关于 ATA 的问题

Posted 2023-03-29

【中文标题】关于 ATA 的问题

【英文标题】：Questions about ATA

【发布时间】：2021-11-29 20:55:25

【问题描述】：

现在我想实现 ATA PIO 和 ATA DMA（PCI 总线主控）驱动程序。我为他们阅读了 OSdev wiki 页面，经过一整天的折腾，我终于对 ATA 驱动器有了很多了解，但是这些文章让我在阅读了一些部分后提出了一些问题：

1) 在 IDENTIFY 部分中，它讨论了 ATAPI 和 SATA 如何中止 IDENTIFY 命令并用识别字节填充 0x1f4 和 0x1f5，有人告诉我这对于 SATA 驱动器是错误的，我需要对此进行澄清。

2)如果我想改用 DMA，PIO 页面中对驱动器类型的检测是否仍然相同？

3)根据osdev ATA DMA页面：

总线主控寄存器的“地址”存储在磁盘控制器的 PCI 配置空间中的 BAR4 中。巴士大师 寄存器一般是一组 16 个顺序的 IO 口。它也可以 一个 16 字节的内存映射空间。

如果有人能尽可能深入地解释该部分并澄清其真实性，我将非常高兴。

【参考方案1】：

1) 在 IDENTIFY 部分中，它讨论了 ATAPI 和 SATA 如何中止 IDENTIFY 命令并用识别字节填充 0x1f4 和 0x1f5，有人告诉我这对于 SATA 驱动器是错误的，我需要对此进行澄清。

如果是 SATA 驱动器，则必须连接到 SATA 控制器；和：

a) 如果 SATA 控制器处于“传统（并行）ATA 控制器仿真”模式；那么重点是它模拟了旧硬件，因此旧操作系统（不支持 SATA）仍然可以工作，所以你必须期望它可以正常工作。

b) SATA 控制器处于某种其他模式（本机模式、RAID 模式）并且不模拟传统（并行）ATA 控制器；并且您的旧（并行）ATA 控制器驱动程序根本无法工作。请注意（因为 Windows 已经支持 SATA/AHCI 超过 15 年了）这对于今天仍在使用的计算机来说是最有可能的情况。

2)如果我想改用 DMA，PIO 页面中的驱动器类型检测是否仍然相同？

是的。

更具体地说；您识别驱动器的功能并查看它支持什么；并确定磁盘控制器支持什么，电缆支持什么（见注释）并知道你的驱动程序支持什么；然后您的驱动程序会自动选择所有 4 种事物（驱动器、电缆、控制器和驱动程序）都支持的最快选项。您不要试图做出错误的决定“无论硬件支持什么，我都会使用 UDMA 模式 2”，然后期望硬件会神奇地为您的决定增加新的支持。

注意：早在 1990 年代，并行 ATA 遇到了由并行电缆中的导线之间的串扰引起的性能障碍；因此，为了实现更快的传输速度，他们将旧的 40 芯电缆升级为 80 芯电缆（在每条“使用过的”导线之间增加了一根接地线，以减少串扰）。这意味着驱动器可能会说它支持更快的 PIO 和 DMA 模式（并且控制器可能支持它们）；但电缆是旧的 40 芯电缆，尝试使用更快的传输模式会导致数据被电缆损坏。我不记得您是如何检测电缆类型的（我认为您检查了某种“感应”引脚，但是..）。

如果有人能尽可能深入地解释该部分并澄清其真实性，我将非常高兴。

PCI 配置空间中的“BAR”寄存器有几个位可以告诉您该区域是内存映射 IO（在物理地址空间中）还是 IO 端口；并且一些位（用于“地址”）被硬连线为零，以便您可以检测区域的大小（通过将 0xFFFFFFFFF 写入 BAR 并将其读回以确定硬连线到零的位)。

请注意，此信息（设备使用的内存区域和 IO 端口）可能应该在任何 PCI 驱动程序启动之前通过 PCI 总线枚举来完成。进一步来说;当您的驱动程序启动时，应该告诉它需要使用哪些 IO 端口和哪些内存映射区域（可能在内核被告知配置 IOMMU 和 IO 端口权限映射以允许您的驱动程序使用这些区域之后）；并且您的设备驱动程序应该没有理由关心这些信息最初来自 PCI 配置空间、ISA 即插即用、配置脚本或其他类型的总线（EISA、MCA、...）。

还要澄清它的真实性......

大多数 OSdev wiki 页面都是由没有经验的爱好者编写的，他们尝试阅读相关规范，可能误读/误解了一些内容，并且可能对规范的各个部分根本不感兴趣，然后写下一些东西来提供帮助（可能在以后硬件更改时不更新它）。

使用此信息的正确方法是阅读 OSdev wiki 页面以获得一些熟悉/使自己更容易阅读规范；然后阅读规格；然后返回并修复 wiki 页面中的所有错误。大多数人跳过最后一部分。有些人会跳过第一部分。

不要假设您可以单独从 wiki 页面编写驱动程序。它们不能替代实际规格。

【讨论】：

非常感谢，但我也听说该规范可能存在诸如 atapi 规范之类的问题。关于 Osdev 最难的事情是编写驱动程序。