Параллельный интерфейс АТА

Параллельный интерфейс АТА представляет собой шину, в которой все сигналы соответствуют стандартной логике ТТЛ:

♦ высокий уровень выходного сигнала не ниже 2, 4 В (при токе до 400 мкА, сигнал DMARQ — до 500 мкА), низкий уровень не выше 0, 5 В (при токе 4 мА, для линии DASP ради совместимости со старыми устройствами — 12 мА);

♦ высокий уровень входного сигнала не ниже 2, 0 В, низкий уровень не выше 0, 8 В.

Все информационные сигналы интерфейса передаются через 40-контактный разъем, у которого ключом является отсутствующий на вилке и закрытый на розетке контакт 20. Использование в качестве ключа выступа на корпусе розет­ки и прорези в бандаже вилки стандартом не приветствуется. Для соединения устройств применяется плоский многожильный кабель-шлейф, длина кабеля не должна превышать 0, 46 м(18"), допустимая емкость проводников — неболее 35 пФ. Терминаторы стандартом не предусматриваются (они имеются в каждом устрой­стве и хост-адаптере), но если кабель с тремя разъемами (розетками) используют для подключения одного устройства, то устройство и хост-адаптер рекомендуется подключать к противоположным концам кабеля. Состав информационных сигна-

9.2. Интерфейс ATA/ATAPI (IDE)

лов интерфейса АТА приведен в табл. 9.3, вид кабеля — на рис. 9.2. В большин­стве кабелей одноименные контакты всех разъемов соединяются своими провода­ми и все коннекторы равноправны. Встречаются (редко) ленточные кабели с ка­бельной выборкой, изображенные на рис. 9.3. В них провод 28 перерезан, так что контакт 28 (CSEL) для ведущего устройства заземлен через хост-адаптер, а для ведомого — не подключен. Кабель должен соответствовать системе адресации, выбранной для обоих устройств.

Таблица 9.3. Интерфейс ATA (IDE)

¹ Тип сигнала для устройства: I — вход, О— выход, I/O — двунаправленный, TS — тристабильный, ОК —
открытый коллектор. Для хост-адаптера значения I и О имеют противоположный смысл.

² У старых устройств сигнал может иметь тип ОК (при разнотипных сигналах на одной шине возможен
конфликт).

³ Сигналы, приведенные после символа /, используются только в режиме Ultra DMA (AT A-4).

⁴ У ведущего устройства —' вход, у ведомого — выход.

⁵ У ведомого устройства — только выход.

⁶ Контакты 41-44 используются только для миниатюрных дисков.

⁷ Начиная с АТА-3 - только CSEL.

⁸ Начиная с АТ А-3 зарезервирован.

Глава 9. Интерфейсы устройств хранения

Рис. 9.3. Ленточный кабель интерфейса АТА с кабельной выборкой

Начиная с ATA/ATAPI-4 в шлейфах узаконили кабельную выборку и для под­ключения устройства 1 определили средний коннектор. В нем контакт 28 либо не соединен с проводом, либо просто отсутствует. Вполне понятно, что при исполь­зовании кабельной выборки хост-контроллер подключать к среднему коннектору нельзя (как и к правому на рис. 9.3). Если номер устройства назначается джампером, то для 40-проводного кабеля можно подключать устройства и хост-контроллер к любым коннекторам произвольно (но желательно избегать «висячих» концов).

Для устойчивой работы в режиме Ultra DMA рекомендуется применение 80-про-водных кабелей, обеспечивающих чередование сигнальных цепей и проводов схем­ной земли (GND). Такие кабели требуются для режимов UltraDMA выше 2 (ско­рость выше 33 Мбайт/с). Эти кабели разделываются на специальные разъемы, имеющие 40-контактные гнезда с обычным назначением контактов, но ножевые контакты для врезки 80 проводов. В шлейфе для схемной земли используются либо все четные, либо все нечетные провода — это зависит от применяемых разъемов (на них должна быть маркировка EVN GND или ODD GND соответственно). Установка

9.2. Интерфейс АТА/ATAPI (IDE)_______________________________________ 365

на одном шлейфе разнотипных разъемов недопустима (тогда все 80 проводов ока­жутся соединенными вместе). На 80-проводном кабеле в разъеме для подключения контроллера контакт 34 соединен с шиной GND и не соединен с проводом шлейфа; этим обеспечивается идентификация типа кабеля (CBLID). Провод шлейфа со­единяет контакты 34 разъемов устройств, что обеспечивает прохождение сигна­ла PDIAG* от ведомого устройства к ведущему. С учетом возможности кабельной выборки на 80-проводном шлейфе положение коннекторов уже однозначно.

♦ Коннектор хост-контроллера расположен на конце шлейфа, у него контакт 34 заземлен и не соединен со шлейфом. Корпус коннектора должен быть синего цвета.

♦ Коннектор устройства 0 расположен на противоположном конце шлейфа, у
него все контакты соединены со шлейфом. Корпус коннектора должен быть
черного цвета.

♦ Коннектор устройства 1 (необязательный) расположен в середине шлейфа, у него контакт 28 не соединен со шлейфом. Корпус коннектора должен быть серого цвета.

Если кабельная выборка не используется, то устройства 0 и 1 можно менять местами.

Спецификация АТА «узаконивает» как 40-контактный интерфейсный разъем, так и 4-контактный разъем питания (рис. 9.4), но для малогабаритных устройств пи­тание может подаваться по 44-проводному интерфейсному кабелю.

А б

Рис. 9.4. Разъемы интерфейса АТА (вилки на устройствах): а — интерфейсный, б — питания

Для большинства устройств применяется 40-контактный разъем с шагом контак­тов 2, 54 мм. Рядом с ним могут располагаться дополнительные контакты, служа­щие для конфигурирования устройства и технологических целей (диагностики и других операций по служебному последовательному интерфейсу). Спецификация AT A/ AT API предусматривает два варианта, приведенные на рис. 9.5, а и б. Здесь пустым квадратиком обозначены позиции ключевых (пропущенных) выводов, контакты 1-40 используются для интерфейса (см. табл. 9.3), а контакты А-Н — для установки джамперов (табл. 9.4) и технологических целей. Для миниатюрных устройств предназначен 50-контактный разъем с шагом выводов 2 мм (рис. 9.5, в), у которого контакты 1-44 соответствуют табл. 9.3, контакты A-D — табл. 9.4 (ис­пользуются для конфигурирования, а пара пропущенных контактов является до­полнительным ключом). Для 50-контактного кабеля принято назначение выводов накопителей IBM Thinkpad/Travelstar:

♦ контакт А через резистор 10 кОм соединяется с шиной +5 В;

♦ контакт В для устройства задает его роль: низкий уровень — устройство 0, высо­кий — устройство 1;

366________________________________ Глава 9. Интерфейсы устройств хранения

♦ контакт С определяет режим устройства по включении питания: низкий уро
вень — Standby, высокий — Idle;

♦ контакт D соединяется с контактом 28 (CSEL) и через резистор 10 кОм — с ши­ной +5 В.

Это назначение, позволяющее конфигурировать и адресацию, и режим потребле­ния, применяется не на всех устройствах. На винчестерах фирмы Toshiba контак­ты А и В могут использоваться как выход и вход последовательного интерфейса (В подтянут к шине +5 В через резистор 47 кОм), С — GND, D — роль устройства (низкий уровень для устройства 1).

Рис. 9.5. Дополнительные контакты на разъемах интерфейса АТА: а — SFF8057, б — SFF8058, в — SFF8212 (50-контактный разъем)

Таблица 9.4. Использование дополнительных контактов

Для малогабаритных внешних устройств-существует довольно распространенный разъем HP 36, но в спецификацию ATA/ATAPI он не входит. Для устройств хра­нения на флэш-памяти используется коннектор, соответствующий спецификации CompactFlash Association.

В документации на устройства могут быть указаны несколько отличающиеся обо­значения сигналов. Здесь приведены обозначения из стандарта ATA/ATAPI-4.

♦ RESET* (Device Reset) — сброс устройства (инвертированный сигнал сброса системной шины). Сигнал длительностью не менее 25 мкс вырабатывается пос­ле установления питающих напряжений. Сигнал вызывает сброс интерфейса в исходное состояние и устанавливает параметры по умолчанию.

Э.2. Интерфейс АТА/ATAPI (IDE) ___________________________________ 367

♦ DA[2: 0] (Device Address) — три младших бита системной шины адреса, исполь­зуемые для выбора регистров устройств.

♦ DD[15: 0] (Device Data) — двунаправленная 16-битная шина данных между адап­тером и устройствами. При 8-битных обменах используются младшие биты D[7: 0]. У устройства не должно быть «подтягивающего» резистора на линии DD7 — на хост-контроллере эта линия через резистор 10 кОм соединена с ши­ной GND. Это позволяет хосту определить факт отсутствия устройства на шине сразу после аппаратного сброса: при чтении регистра состояния отсутству­ющего устройства бит BSY окажется сброшенным.

♦ DIOR* (Device I/O Read) — строб чтения портов ввода-вывода. Данные фикси­руются по положительному перепаду сигнала.

♦ DIOW# (Device I/O Write) — строб записи портов ввода-вывода. Данные фик­сируются по положительному перепаду сигнала.

♦ IORDY (I/O channel Ready) — готовность устройства завершить цикл обмена. Низким уровнем сигнала во время цикла обмена устройство может ввести такты ожидания шины. Сигнал требуется при обмене в РЮ Mode 3 и выше. На хост-контроллере эта линия через резистор 1 кОм должна подтягиваться к шине питания.

♦ IOCS16* — разрешение 16-битных операций. Обращение ко всем регистрам, кроме регистра данных, всегда 8-битное. Для РЮ Mode 0, 1, 2 при активном сигнале обращения 16-битные, при неактивном — 8-битные. Для РЮ Mode 3, 4 и DMA все обмены 16-битные, кроме дополнительных байтов (выходящих за границу 512-байтного сектора) «длинного» считывания и записи. Начиная с ATA/ATAPI-3 не используется.

♦ DMARQ (DMA Request) — запрос обмена по каналу DMA (необязательный). При разрешении обмена сигнал (высокий уровень) вводится устройством по готовности к обмену. Введя сигнал DMARQ, устройство должно дождаться под­тверждения от хост-адаптера сигналом DMACK*, после чего может снять запрос DMARQ. Для очередной передачи запрос должен быть введен снова. В режиме Multiword DMA запрос может удерживаться на время передачи всех данных. Выход должен быть тристабильным, во время работы с DMA он может быть в активном состоянии (0 или 1) только у выбранного устройства. В АТА-1 для
этого сигнала мог использоваться как тристабильный, так и стандартный ТТЛ-
выход. Работа на одной шине устройств с разнотипными выходами DMARQ может привести к конфликтам. На хост-контроллере линия должна соединять­ся с шиной GND через резистор 5, 6 кОм.

♦ DMACK# (DMA Acknowledge) — подтверждение DMA. Сигнал вырабатывает­ся хост-адаптером как подтверждение цикла передачи. Передача слова данных управляется сигналами DIOR* или DIOW*. Во время обмена по каналу DMA сигналы IOCS16#, CSO# и CS1# не используются, обмен всегда производит­ся 16-битными словами.

♦ INTRQ (Interrupt Request) — запрос прерывания. Выход должен быть триста­бильным, активный сигнал (логическую единицу) вырабатывает только вы-

368________________________________ Глава 9. Интерфейсы устройств хранения

бранное устройство, когда у него имеется необслуженный запрос прерывания и его вырабатывание не запрещено битом n IE N в регистре Device Control.За­прос сбрасывается по сигналу RESET*, установке бита SRST в регистре Devi се Control, записи в регистр команд или чтении регистра состояния. При обме­нах PIO запрос устанавливается в начале передачи каждого блока (сектора или группы секторов при многосекторных операциях). Исключения: по командам Format Track, Write Sector(S), Write Buffer и Write Long в начале пере­дачи первого блока данных запрос прерывания не вырабатывается. При обме­нах DMA запрос прерывания вырабатывается только по завершении операции. На хост-контроллере эта линия через резистор 10 кОм должна подтягиваться к шине GND.

♦ CSO# (Chip Select 0) — сигнал выбора блока командных регистров (Command Block Registers). Для первого канала он вырабатывается при наличии на сис­темной шине адреса порта ввода-вывода в диапазоне! FOh-lF7h (сигнал так­ же называют CS1FX*).

♦ CS1# (Chip Select 1) — выбор блока управляющих регистров (Control Block
Registers). Для первого канала он вырабатывается при наличии на системной шине адреса порта ввода-вывода в диапазоне 3F6h-3F7h (часто этот сигнал называется CS3FX*).

♦ PDIAG* (Passed Diagnostics) — сигнал о прохождении диагностики. Ведущее устройство наблюдает за этим сигналом, который ведомое устройство должно выработать в ответ на сброс или команду диагностики. Если ведомое устрой­ство обнаружено (по сигналу DASP#), ведущее устройство ожидает сигнал в те­чение 31с после сброса и 6 с после команды диагностики. Если за это время сигнал не появился, ведущее устройство отмечает этот факт установкой бита 7 регистра ошибок. Если ведомое устройство не обнаружено, ведущее обнуляет регистр состояния ведомого устройства и сообщает свое состояние сразу после завершения собственной самодиагностики. Сигнал служит только для связи двух устройств и хост-адаптером не используется (в АТА-4 контакт задейство­ван для сигнала CBLID*).

♦ CBLID* (Cable assembly type identifier) — идентификация типа кабеля. В 80-проводной сборке контакт 34 на разъеме хост-адаптера соединяется с шиной GND, а контакты 34 разъемов устройств соединяются между собой, но связи с разъ­емом хост-адаптера не имеют. На устройстве эта линия через резистор 10 кОм должна подтягиваться к шине питания. После прохождения сброса (когда сиг­нал PDIAG* снимается) хост может определить наличие 80-проводного кабеля по низкому уровню сигнала.

♦ DASP# (Device Active, Slave Present) — сигнал двойного назначения: индика­тор активности устройства и присутствия ведомого устройства. Устройства имеют выход типа «открытый коллектор» с нагрузочным резистором 10 кОм к шине +5 В. После сброса по сигналу RESET* или при инициализации по вклю­чении питания оба устройства в течение 1 мс должны деактивировать этот сиг­нал, после чего не позже чем через 400 мс его вводит ведомое устройство для сообщения о своем присутствии. Ведущее устройство не активирует этот сиг-

9.2. Интерфейс АТА/ATAPI (IDE) 369

нал в течение 450 мс. Сигнал деактивируется ведомым устройством после по­лучения им команды или через 31 с автоматически (смотря что произойдет раньше). После этого сигнал может быть введен любым устройством как инди­катор активности. Адаптер использует этот сигнал для включения светодиод­ного индикатора доступа к диску.

♦ SPSYNC/CSEL (Spindle Synchronization/Cable Select) — синхронизация шпин­деля или выборка кабелем. Сигнал двойного назначения, которое должно быть единым для обоих устройств. Сигнал SPSYNC позволяет синхронизировать шпиндели устройств (актуально для RAID-массивов); используется по усмот­рению производителя накопителя, начиная с ATA/ATAPI-3 этот сигнал из спецификации изъят. Сигнал CSEL позволяет устройствам определять свой адрес по положению на специальном кабеле с разрывом провода 28 между разъемами двух устройств (малораспространенная «кабельная выборка»). Эта линия на хост-адаптере заземлена, и ведущее устройство получает заземленную линию, а ведомое — неподключенную. На устройстве линия подтягивается к высоко­му уровню резистором 10 кОм. Состояние сигнала (если он управляется хост-адаптером) должно удерживаться по крайней мере 31с после сигнала RESET*.

При использовании режима Ultra DMA четыре линии получают новое назначе­ние сигналов.

♦ STOP (Stop Ultra DMA burst) — останов передачи пакета Ultra DMA.

♦ DDMARDY* (Device Ultra DMA ready) — готовность устройства при приеме па­кета Ultra DMA (управление потоком).

♦ DSTROBE (Host Ultra DMA data strobe) — строб данных устройства при пере­даче пакета хосту. Данные передаются по обоим перепадам DSTROBE.

♦ HDMARDY* (Host Ultra DMA ready) — готовность хоста при приеме им пакета Ultra DMA (управление потоком).

♦ HSTROBE (Host Ultra DMA data strobe) — строб данных хоста при передаче па­кета устройству. Данные передаются по обоим перепадам HSTROBE.

Для блокнотных ПК в стандарте имеется вариант интерфейса IDE на 68-контакт­ном разъеме PCMCIA (PC Card), приведенный в табл. 9.5. Здесь имеется ряд спе­цифичных сигналов.

♦ SELATA* (Select 68-pin ATA) — сигнал, которым хост идентифицирует режим использования разъема, PC Card (сигнал снят) или АТА (сигнал установлен, то есть низкий уровень). Этот сигнал хост должен установить до подачи питания на коннектор. В течение 19 мс после подачи питания устройство игнорирует все интерфейсные сигналы, кроме этого. Если этот сигнал активен, то устройство должно сконфигурироваться на режим АТА. Если сигнал неактивен, оно должно сконфигурироваться на режим PC Card или не отвечать на другие сигналы хоста.

♦ CD1 # и CD2# (Card Detect) заземляются в устройстве — по этим сигналам хост определяет присутствие устройства.

♦ CS1# (Device chip select 1) — выбор устройства, подается хостом на оба кон­такта (Ни 42), но устройство воспринимает только один из них.

Глава 9. Интерфейсы устройств хранения

♦ DMARQ, DMACK* и IORDY — не обязательны для использования.

♦ M/S# (Master/Slave) — инверсия сигнала CSEL. Хост выдает сигналы M/S# и CSEL до подачи питания, устройство воспринимает лишь один из них.

Для обеспечения «горячего» подключения разъем для цепи GND обеспечивает более раннее соединение при подключении и более позднее при отключении. В устройстве сигналы CSO#, CS1#, RESET* и SELATA* подтягиваются к пассивному состоянию.

Таблица 9.5.68-контактный интерфейс АТА для PC Card (PCMCIA) Контакт Сигнал Контакт Сигнал

9.2. Интерфейс АТА/ATAPI (IDE)_______________________________________ 371

Для компьютеров класса ЛТ существует 8-битная версия интерфейса, называемая XT-IDE, реже — XT-Bus. Этот интерфейс [2, 5], как и AT А, реализован на 40-провод-ном кабеле, и многие его сигналы совпадают с 16-битной шиной AT А. Интерфейс XT-IDE можно рассматривать как подмножество AT А, хотя прямой совместимо­сти нет. Ряд устройств АТА имеют джампер выбора режима XT/AT (в накопите­лях Seagate на это указывает окончание «АХ» в обозначении модели).