikace až 133MB/s. Je taktéž zaručena zpětná kompatibilita zařízení USB rozhraní Tato zkratka označuje univerzální sériovou sběrnici. Při návrhu tohoto rozhraní byl kladen důraz především na maximální možnou flexibilnost při připojování zařízení. V současné době je toto rozhraní součástí běžně používaného počítače. Hlavní výhodou je možnost připojovat zařízení za chodu. Celkově je podporováno velké množství zařízení a spolu s rozbočovači, což jsou zařízení pro rozšíření USB portů, je možno připojit k jednomu počítači až 127 zařízení. Důraz byl také kladen na nenáročnost obsluhy, kdy nejsou po uživateli požadovány žádné technické znalosti a veškerou detekci a konfiguraci zařízení provede samotný operační systém. V současné době existují dvě verze USB specifikace. Ta první je starší, je označována jako USB 1.1. a podporuje tzv. Low Speed zařízení a Full Speed zařízení. Low Speed zařízení jsou schopna komunikovat maximální rychlostí 1,5 Mb/s a Full Speed rychlostí 12Mb/s. Novější verze označovaná jako USB 2.0 podporuje navíc High Speed zařízení, která jsou schopna komunikovat až na rychlosti 480Mb/s. Novější specifikace je zpětně kompatibilní a k High Speed hostiteli lze připojit i Low Speed zařízení. Je nutné si uvědomit, že 10

10 celková přenosová kapacit je mezi zařízeními sdílená. USB zařízení můžu být buď zcela specifické a pak je ve většině případů nutné dodat k zařízení ovladač od výrobce pro konkrétní operační systém. Nebo se jedná o zařízení, které patří do některé definované třídy. K takovémuto zařízení pak není nutné dodávat ovladač. Ovladač je již součástí operačního systému a ten již umí toto zařízení řídit. Při návrhu takovéhoto zařízení je nutné splnit některé požadavky a případně se přizpůsobit používaným protokolům. Ve většině případů je to ale jednodušší, než vyvíjet svůj vlastní a spolehlivý ovladač Základní požadavky na adaptér V předchozích dvou kapitolách jsou uvedeny základní rysy obou rozhraní. Už z této zběžné specifikace jsou patrné výhody a nevýhody jednotlivých rozhraní. Z těchto důvodů by navrhovaný adaptér měl využít především silné stránky jednotlivých rozhraní a ty slabé co nejvíce potlačit. Velmi jednoduše lze adaptér charakterizovat takto : Měl by umožňovat připojovat a odpojovat IDE zařízení za chodu počítače. Měl by být co nejednodušší na obsluhu. Měl by podporovat co možná největší množství IDE kompatibilních zařízení. Adaptér by neměl ovlivňovat výkonnost připojených zařízení. Následující obrázek (Obrázek 2.1 Základní blokové schéma adaptéru) velmi zhruba znázorňuje blokové schéma adaptéru. Obrázek 2.1 Základní blokové schéma adaptéru 11

11 3. Současný stav daného problému V daný okamžik se již na trhu začínají objevovat zařízení pro ukládání dat připojená k počítači pomoci USB sběrnice. Ve většině případů se jedná o jednoúčelové řešení od daného výrobce pro konkrétní zařízení. Nelze tedy tohoto adaptéru využít k připojení jiných zařízení. Druhou skupinou jsou univerzální adaptéry. Typickým přestavitelem je adaptér pro převod SCSI na USB nebo IDE na USB. Většina těchto zařízení je však podle USB specifikace verze 1.1 a při rychlostech dnešních zařízení je to dosti omezující faktor. Společným jmenovatelem výše uvedených řešení je absence jakékoli dokumentace. Vývoj HW je ve většině případů časově a především finančně náročný. Je tedy logické, že firmy, které jsou schopné daný produkt dodat, si chrání své know-how před zneužitím. Z pohledu návrhu adaptéru nezbývá než konstatovat, že ačkoli se již na trhu podobná zařízení někdy vyskytují, vzhledem k absenci dokumentace je nutné provést návrh adaptéru zcela znovu od samotného počátku. Celkově lze adaptéry pro převod těchto rozhraní považovat za velmi flexibilní a užitečné nástroje, v tomto případě v kombinaci s pevným diskem o velikosti 2,5, které se používají především v přenosných zařízeních, získáme zařízení pro ukládání dat s obrovskou kapacitou. Při vhodné realizaci může být samotný adaptér velmi malý. Jistou vadou na kráse může být nutnost použití externího napájení. Samotný adaptér má nízkou spotřebu energie, bohužel to stejné nelze prohlásit o pevných discích. Hlavní výhodou všech USB zařízení je možnost připojit a odpojit zařízení za chodu Stanovení požadavků na adaptér Celý problém bylo nutné důkladně analyzovat a stanovit požadavky na navrhovaný adaptér. Všechny klíčové požadavky jsou uvedeny v následujících bodech : USB část by měla být podle specifikace verze 2.0. Data z IDE zařízení by neměla procházet přes řidící mikrokontrolér. Adaptér by měl podporovat dvě IDE zařízení. Adaptér by měl podporovat jak diskové, tak ATAPI zařízení. Měla by být zajištěna zpětná kompatibilita IDE zařízení. Při komunikaci s IDE zařízením by měl být použit co možná nejrychlejší komunikační protokol. Adaptér a připojená zařízení by měly být do systému začleněny co možná nejjednodušším způsobem Zhodnocení dosažených parametrů Problematika výběru obvodu pro komunikaci po USB a připojení IDE zařízení a řidícího mikrokontroléru je podrobně popsána v semestrálním projektu [2]. Z pohledu návrhu obvodové části adaptéru mohu konstatovat, že všechny požadavky na HW část adaptéru byly splněny. Podrobné blokové schéma zapojení je zobrazeno na následujícím obrázku (Obrázek 3.1 Podrobné blokové schéma zapojení). Zbývající požadavky na programové vybavení jak na straně hostitele, tak na straně 12

12 adaptéru jsou předmětem této práce a zhodnocení, zda byla daná kriteria splněna, bude uvedeno v závěru této práce. Obrázek 3.1 Podrobné blokové schéma zapojení LCD display a stavové LED diody slouží především k ladícím účelům. Tato zařízení mohou být z adaptéru odstraněna nebo po úpravě řidícího programu mohou sloužit k informování uživatele o právě probíhajících operacích. Z psychologického pohledu by bylo vhodné zachovat alespoň stavové diody, aby uživatel měl přehled o stavu zařízení. Zařízení se může někdy nacházet ve stavu, kdy čeká na nějakou událost, ale vnější pozorovatel má pocit, že se nic neděje. 13

13 4. Začlenění adaptéru do systému Z pohledu USB sběrnice existují dva způsoby, jak může USB zařízení poskytnout své prostředky operačnímu systému. Toto členění vyplývá ze samotné definice univerzální sériové sběrnice [3]. USB zařízení má ovladač dodaný výrobcem zařízení přes tento ovladač jsou systému nabízeny všechny poskytované prostředky zařízení. USB zařízení patří do nějaké třídy zařízení zařízení splňuje všechny požadavky dané třídy a systém je schopen sám využít všechny nabízené prostředky Všeobecné výhody a nevýhody jednotlivých přístupů V této části se pokusím výstižně shrnout výhody a nevýhody výše uvedených přístupů při připojování USB zařízení k hostitelskému systému. Všechny tyto úvahy jsou vztaženy k operačnímu systému Windows. U jiných operačních systémů lze očekávat velmi podobný přístup Zařízení vyžadující pro správnou funkci vlastní ovladač V současné době je psaní ovladačů pro operační systém velmi náročná záležitost. U systému Windows se prosazují především WDM ovladače (Windows Driver Model) [7]. Programátor musí mít dosti rozsáhlé znalosti o daném problému. Je třeba také zdůraznit, že veškerý kód ovladače běží v režimu jádra operačního systému. Tento kód není nijak hlídán a může přistoupit kamkoli. Pokud je ovladač naprogramovaný špatně, může změnit cokoli a stabilita systému je velmi vážně ohrožena. Většina takovýchto chybných operací končí zatuhnutím systému. Z výše uvedeného plyne, že i ladění vlastního ovladače je velmi náročná záležitost. Ovladače jsou koncipovány tak, že směrem nahoru ve struktuře ovladačů poskytují své služby ovladačům umístěným výše a zároveň mohou využívat služeb ovladačů umístěných ve struktuře pod daným ovladačem. Jedná se o zásobníkovou strukturu, kdy jeden ovladač může poskytovat své služby i více ovladačům nad sebou současně. Na nejnižší vrstvě se nacházejí ovladače, které ovládají příslušný HW. Požadavek na dané zařízení je potom vložen na vrchol zásobníku a ten je postupně zpracováván tak, že prochází směrem dolů jednotlivými ovladači zásobníku daného zařízení. Pokud daný ovladač je schopen požadavek splnit, tak danou operaci vykoná a výsledek operace pošle stejnou cestou, ale opačným směrem ve struktuře ovladačů. Příklad struktury ovladačů je zobrazen na následujícím obrázku (Obrázek 4.1 Příklad struktury ovladačů). Zvláštním typem ovladače je tzv. filtrový ovladač. Nejedná se o skutečný ovladač, ale o kód, který je schopen transformovat požadavky do jiné podoby, která je ovšem významově stejná. Celá koncepce se snaží minimalizovat duplicitu a nadbytečnost v jakékoli podobě. V případě dvou SCSI řadičů v systému si to lze představit tak, že v systému je pouze jeden obecný ovladač pro komunikaci po SCSI a dva ovladače pro konkrétní SCSI řadiče. Tyto ovladače transformují standardní požadavky do podoby vhodné pro konkrétní SCSI řadiče v systému. Stejným způsobem je také vyřešeno ovládání dvou fyzických USB hostitelů v systému. Tato technika je zobrazena na dalším obrázku (Obrázek 4.2 Vícenásobný výskyt zařízení stejného typu). 14

14 Obrázek 4.1 Příklad struktury ovladačů Obrázek 4.2 Vícenásobný výskyt zařízení stejného typu 15

15 Zařízení, které patří do definované třídy zařízení a nepotřebuje vlastní ovladač Pokud chceme připojit USB zařízení do systému s využitím této koncepce, musí zařízení splňovat některé požadavky. Tento fakt lze považovat částečně za omezující, avšak existence příslušného ovladače v operačním systému značně zjednodušuje a urychluje návrh celého zařízení. Existuje několik základních kategorií, do kterých zařízení může patřit. Každá kategorie, třída zařízení může byt rozdělena do dalších podkategorií. Tyto podtřídy se mohou navzájem lišit a definovat své vlastní požadavky na připojené zařízení i když připojují zařízení stejného typu. Omezení a požadavky se týkají především použitého komunikačního protokolu a konfigurace jednotlivých koncových bodů USB zařízení. V následujících bodech jsou uvedeny některé třídy zařízení společně se základní charakteristikou. HID Class (Human Input Device) volně přeloženo se jedná o všechna polohovací a ovládací zařízení, která využívá člověk a pomocí nichž ovládá počítač. Tato kategorie je rozdělena do podtříd pro klávesnice, myši, pákové ovladače a podobná zařízení. Printer Class třída zařízení, která umožňují tisk. Audio Class třída zařízení pro práci se zvukem. IrDA Class třída zařízení pro komunikaci pomocí infračerveného záření. Mass Storage Class třída pro připojování zařízení uchovávající velké objemy dat. Tato kategorie je zajímavá z pohledu návrhu daného adaptéru. Tento výčet slouží pouze k seznámení čtenáře s problematikou tříd USB zařízení a není kompletní. Všechny požadavky a veškerá dokumentace k jednotlivým kategoriím je dostupná na stránkách organizace starající se o vývoj USB sběrnice [8] Podrobná analýza obou přístupů s ohledem na navrhovaný adaptér Cílem této podkapitoly je analyzovat oba přístupy z pohledu návrhu daného adaptéru a na základě zhodnocení obou přístupů vybrat jeden, pomocí kterého bude adaptér začleněn do operačního systému Vlastní ovladač V tomto případě lze problém rozdělit do dvou částí, které spolu navzájem souvisejí. První část problému se týká vlastního ovladače. Velmi důležité je zvolit vhodné umístění ovladače v již existující struktuře ovladačů. Existují dva přístupy. Nový ovladač bude začleněn tak, že se bude snažit využívat všechny dostupné služby již existujících ovladačů. Výsledkem je co možná nejjednodušší ovladač. Druhý přístup je celkově méně efektivní. Předpokládá se, že všechny požadavky bude zpracovávat vytvářený ovladač a bude na jedné straně spolupracovat pouze s operačním systémem a na druhé straně s připojeným zařízením. V tomto případě je tento přístup velmi neefektivní. Musela by se implementovat veškerá logická správa disku včetně souborových systémů. První přístup předpokládá zařazení nového ovladače tak, že veškerou logickou správu budou mít na starost již instalované ovladače a operační systém. Navrhovaný ovladač by se musel tvářit jako běžný IDE hostitel. Otázka ovšem zní, kam přesně tento nový ovladač v již existující struktuře ovladačů začlenit. S tímto souvisí i druhá část problému. Tím je používaný protokol pro komunikaci ovladače s adaptérem. Celý problém 16

16 je dosti komplikovaný, protože podrobná dokumentace ke skutečné implementaci správy diskových zařízení v systému Windows je jen velmi těžko k sehnání. Podrobnou dokumentaci se mi nepovedlo obstarat a čerpal jsem pouze z informací uvedených v MSDN [9]. Z této dokumentace vyplynulo, že samotný operační systém podporuje pouze SCSI zařízení. Všechna ostatní zařízení připojená pomocí jiného rozhraní jsou připojena pomocí speciálního ovladače, který transformuje SCSI příkazy na příkazy kompatibilní s daným rozhraním. Přibližná struktura ovladačů pro ovládání diskových a podobných IDE zařízení je uvedena na následujícím obrázku (Obrázek 4.3 Přibližná struktura ovladačů IDE rozhraní). Obrázek 4.3 Přibližná struktura ovladačů IDE rozhraní Samotné psaní WDM ovladačů je velmi náročná činnost. Stále se musí mít na paměti bezchybnost ovladače. Toho lze docílit pouze důkladným testováním. Musíme mít na paměti drobné odlišnosti jednotlivých verzí Windows. WDM ovladače podporují pouze systémy Windows 98, Windows NT, Windows 2000 a Windows XP. Je také nutné správně ošetřit krizové situace, jako je například odebrání ovladače za provozu. Důležitá je také správná funkce podpory úspory elektrické energie. Typickým problémem je ovladač, který nepodporuje režimy úspory energie, a celý systém potom nemůže přejít do některého z úsporných režimů. Dosti podrobně je tento problém popsán v [7]. 17

17 Třída velkokapacitních USB zařízení (Mass Storage Class) Tato kategorie zařízení je definovaná v implementačním fóru [8] společnosti vyvíjející USB sběrnici. Primárně je tato třída určena pro připojování všech zařízení, která jsou schopna uchovávat velké množství uživatelských dat. V rámci tohoto standardu [4] existuje několik podtříd, které definují používané příkazy a jsou vhodné pro určité skupiny zařízení. Všechny USB zařízení musí mít koncový bod číslo 0 nakonfigurován pro řidící přenosy. Pomocí tohoto koncového bodu hostitelský systém připojené zařízení detekuje a nakonfiguruje. Pro tuto třídu existují dvě možné konfigurace ostatních koncových bodů USB zařízení pro přenos požadavků a dat z připojeného zařízení a zpět. In a Out Bulk EndPoint pro přenos dat, příkazů a stavu zařízení je použita jedna In Bulk roura (směrem k hositeli) a jedna Out Bulk roura (směrem od hostitele). Přenosy typu Bulk lze charakterizovat takto : není definovaná žádna doba, za kterou musí být data doručena. Jakmile je v časovém schématu sběrnice prostor, jsou přenášena data tohoto typu. U tohoto typu přenosu je zaručena bezchybnost a uspořádanost dat. Tato konfigurace koncových bodů je v terminologii velkokapacitních zařízení označovaná jako Bulk Only. In, Out Bulk EndPoint a Interrupt EndPoint charakteristika obou Bulk koncových bodů je stejná jako v předchozím případě, pro přenos stavových informaci směrem k hostiteli se používá Interrupt roura. Tu lze charakterizovat takto : je zaručena bezchybnost a uspořádanost přenášených dat, je definována maximální doba, za jakou musí být data přenesena od vzniku požadavku. Tato konfigurace koncových bodů je v terminologii velkokapacitních zařízení označovaná jako CBI (Control, Bulk, Interrupt). Každá z těchto dvou možných konfigurací používá svůj vlastní protokol. V rámci tohoto protokolu jsou přenášeny i požadavky na zařízení. Formát požadavků na zařízení je částečně volitelný, většinou vychází z již existujícího protokolu. Používaný protokol zařízení specifikuje ve svém Device Deskriptoru, a to položkou SubbClass Code, což odpovídá podtřídě dané třídy zařízení. Přehled používaných příkazů spolu s přibližnou charakteristikou je uveden v následujících bodech. Za zmínku jistě stojí fakt, že všechny použité příkazy jsou založeny na SCSI protokolu, což koresponduje s principem ovládání diskových zařízení v operačním systému Windows. Reduced Block Command redukovaná skupina příkazů určená pro zařízení s blokově orientovaným přístupem k datům na médiu. Tato sada převzala pouze některé příkazy ze skupiny všech příkazů pro blokově orientované zařízení. Typickým představitel této skupiny zařízení je pevný disk SFF-8020i, MMC-2 příkazy používané pro přístup mechanikám DVD a CD-ROM, ze specifikace MMC-2 vychází také specifikace ATAPI příkazů na IDE rozhraní QIC-157 tato skupina příkazů je určena pro přístup k páskovým zařízením UFI skupina příkazů určená pro disketové jednotky SFF-8070i - skupina příkazů určená pro disketové jednotky a další zařízení, kterým bude vyhovovat existující sada příkazů Transparent SCSI standardní sada SCSI příkazů 18

18 Problém výběru skupiny příkazů, které bude adaptér podporovat, je trošku složitější, než se může na první pohled zdát. Příslušnost USB zařízení do příslušné třídy a podtřídy je definována v deskriptoru zařízení. Tyto informace hostitelský systém získává v okamžiku detekce a konfigurace zařízení. Z toho plyne, že v okamžiku detekce USB zařízení by adaptér už musel mít informace o připojených IDE zařízeních. Tento problém je relativně jednoduše řešitelný. Druhý problém je ovšem závažnější. Pokud má adaptér podporovat dvě IDE zařízení, a mohou to být jak disky tak ATAPI zařízení, musíme vyřešit problém transportu příkazů pro diskové zařízení a pro ATAPI zařízení současně. Tento problém by se dal vyřešit existencí dvou nezávislých rozhraní (interface) v USB zařízení, což specifikace umožňuje. Každé zařízení by mělo své rozhraní, které patří do třídy velkokapacitních zařízení a používalo by příslušný protokol. Toto řešení neúměrně zvětšuje složitost řidícího programu mikrokontroléru. Procesor má rovněž omezené paměťové možnosti. Z těchto důvodů je možné použít pouze jedno rozhraní (interface) spolu s plnou sadu SCSI příkazů a k rozlišení obou IDE jednotek použít logické číslo jednotky LUN (Logic Unit Number). Toto číslo je vždy specifikováno v každém záhlaví požadavku na zařízení. Jednotlivé požadavky nemohou být zpracovány překrývaně, a tím je vyřešen i problém souběžného přístupu k IDE zařízením. Protože protokol používaný v konfiguraci Bulk Only je o něco jednoduší a zároveň je tato problematika lépe zdokumentována, věnoval jsem větší pozornost právě tomuto možnému řešení spolu s plnou sadou SCSI příkazů Výběr vhodného řešení V předchozí části této kapitoly jsou pospány všechny základní rysy obou přístupů spolu s analýzou vztaženou k danému problému. Na základě těchto poznatků je nutné vybrat jedno řešení a využít je při návrhu adaptéru. Za předpokladu, že se pro navrhovaný adaptér vytvoří nový ovladač, získám možnost specifikovat si svůj vlastní protokol pro komunikaci se zařízením. O tom, jaký formát příkazů bude použit, rozhoduje umístění ovladače v celkové struktuře ovladačů. Je možné implementovat překlad příkazů v samotném ovladači. Druhým možným řešením při použití vlastního ovladače je pouze posílat požadavky přímo zařízení a to si je transformuje do vhodné podoby a následně zpracuje. V tomto případě by se jednalo o velmi jednoduchý ovladač. Nevidím však důvod, proč instalovat do systému nový ovladač, když obdobný je v něm již obsažen. Řešení s vlastním jednoduchým ovladačem je ekvivalentní s zařazením navrhovaného adaptéru do příslušné třídy USB zařízení. Jak je uvedeno výše, tvorba ovladačů je zdlouhavá a náročná činnost a z těchto důvodů je lepší se tomuto problému vyhnout. To byl ten hlavní důvod, proč jsem navrhovaný adaptér zařadil do třídy velkokapacitních zařízení a využil již existující protokol včetně sady plných SCSI příkazů. Další výhodou je možnost připojit zařízení bez nutnosti instalovat ovladače z diskety. Tato výhoda se týká pouze systémů Windows 2000 a Windows XP. U systému Windows NT a Windows 98 je nutné k adaptéru dodat inf soubor, který systému řekne, jak má zařízení ovládat a který svůj ovladač má použít. USB rozhraní se používá na jiných SW i HW platformách. Pokud tedy zařízení patří do nějaké třídy a daný systém podporuje danou třídu, je zajištěna funkčnost těchto zařízení. Při hledání dokumentace k velkokapacitním zařízením jsem narazil na diskusní skupiny věnované platformě MacOS. Ze zběžného studia příspěvků vyplynulo, že tuto třídu zařízení podporuje i tento systém a adaptér by měl být funkční i v těchto systémech. 19

19 5. Třída velkokapacitních zařízení Tato kapitola má za úkol seznámit čtenáře s komunikačním protokolem používaným u velkokapacitních zařízení s využitím jednoho In Bulk a jednoho Out Bulk koncového bodu. Pro úplné pochopení všech principů a porozumění všem termínům v této a následujících kapitolách je nutné mít základní znalosti o logické struktuře USB sběrnici [3][1]. Tyto informace si lze nejlépe doplnit v dokumentaci k USB, a to v části věnované formátu paketů (kapitola 8, Protocol Layer) a struktuře používaného protokolu včetně všech používaných standardních příkazů (kapitola 9,USB Device Framework) [3]. Další informace k této třídě zařízení lze získat v [5] Podmínky nutné pro správnou funkci Pokud má adaptér správně komunikovat, musí být splněno několik základních podmínek. Zařízení musí mít nastaveny správně příznaky příslušnosti k dané třídě. Toto nastavení lze uskutečnit dvěma způsoby. Do dané třídy patří buď celé zařízení, nebo alespoň jedno z rozhraní (interface). Klíčové jsou tyto položky v deskriptorech zařízení. binterfaceprotocol hodnota této položky musí být nastavena na 50h. Toto číslo říká, že rozhraní (interface) používá pouze Bulk Only konfiguraci koncových bodů binterfaceclass hodnota této položky musí být nastavena na 08h. Tato hodnota určuje třídu velkokapacitních zařízení. binterfacesubclass hodnota této položky určuje, která skupina příkazů bude používána. Navrhovaný adaptér bude používat plné SCSI příkazy, a proto musí být hodnota této položky 06h. Názvy položek odpovídají konfiguraci zařízení, kdy každé rozhraní (interface) může patřit do jiné třídy zařízení. Pokud celé zařízení patří do dané kategorie, je nastavení obdobné. Tuto strategii jsem volil z důvodu další rozšířitelnosti. Pokud bych chtěl doimplementovat diagnostické funkce adaptéru, přidal bych pouze další rozhraní (interface), které by nepatřilo do žádné třídy. Pokud by celé zařízení patřilo do příslušné třídy, nebylo by to možné. Pro správnou funkci je dále nutné nakonfigurovat jeden koncový bod směrem k hostiteli a jeden směrem k zařízení. Oba koncové body jsou typu Bulk. Jednou ze zvláštností této třídy zařízení je, že sériové číslo výrobku uložené v textovém řetězci v deskriptoru zařízení může obsahovat pouze znaky 0 až 9 a velká písmena A až F Vlastní protokol Tato podkapitola se zabývá vlastním protokolem. V tomto okamžiku se stává komunikace pomocí USB sběrnice transparentní. Celé si to lze představit tak, že máme dvě roury. Jednu pro dopravu dat směrem k hostiteli a jednu směrem od hostitele. Tuto transparentnost velmi jemně narušují pouze dva příkazy, o které je rozšířena sada příkazů pro detekci a konfiguraci USB zařízení. Tato komunikace probíhá na koncovém bodu 0 pro kontrolní přenosy. 20

20 Rozšiřující příkazy pro řidící koncový bod 0 Tato skupina příkazů je označována jako požadavky specifické pro danou třídu (class-specific request). Zpracování těchto příkazů probíhá stejně jako zpracování všech povinně implementovaných příkazů pro detekci a konfiguraci zařízení. Bulk-Only Mass Storage Reset tento příkaz slouží pro reset zařízení v případě, kdy se z nějakého důvodu nepodaří komunikovat pomocí daného protokolu. Nulováním se rozumí incializace připojeného zařízení a ne reset adaptéru a obvodu pro komunikaci po USB sběrnici. Po provedení tohoto příkazu jsou znovu zinicializovány koncové body, které používá zařízení třídy velkokapacitních zařízení, a je znovu inicializován program pro zpracování protokolu. Formát příkazu je uveden v následující tabulce (Tabulka 5.1 Formát příkazu Bulk-Only Mass Storage Class). Názvy a význam položek vychází z USB specifikace. bmrequesttype brequest wvalue windex wlength Data b b 0000h Interface 0000h None Tabulka 5.1 Formát příkazu Bulk-Only Mass Storage Class V položce windex je specifikováno, pro které rozhraní (inteface) USB zařízení je příkaz určen. Hodnota None v položce Data určuje, že je použito pro potvrzování schéma bez přenosu dat. Get Max LUN pomocí tohoto příkazu zjistí hostitel počet logických jednotek zařízení (LUN). Pokud zařízení nepodporuje více logických jednotek, může vrátit chybu (STALL). Každé SCSI zařízení může v sobě integrovat více logických zařízení. Lze si to představit jako multifunkční zařízení, které umí tisknout, scanovat, posílat faxy a je připojeno k počítači pomocí jednoho SCSI rozhraní. Každé takovéto zařízení dostane přiděleno své číslo logické jednotky, pomocí kterého je následně adresováno. V navrhovaném adaptéru bude této techniky využito pro rozlišení IDE jednotek. Formát příkazu je opět uveden v následující tabulce (Tabulka 5.2 Formát příkazu Get Max LUN). bmrequesttype brequest wvalue windex wlength Data b b 0000h Interface 0001h In Tabulka 5.2 Formát příkazu Get Max LUN Položka windex určuje rozhraní (interface), pro které je příkaz určen, stejně jako v předchozím případě. Hodnota In v položce Data určuje, že bude použito schéma pro přenos dat směrem k hostiteli. Logické jednotky mohou být adresovány v rozsahu 0 až 15, a proto na zjištění počtu stačí jeden byte. Tato hodnota je uložena v položce wlength a určuje maximální množství dat, které může být posláno. 21

21 Formát protokolu Protokol nepodporuje přenos dat oběma směry v rámci jednoho požadavku. Skládá se ze tří částí, které na sebe navazují. V první fázi je doručen požadavek. Tento požadavek je zabalen do datové struktury pojmenované Command Block Wrapper (CBW). Následuje přenos dat směrem k hostiteli nebo k zařízení. V této fázi také nemusí být přenesena žádná data. Následuje přenos stavových informací o úspěšnosti nebo neúspěšnosti daného příkazu. Tato informace je zabalena do datové struktury pojmenované Command Status Wrapper (CSW). Tento princip je zobrazen na následujícím obrázku (Obrázek 5.1 Fáze protokolu pro transport příkazů). Žádný další příkaz nesmí být poslán dříve než zařízení vrátí informaci o tom, jestli předchozí příkaz byl úspěšně nebo neúspěšně zpracován. Obrázek 5.1 Fáze protokolu pro transport příkazů Jak u CBW, tak u CSW jsou byty u více-bytový položek uspořádány tak, že významově nižší bity jsou na nižší adrese a významově vyšší bity jsou na vyšší adrese (little endian). 22

22 Command Block Wrapper (CBW) Tato datová struktura je vždy 31 bytů dlouhá a každá položka je vždy zarovnána na násobek bytu. Využívá se k přenosu požadavků směrem k zařízení. Význam a uspořádání jednotlivých položek je zobrazeno v následující tabulce (Tabulka 5.3 Struktura CBW). Bit Byte dcbwsignature 4-7 dcbwtag 8-11 dcbwdatatransferlength 12 bmcbwflags 13 Rezervováno bcbwlun 14 Rezervováno bcbwcblength CBWCB Význam jednotlivých položek : Tabulka 5.3 Struktura CBW dcbwsignature slouží pro snažší identifikaci začátku CBW. Hodnota uložená v těchto 4 bytech je vždy h. dcbwtag tato položka slouží k identifikaci jednotlivých požadavků. Tato hodnota je překopírována do CSW a hostitel si tímto způsobem ověřuje, že zařízení opravdu vrací výsledek příkazu na zadaný požadavek. Tato hodnota přiřazuje k CBW příslušný CSW, i když tento protokol nedovoluje zahájit zpracování dalšího požadavku, dokud nebyl vrácen stav předchozího požadavku. dcbwdatatransferlength velikost dat přenášených do zařízení nebo k hostiteli mezi CBW a CSW fází. Směr přenosu je určen příznakovým bitem. Pokud je velikost přenášených dat 0, nemá bit určující směr žádný význam a nebudou přenášena žádná data. bmcbwflags v této položce má význam pouze bit 7, který určuje směr přenosu dat mezi CBW a CSW. Hodnota 0 určuje směr přenosu k zařízení, hodnota 1 směrem k hostiteli. Bit 6 je vypuštěn a měl by být nula, bity 0 až 5 jsou rezervovány a také nulové. bcbwlun určuje číslo logické jednotky, pro kterou je příkaz určen. bcbwcblength určuje délku platných dat v CBWCB, jedná se o délku příkazového bloku. Povolené délka je 1 až 16. CBWCB v této položce je přenášen samotný příkaz, podtřída, do které dané USB zařízení patří, určuje, která skupina příkazů bude v této části přenášena. SCSI příkazy mají několik formátů a délek. Skutečná délka příkazu je uložena v položce bcbwcblength. Pokud je délka příkazu kratší než celková velikost CBWCB (16 bytů), musí se zbývající byty ignorovat. 23

23 Command Status Wrapper (CSW) Tato datová struktura je vždy 13 bytů dlouhá a každá položka je vždy zarovnána na násobek bytu. Využívá se k přenosu výsledku požadavků směrem k hostiteli. Význam a uspořádání jednotlivých položek je zobrazeno v následující tabulce (Tabulka 5.4 Struktura CSW). Bit Byte dcswsignature 4-7 dcswtag 8-11 dcswdataresidue 12 bcswstatus Význam jednotlivých položek : Tabulka 5.4 Struktura CSW dcswsignature slouží pro snažší identifikaci začátku CSW. Hodnota uložená v těchto 4 bytech je vždy h. dcswtag hodnoto získaná z příslušného CBW. Tato značka určuje příslušnost toho CSW k CBW. Hostitel takto může ověřit správnou komunikaci. dcswdataresidue tato hodnota určuje rozdíl mezi skutečnou a deklarovanou délkou přijatých nebo poslaných dat v závislosti na směru přenosu dat. bmcswstauts v této položce je vrácen příznak toho, zda zaslaný požadavek byl nebo nebyl úspěšně zpracován. Nenulová hodnota indikuje chybu. Význam jednotlivých hodnot je uveden v následující tabulce (Tabulka 5.5 Návratové hodnoty CSW). Hodnota 00h 01h 02h Význam Požadavek zpracován bez chyby Nepovedlo se zpracovat požadavek Chyba při komunikaci - zpracování některé fáze se nepovedlo 03h, 04h Rezervováno (vynecháno) 05h až FFh Rezervováno Tabulka 5.5 Návratové hodnoty CSW Při práci se zařízením může dojít k chybě a ve většině případů je nutné pro odstranění problému provést reset části starající se o komunikaci pomocí tohoto protokolu a uvést ji do předem definovaného incializovaného stavu. Chyba se obvykle indikuje pomocí STALL na příslušném koncovém bodu. Uvedení zařízení do předem definovaného stavu se skládá z příkazu pro Mass Storega Reset a z následného vymazání STALL příznaků na koncových bodech daného rozhraní 24

24 (interface). Diagram na následujícím obrázku (Obrázek 5.2 Postup při pokusu o získání CSW) zobrazuje postup hostitele při pokusu o získání CSW po odeslání CBW včetně možných chybových stavů a způsobu jejich řešení. Obrázek 5.2 Postup při pokusu o získání CSW 25

25 6. IDE Rozhraní Tato kapitola má za úkol přiblížit všechny rysy IDE rozhraní se zaměřením na způsob komunikace. Jedná se především o problematiku podporovaných protokolů spolu s maximální možnou přenosovou rychlostí. Bude zde uvedena i stručná charakteristika fyzického rozhraní. Znalosti o jednotlivých řidících vodičích rozhraní jsou nutné pro správné pochopení všech principů při komunikaci s IDE zařízením. Stále je nutné mít na paměti, že existují dvě základní skupiny IDE zařízení. První skupina se ovládá pomocí vestavěných registrů zařízení, typickým představitelem je pevný disk. Druhá skupina používá paketový přenos, příkazy jsou do jednotky přeneseny jako data, která jsou dekódována a následně interpretována. Do této skupiny patří všechna ATAPI zařízení, což jsou především jednotky DVD a CD-ROM. Podrobnější informace lze získat v dokumentaci věnované tomuto rozhraní [6] Fyzické rozhraní Topologie připojení Pomocí jednoho hostitele a jednoho datového kabelu mohou být připojena až dvě zařízení. První jednotka má číslo nula, též je někdy označovaná jako Master. Druhá jednotka má číslo jedna, je označovaná jako Slave. Pro správnou funkci je nutné správně nastavit propojky (jumpery) na obou jednotkách. Možné konfigurace připojení jsou zobrazeny na následujícím obrázku (Obrázek 6.1 Topologie připojení zařízení). Obrázek 6.1 Topologie připojení zařízení 26

26 Za problematickou lze označit poslední konfiguraci zobrazenou na předchozím obrázku. U Ultra DMA přenosů vyžaduje specifikace zakončení kabelu. V tomto případě kabel není nijak zakončen a dochází k odrazům na vedení. Tato konfigurace nemusí být vždy funkční, případně může degradovat výkonnost zařízení a nelze ji doporučit. Každé jednotce lze nastavit adresu 0 nebo 1 (Master nebo Slave). Toto nastavení se provádí dvěma způsoby. Pomocí propojek Každé jednotce se příslušná adresa nastaví pomocí příslušné propojky. Je tedy na uživateli, aby provedl nastavení korektně. Pokud budou mít obě jednotky stejnou adresu, nebude ve většině případů pracovat správně ani jedno zařízení. Některá zařízení vyžadují pro správnou funkci nastavení další propojky i v případě, kdy je k hostiteli připojena pouze tato jednotka. Tento mód bývá označován jako Single. Pomocí datového kabelu Jeden z vodičů kabelu je označen CSEL. Tento vodič je na straně hostitele uzemněn. Pokud je jednotka nastaven v režimu Cable Select, určuje se adresa daného zařízení z logické hodnoty na tomto pinu daného konektoru. Jeden z konektorů kabelu sloužících k připojení zařízení nemá tento signál k danému pinu připojen. Pokud je logická hodnota nula na tomto pinu, jednotka si přiřadí adresu 0. Pokud je nezapojen, vyhodnotí tento stav jako logickou jedničku a adresa zařízení bude 1. Tento princip přidělování adresy je zobrazen na následujícím obrázku (Obrázek 6.2 Adresa jednotek při nastaveném Cable Select). Obrázek 6.2 Adresa jednotek při nastaveném Cable Select Výše uvedené požadavky je nutné mít vždy na paměti při konfiguraci a připojování IDE zařízení. Ve většině případů je nefunkčnost zařízení způsobena díky špatnému nastavení adresy. Specifikace nevyžaduje po hostiteli, aby dokázal pracovat s jednou připojenou jednotkou s adresou nastavenou na 1, tedy Slave. Tato vlastnost je čistě na vůli výrobce. Navrhovaný adaptér tuto funkci nepodporuje. Pro komunikaci s využitím protokolu Ultra DMA na rychlostech 66, 100 a 133 Mb/s specifikace vyžaduje použití modifikovaného datového kabelu. Mezi vodiče pro přenos informací je vložen další vodič, který je uzemněn. Díky tomu je dosaženo další odstínění za cenu zdvojnásobení počtu vodičů. Zpětná kompatibilita mezi novým a starým typem kabelu je zaručena. Obvod Philips ISP1581 použitý v tomto adaptéru podporuje přenosy do maximální rychlosti 33Mb/s, a není tedy třeba použít nového 80 žilového kabelu. 27

27 Význam jednotlivých signálů V této podkapitole je popsán základní význam všech vodičů rozhraní. Některé signály jsou časově multiplexovány a mohou být aktivní v různých úrovních. Signál aktivní v nízké úrovni má před svým názvem pomlčku. Celkově je rozhraní založeno na 5V logice s možností přechodu některých signálů do stavu vysoké impedance. -CS (1:0) 2 bitový signál pro určení adresy registru disku. DA (2:0) 3 bitový signál taktéž pro určení adresy registru disku. -DASP časové multiplexovaný signál pro signalizaci přítomnosti jednotky 1 jednotce 0, následně je využíván k signalizaci činnosti jednotky. Tato indikace nemusí být synchronní s prováděním příkazů. DD (15:0) 16 bitová datová sběrnice pro přenos příkazů i dat z a do zařízení. -DIOR, -HDMARDY, -HSTROBE časově multiplexovaný signál. o -DIOR pokud přistupujeme přímo k registrům jednotky, jde o výkonný signál pro čtení obsahu registru adresovaného signály -CS a DA. o -HDMARDY signál pro indikaci připravenosti hostitele přijímat data od zařízení při DMA přenosech. o -HSTROBE výkonný signál pro platnost dat při DMA přenosu od hostitele k zařízení. -DIOW, STOP časově multiplexovaný signál. o -DIOW pokud přistupujeme přímo k registrům jednotky, jde o výkonný signál pro zápis do registru adresovaného signály -CS a DA. o STOP signál, kterým hostitel informuje zařízení, že DMA přenos byl ukončen. -DMACK signál pro potvrzení požadavku zařízení na DMA přenos. DMARQ požadavek DMA přenosu ze strany zařízení. INTRQ zařízení signalizuje požadavek na přerušení a obsluhu hostitelským systémem. IORDY, -DDMARDY, DSTROBE multiplexovaný signál pro prodloužení zápisového nebo čtecího cyklu nebo řízení DMA přenosu. o IORDY tímto signálem zařízení hostiteli říká, že není ještě připraveno pro další zápisový nebo čtecí cyklus do registru. o DDMARDY slouží pro signalizaci hostiteli, že zařízení je připraveno na DMA přenos při přesunu dat od hostitele k zařízení. o DSTROBE výkonný signál při DMA přenosu od zařízení k hostiteli, platná je nástupná i sestupná hrana. Přenos lze dočasně pozastavit přerušením generování tohoto signálu -PDIAG, -CBLID signál pro získání dalších informací o zařízeních a typu kabelu. o -PDIAG signál říkající jednotce 0, že jednotka 1 ukončila diagnostiku. o -CBLID pomocí tohoto signálu lze za určitých okolnosti určit typ kabelu, pomocí kterého jsou zařízení připojena (80/40 žil). -RESET signál pro HW reset obou IDE jednotek. CSEL signál určující adresu zařízení, pokud si jednotka nastavuje adresu podle Cable Select a ne pomocí propojek. 28

28 Adresa registrů V následující tabulce (Tabulka 6.1 Adresy registrů) jsou uvedeny hodnoty signálu DA a CS pro přístup k jednotlivým registrům zařízení. Některé registry jsou určeny pouze pro čtení nebo pro zápis. Pokud dojde k zápisu do registru určeného pouze pro čtení, dojde k zápisu do úplně jiného registru. Z těchto důvodů je v tabulce rozlišován typ operace s registrem. Adresa registru Registr CS1 CS0 DA2 DA1 DA0 Čtení Zápis L L x x x Data bus high impedence - H L L x x Data bus high impedence - H L H L x Data bus high impedence - H L H H L Alternate Status Device Control H L H H H - - L H L L L Data Data L H L L H Error Features L H L H L Sector Count Sector Count L H L H H Sector Number Sector Number LBA (7:0) LBA (7:0) L H H L L Cylinder Low Cylinder Low LBA (15:8) LBA (15:8) L H H L H Cylinder High Cylinder High LBA (23:16) LBA (23:16) L H H H L Device/Head Device/Head LBA (27:24) LBA (27:24) L H H H H Status Command H H x x x Špatná adresa Špatná adresa Tabulka 6.1 Adresy registrů Znak H označuje aktivní signál a znak L neaktivní signál. Tyto znaky neoznačují skutečnou úroveň signálu, ta se odvíjí od toho, zda je signál aktivní v nízké nebo ve vysoké úrovni. Pokud nemám signál vliv na výběr registru, je v příslušném políčku znak x. 29

29 6.2. Význam jednotlivých registrů Při práci s IDE jednotkou je třeba rozlišovat, zda se jedná o diskové zařízení ovládané pomocí registrů nebo ATAPI zařízení. Některé principy a přístupy jsou pro obě skupiny zařízení shodné, jiné jsou vyhrazeny pouze pro příslušnou skupinu. Obě skupiny zařízení mají registry, pomocí kterých se jednotka řídí, nebo se jí doručují pakety s příkazy. Význam jednotlivých bitů v příslušném registrů může být závislý na typu zařízení nebo právě zpracovávaném příkazu. Popis všech registrů včetně všech významných bitů je uveden níže. Tento popis je orientační, slouží pouze k seznámení s jejich významem a je nutný pro pochopení dalšího výkladu. Znak R označuje bit, který je rezervován, znak # bit, jehož význam je závislý na použitém příkazu, a znak O bit, který je vynechán oproti dřívější specifikaci Data register Jediný 16 bitový registr. Používá se k přímém přístupu k registrům jednotky v závislosti na hodnotě signálu DA a -CS a pro přenos dat. V případě přístupu k 8 bitovým registrům se musí horní byte tohoto registru ignorovat. Využívá se také k přenosu dat pomocí PIO protokolu, kdy přístup k němu plánuje řidící procesor. Při DMA přenosech se používá také k přenosu dat, ale o řízení se stará jednotka společně s hostitelem, což nemusí být řidící procesor. Data tak mohou být přenášena bez účasti procesoru pomocí přímého přístupu do paměti. Tohoto principu je využíváno v navrhovaném adaptéru, kdy data z jednotky jsou přenášena přímo do vyrovnávací paměti koncového bodu. Použitý obvod Philips v adaptéru podporuje standardní PIO a DMA protokol. Z tohoto důvodu je schopen přenášet data i v PIO režimu bez účasti procesoru, což běžný IDE hostitel nedokáže. Přístup : čtení, zápis Error register Tento registr slouží pro indikaci úspěšnosti nebo neúspěšnosti právě vykonaného příkazu. Jeho obsah je platný, pokud není nastaven příznak BSY a DRQ a současně je aktivní příznak ERR. V tomto registru je také uložen výsledek diagnostiky jednotky po resetu (HW reset, SW reset a příkazem DEVICE RESET). Po vykonání příkazu pro diagnostiku jednotky je v tomto registru uveden výsledek pouze v případě nastaveného bitu ERR # # # # # ABRT # # Tabulka 6.2 Rozložení bitů Error registru ABRT příznak říkající, že zpracování příkazu bylo přerušeno z důvodu špatného kódu příkazu, špatných parametrů nebo jiné chyby. Přístup : čtení 30