1各階段ATA接口的技術(shù)概況
ATA-1在主板上有一個(gè)插口，支持一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)從設(shè)備，每個(gè)設(shè)備的最大容量為504MB，支持的PIO-0模式傳輸速率只有3.3Mb/s。ATA-2是對(duì)ATA-1的擴(kuò)展，習(xí)慣上也稱(chēng)為EIDE(EnhancedIDE)或FastATA。它在ATA的基礎(chǔ)上增加了2種PIO和2種DMA模式(PIO-3)，不僅將硬盤(pán)的最高傳輸率提高到16.6Mb/s，還同時(shí)引進(jìn)LBA地址轉(zhuǎn)換方式，突破了固有的504MB的限制，可以支持最高達(dá)8.1GB的硬盤(pán)。ATA-3沒(méi)有引入更高速度的傳輸模式，在傳輸速度上并沒(méi)有任何的提升，最高速度仍舊為16.6Mb/s。只在電源管理方案方面進(jìn)行了修改，引入了簡(jiǎn)單的密碼保護(hù)的安全方案。
從ATA-4接口標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)始正式支持UltraDMA數(shù)據(jù)傳輸模式，因此也習(xí)慣稱(chēng)ATA-4為UltraDMA33或ATA33。首次在ATA接口中采用了DoubleDataRate(雙倍數(shù)據(jù)傳輸)技術(shù)，讓接口在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)兩次，時(shí)鐘上升和下降期各有一次數(shù)據(jù)傳輸，這樣數(shù)據(jù)傳輸速率一下從16Mb/s提升至33Mb/s。ATA-5也就是“UltraDMA66”，也叫ATA66，是建立在UltraDMA33硬盤(pán)接口的基礎(chǔ)上，同樣采用了UDMA技術(shù)。UltraDMA66讓主機(jī)接收/發(fā)送數(shù)據(jù)速率達(dá)到66.6Mb/s，是U-DMA/33的兩倍。保留了上代UltraDMA33的核心技術(shù)--冗余校驗(yàn)技術(shù)(CRC)。ATA-6也是使用40針80芯的數(shù)據(jù)傳輸電纜，并且ATA100接口完全向下兼容，支持ATA33、ATA66接口的設(shè)備，完全可以繼續(xù)在ATA100接口中使用。
2ATA接口技術(shù)在加固產(chǎn)品中的應(yīng)用
2013年筆者在調(diào)試加固計(jì)算機(jī)時(shí)候發(fā)現(xiàn)以下異常現(xiàn)象：在開(kāi)機(jī)BIOS自檢階段，硬盤(pán)信息顯示為QT940817AM1.AA@(正常應(yīng)為ST940817AM3.AAB)，主板在完成PCIBusListing后，停滯不動(dòng)，不能進(jìn)一步引導(dǎo)操作系統(tǒng)。重新啟動(dòng)多次，問(wèn)題能重復(fù)出現(xiàn)。
2.1主板對(duì)硬盤(pán)信息讀取鏈路
主板對(duì)硬盤(pán)信息讀取鏈路框圖
2.2硬盤(pán)信息錯(cuò)誤原因
從主板到硬盤(pán)之間經(jīng)過(guò)多道轉(zhuǎn)接，任何兩個(gè)接觸部分的接觸不良，均會(huì)引起IDE信號(hào)連接的不可靠，從而造成硬盤(pán)信息讀取錯(cuò)誤。當(dāng)問(wèn)題復(fù)現(xiàn)時(shí)，重新插拔、晃動(dòng)主板，操作系統(tǒng)能夠正常啟動(dòng)。通過(guò)分析，可以判斷計(jì)算機(jī)無(wú)法啟動(dòng)的故障是由于機(jī)箱底板上IDE信號(hào)的接觸不良引起的。為了進(jìn)一步判斷哪一個(gè)信號(hào)的接觸不良會(huì)造成該問(wèn)題，通過(guò)一條測(cè)試用的IDE線(xiàn)纜連接硬盤(pán)和底板上的IDE插座，人為地?cái)嚅_(kāi)測(cè)試IDE線(xiàn)纜上的每一個(gè)IDE信號(hào)進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)測(cè)試IDE線(xiàn)纜的D9信號(hào)斷開(kāi)時(shí)，設(shè)備也出現(xiàn)了QT940817AM1.AA@的錯(cuò)誤信息，而且設(shè)備的系統(tǒng)無(wú)法啟動(dòng)。綜合以上信息，表明機(jī)箱底板上IDE信號(hào)的D9信號(hào)接觸不良是造成加固計(jì)算機(jī)無(wú)法正常啟動(dòng)的根本原因。加固計(jì)算機(jī)底板上CPCI連接器與底板印制板之間的接觸不良，導(dǎo)致主板與硬盤(pán)之間的電氣連接不完整。當(dāng)D9數(shù)據(jù)位接觸不良時(shí)，主板讀取的硬盤(pán)信息就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤，且每次錯(cuò)誤的信息有規(guī)律。
2.3硬盤(pán)信息錯(cuò)誤原理分析
主板檢測(cè)硬盤(pán)，讀到硬盤(pán)錯(cuò)誤的信息為QT940817AM1.AA@，而正確的信息應(yīng)為ST940817AM3.AAB。由于IDE有16位數(shù)據(jù)位D[15…0]，每次讀取兩個(gè)字節(jié)，D[15…8]為高字節(jié)，D[7…0]為低字節(jié)。IDE每次讀取高字節(jié)的D9位時(shí)，由于接觸不良自動(dòng)將該位設(shè)置為0，如果信息的該位為1，則產(chǎn)生錯(cuò)誤。具體見(jiàn)硬盤(pán)信息通過(guò)IDE鏈路前后對(duì)照表1。對(duì)比這兩種狀態(tài)，有三個(gè)字母產(chǎn)生差異，這與實(shí)際情況吻合。在主板完成PCIBusListing后，開(kāi)始讀取硬盤(pán)主引導(dǎo)區(qū)中的系統(tǒng)啟動(dòng)信息，由于IDE的D9位讀寫(xiě)錯(cuò)誤，導(dǎo)致讀取到的啟動(dòng)信息錯(cuò)誤，所以無(wú)法正常引導(dǎo)操作系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)只能停留在這個(gè)階段。
2.4解決的方法
機(jī)箱底板上IDE信號(hào)接觸不良能夠引起加固計(jì)算機(jī)無(wú)法正常啟動(dòng)的問(wèn)題，為徹底消除這種隱患，在底板印制板上對(duì)所有的IDE信號(hào)進(jìn)行點(diǎn)焊錫處理。采取措施后，經(jīng)多次的啟動(dòng)驗(yàn)證，設(shè)備均啟動(dòng)、運(yùn)行正常。
3結(jié)束語(yǔ)
隨著IT行業(yè)的不斷發(fā)展，硬盤(pán)技術(shù)也在不斷地更新?lián)Q代。并行ATA接口從ATA1接口發(fā)展到ATA6，硬盤(pán)的速度和存取數(shù)據(jù)的可靠性和穩(wěn)定性在不斷提高。但是，這種并行接口的電纜屬性、連接器和信號(hào)協(xié)議在ATA-6后都表現(xiàn)出了很大的技術(shù)瓶頸，在技術(shù)上突破這些瓶頸存在相當(dāng)大的難度。新型的硬盤(pán)接口標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)生也就在所難免。
完全不同于并行ATA接口，串行ATA以連續(xù)串行的方式傳送資料，在同一時(shí)間點(diǎn)內(nèi)只會(huì)有1位數(shù)據(jù)傳輸。這種技術(shù)極大地簡(jiǎn)化了接口的針腳數(shù)目，只用四個(gè)針就完成了所有的工作。串行ATA工作的時(shí)候，第1針發(fā)出數(shù)據(jù)、第2針接收數(shù)據(jù)、第3針向硬盤(pán)供電、第4針為地線(xiàn)。和我們的習(xí)慣性思維帶來(lái)的想法相反，這種串行接口技術(shù)將提供比并行接口技術(shù)更高的傳輸速率，同時(shí)還將降低電力消耗，減小發(fā)熱量。
作者：陳威 單位：江蘇自動(dòng)化研究所