plik

Elektronika Praktyczna 7/2002

K U R S

ì P r z e k o p y w a n i e î s i Í

przez  dostÍpn¹  dokumenta-
cjÍ  i†wybranie  najwaøniej-
szych  zagadnieÒ  zajÍ³o  mi
wiele dni. Niewiele przydat-
n y c h   i n f o r m a c j i   m o ø n a
znaleüÊ  w†Internecie.  Ta
niekorzystna dla konstrukto-
rÛw  sytuacja  sk³oni³a  mnie
do napisania tego artyku³u.
Jest dla mnie pretekstem do
usystematyzowania wczeúniej
zdobytej  wiedzy,  niezbÍdnej  do  samo-
dzielnego  przygotowania  programu  dla
mikrokontrolera  steruj¹cego  napÍdami
CD-ROM  lub  HDD.  Mam  nadziejÍ,  øe
artyku³  bÍdzie  pomocny  wielu  z†Was
podczas  projektowaniu  uk³adÛw  tego
rodzaju.

Sygna³y steruj¹ce w†IDE

Schemat blokowy ilustruj¹cy budo-

wÍ typowego dysku twardego przedsta-
wiono na rys. 1. DziÍki temu, øe
w†napÍdzie zintegrowano zaawansowane
funkcjonalnie uk³ady steruj¹ce odczytem
i†zapisem danych, uøytkownik ma do

nich  dostÍp  poprzez  stosun-
kowo  ³atwy  w†obs³udze  16-
bitowy interfejs IDE. W†zaleø-
noúci od aplikacji (kompute-
ry  stacjonarne,  przenoúne)
i†rozmiaru  dysku  twardego
(2,5î/3,5î)  lub  CD-ROM-u
wyrÛøniamy dwa rodzaje z³¹-
czy IDE (rys. 2):
- 40-pinowe o†rastrze 2,5mm,
- 44-pinowe o†rastrze 2,0 mm
(na pinach od 41 do 44 s¹

dodatkowe linie zasilania, sposÛb ich
pod³¹czenia zaleøy od typu dysku).

Maksymalna d³ugoúÊ kabla ³¹cz¹ce-

go kontroler z†napÍdem moøe wynosiÊ
46 cm.

Funkcje sygna³Ûw w†IDE

- CS0 - Chip Select 0†- s³uøy do wy-

boru rejestrÛw Command Block Re-
gisters.

- CS1 - Chip Select 1†- s³uøy do wy-

boru rejestrÛw Control Block Regis-
ters.

- DA1/2/3 - linie adresowe s³uø¹ do

wyboru  jednego  z  rejestrÛw  z†grupy
Command lub Control Block Registers
-  moøliwy  jest  wiÍc  dostÍp  do  16
rejestrÛw  (osiem  z†grupy  Control
i†osiem z†grupy Command).

- DASP - wyjúcie typu OC, do³¹czane

zazwyczaj do VCC poprzez rezystor
10k

Ω

(nie jest konieczny). Sygnalizu-

je aktywnoúÊ urz¹dzenia IDE, lub
obecnoúÊ urz¹dzenia pierwszego w†ka-
nale IDE. Moøna pod³¹czyÊ diodÍ
LED.

- DD0...15 - dwukierunkowa szyna da-

nych 8- lub 16-bitowa. Do wpisywa-
nia danych 8-bitowych wykorzystywa-
na jest mniej znacz¹ca czÍúÊ (tylko
do wpisywania danych do rejestrÛw).
Transmisja ìzwyk³ychî danych odby-
wa siÍ tylko w†trybie 16-bitowym.

- DIOR (Device I/O Read) - opadaj¹ce

zbocze sygna³u na tej linii powoduje
wyprowadzenie danych przez urz¹dze-

Od d³uøszego czasu obserwujÍ rosn¹ce zainteresowanie elektronikÛw wykorzystaniem napÍdÛw

CD i†dyskÛw twardych we w³asnych projektach. NajczÍúciej s¹ to pomys³y zbudowania

w³asnego odtwarzacza p³yt CD audio lub wykorzystanie dysku twardego jako noúnika dla

plikÛw MP3. Niestety, aby tego dokonaÊ, trzeba przebrn¹Ê przez obszern¹†dokumentacjÍ

standardu ATAPI oraz interfejsu IDE.

Sterowanie CD−ROM−ów i dysków
twardych w praktyce, część 1

IDE  (Integrated  Disc  Electronics)  oznacza
prosty  interfejs  umożliwiający  dołączenie  dysku
twardego  do  magistrali  ISA  komputera  PC.
ATA  (AT  −  Attachment)  jest  synonimem  IDE,
obecnie  powszechnie  stosowanym  przez
producentów  dysków  twardych.

Standard ATA opisuje sposób wymiany danych

pomiędzy sterownikiem i napędem.

K U R S

Elektronika Praktyczna 7/2002

nie IDE na magistralÍ DD0...15.
Natomiast narastaj¹ce zbocze na linii
powoduje akceptacjÍ danych po stro-
nie hosta. Host nie powinien reago-
waÊ na dane wystÍpuj¹ce na magist-
rali pomiÍdzy zboczami tego sygna³u.

- DIOW - (Device I/O Write) - narasta-

j¹ce zbocze tego sygna³u powoduje
zatrzaúniÍcie danych w†urz¹dzeniu.
DopÛki dane nie zostan¹†zatrzaúniÍte
sterownik napÍdu nie przywi¹zuje do
nich øadnej wagi.

- DMACK (DMA Acknowledge) - jest

sygna³em  wykorzystywanym  przy
transmisji  danych  z†udzia³em  DMA.
Jest pozytywn¹ odpowiedzi¹ (potwier-
dzeniem) ze strony hosta na ø¹danie
DMARQ  ze  strony  CD-ROM-u  lub
HDD.

- DMARQ (DMA Request) - sygna³ jest

ustawiany  przez  CD-ROM  lub  HDD,
gdy jest gotowy do transmisji danych
w†trybie DMA. W†trybie DMA øaden
z†sygna³Ûw CS0/1/2 nie powinien byÊ
ustawiony.  Dane  s¹  transmitowane
z†wykorzystaniem ca³ej szerokoúci ma-
gistrali  DD0...15  (w  trybie  16-bito-
wym).  Kierunek  transmisji  danych
jest  ustalany  za  pomoc¹  sygna³Ûw
DIOR, DIOW.

- INTRQ (Interrupt Request) - zg³osze-

nie ø¹dania obs³ugi przerwania. Syg-
na³ ten jest ustawiony, gdy urz¹dze-
nie jest wybrane i†gdy uk³ad steruj¹-
cy (host) skasowa³ bit nIEN w†rejes-
trze Device Control. Oczywiúcie, do-
³¹czony  napÍd  musi  ø¹daÊ  obs³ugi
przerwania.  Ø¹danie  przerwania  na-
stÍpuje w†wyniku zakoÒczenia wyko-
nywania  komendy  i†gotowoúci  do
transmisji  danych  w†trybie  PIO  (z
wyj¹tkiem  pierwszego  bloku).  Wy-
czyúciÊ ø¹danie przerwania moøna za
pomoc¹ ustawienia (na ì1î) linii RE-

SET, ustawienia bitu SRST w†rejest-
rze Device Control, zapisanie do re-
jestru Command przez hosta lub od-
czytanie rejestru Status przez hosta.

- IORDY - sygnalizuje brak gotowoúci

urz¹dzenia do przes³ania danych do/
z rejestrÛw urz¹dzenia. Obs³uga tego
sygna³u jest wymagana w†trybie pra-
cy PIO3.

- PDIAG - wyjúcie typu OC, ktÛre na-

leøy ìpodpi¹Êî do +5V poprzez re-
zystor 10 k

Ω

. Sygna³ na wyjúciu syg-

nalizuje zakoÒczenie autodiagnostyki.

- RESET - stan niski zeruje sterownik

napÍdu.

Adresowanie urz¹dzeÒ IDE
(Master/Slave)

Gdy do jednego kabla IDE s¹ do-

³¹czone dwa urz¹dzenia (np. dysk
twardy i†CD-ROM - rys. 3), to wpisy-

wanie  danej  do  dowolnego  rejestru
powoduje jednoczesne zapisanie rejes-
trÛw w†obydwu urz¹dzeniach. Wynika
to  z†faktu,  øe  w†IDE  nie  wystÍpuj¹
specjalne  linie  adresowe  do  wyboru
jednego  z†urz¹dzeÒ  Master/Slave,  do
lub  z†ktÛrego  chcemy  odczytaÊ  lub
wpisaÊ dane. Adresowanie odbywa siÍ
poprzez  ustawienie  lub  wyzerowanie
bitu  DEV  w†rejestrze  Device/Head.
Gdy DEV=0, komunikacja odbywa siÍ
z†Masterem, a†gdy  DEV=1  to  ze  Sla-
vem.

Rejestry

Rejestry naleø¹ce do tzw. bloku

rejestrÛw poleceÒ (Command Registers)
s³uø¹  do  wysy³ania  komend  dla  ste-
rownika  urz¹dzenia  i†odczytywania
statusu  urz¹dzenia.  Rejestry  naleø¹ce
do  tzw.  bloku  rejestrÛw  sterowania
(Control  Registers)  s³uø¹  do  kontroli
parametrÛw  urz¹dzenia,  oraz  do  od-
czytywania  alternatywnego  statusu.
SposÛb adresowania rejestrÛw pokaza-
no w†tab. 4.

Rejestr Alternate Status

Adres 6hCS 1h

BSY

DRDY DF

DSC

DRQ

CORR

IDXERR

DostÍp - tylko odczyt.
Uwaga: gdy BSY = 0, moøna od-

czytywaÊ resztÍ bitÛw.

Uwagi dodatkowe: odczyt rejestru

nie powoduje skasowania przerwania
od urz¹dzenia IDE ani nie potwierdza
przyjÍcia przerwania.

Znaczenie poszczegÛlnych bitÛw -

takie samo jak dla rejestru Statusu.

Rejestr Command

Adres 7hCS 2h

DostÍp - tylko do zapisu. Gdy host

prÛbuje odczytaÊ rejestr, odczytywany
jest rejestr Statusu.

Uwaga: gdy BSY = 0, DRQ = 0

i†DMACK nie jest ustawiony, moøna za-
pisywaÊ do tego rejestru.

Uwagi dodatkowe: zapis do rejestru

powoduje skasowanie przerwania od
urz¹dzenia IDE.

Znaczenie poszczegÛlnych bitÛw -

brak.

Tab. 1. Parametry statyczne IDE

Opis

Min

Max

Prąd przyjmowany przez bufor wyjściowy (1)

4 mA

Prąd oddawany przez bufor wyjściowy

400

Poziom napięcia traktowany jako stan wysoki

2,0 V

Poziom napięcia traktowany jako stan niski

0,8 V

Napięcie wyjściowe w stanie wysokim (I

= −400

2,4 V

Napięcie wyjściowe w stanie niskim (I

= 12 mA)

0,5 V

Uwagi:
1. Prąd I

dla DASP powinien wynosić min. 12 mA, aby zapewnić wymagane czasy narastania i opa−

dania zboczy.
2. Prąd I

o wartości 400

A jest niewystarczający w przypadku, gdy DMARQ jest typowo podłączo−

ny do masy przez rezystor 5,6 k

Ω

Tab. 2. Parametry dynamiczne IDE

Opis

Min

Max

rise

Czasy narastania zboczy sygnałów na złączu IDE (1)

5 ns

fall

Czasy opadania zboczy sygnałów na złączu IDE (1)

5 ns

Pojemność wejść urządzenia sterującego (HOSTa)

25 pF

out

Pojemność wyjść urządzenia sterującego (HOSTa)

25 pF

Pojemność obwodów wejściowych

20 pF

out

Pojemność obwodów wyjściowych

20 pF

Uwagi:
1. t

rise

i t

fall

są mierzone pomiędzy 10...90% pełnej amplitudy sygnału przy sumarycznym obciążeniu

pojemnościowym 40 pF.

Rys. 1. Budowa typowego dysku twardego

Elektronika Praktyczna 7/2002

K U R S

Rejestr Cylinder High

Adres 5hCS 2h

CHS(Cylinder(15:8)) LBA(Cylinder(23:16))

DostÍp - zapis/odczyt.
Uwaga: gdy BSY = 0, DRQ = 0

i†DMACK nie jest ustawiony, moøna za-
pisywaÊ do tego rejestru.

Uwagi dodatkowe: zapis do rejestru

powoduje skasowanie przerwania od
urz¹dzenia IDE.

Jeøeli w†rejestrze Device/Head bit

LBA = 0 (CD-ROM, HDD pracuje wte-
dy w†trybie CHS - Cylinder, Head, Sec-
tor),  to  w†tym  rejestrze  znajduje  siÍ
startowy, starszy bajt adresu cylindra -
podawany  jest  przy  dostÍpie  do  da-
nych. Jeøeli w†rejestrze Device/Head bit
LBA = 1 (CD-ROM, HDD pracuje w†try-
bie LBA - Logical Block Address, dane
adresowane  s¹  w†sposÛb  liniowy),
w†tym rejestrze znajduj¹ siÍ bity 23...16
adresu LBA.

Rejestr Cylinder Low

Adres 4hCS 2h

CHS(Cylinder(7:0)) LBA(Cylinder(15:8))

DostÍp - zapis/odczyt.
Uwaga: gdy BSY = 0, DRQ = 0

i†DMACK nie jest ustawiony, moøna
zapisywaÊ/odczytywaÊ do/z tego rejest-
ru.

Uwagi dodatkowe: zapis rejestru po-

woduje skasowanie przerwania od urz¹-
dzenia IDE.

Jeøeli w†rejestrze Device/Head bit

LBA = 0†(CD-ROM, HDD pracuje wtedy
w†trybie CHS - Cylinder, Head, Sector),
to w†tym rejestrze znajduje siÍ starto-
wy, m³odszy bajt adresu cylindra - po-
dawany jest przy dostÍpie do danych.
Jeøeli w†rejestrze Device/Head bit LBA
= 1 (CD-ROM, HDD pracuje w†trybie
LBA - Logical Block Address, dane s¹
adresowane liniowo), w†tym rejestrze
znajduj¹ siÍ bity 15...8 adresu LBA.

Rejestr Danych

Adres 4hCS 0h

Data (15:0)

DostÍp - do zapisu i†do odczytu
Uwaga: gdy BSY = 0, DRQ = 0

i†DMACK nie jest ustawiony, moøna
zapisywaÊ/odczytywaÊ do/z tego rejest-
ru.

Uwagi dodatkowe: zawartoúÊ rejest-

ru nie jest waøna, gdy urz¹dzenie jest
w†trybie Sleep Mode. Rejestr jest 16-
bitowy.

Port Danych

Adres brak

CS brak

Data(15:0)

DostÍp - zapis/odczyt.
Uwaga: zapis i†odczyt tego portu

powinien odbywaÊ siÍ przy ustawionej
linii DMACK.

Uwagi dodatkowe: rejestr 16-bitowy.

Rejestr Device Control

Adres 6hCS 1h

SRST

nIEN

DostÍp - rejestr tylko do zapisu,

w†przypadku odczytu zwracana jest za-
wartoúÊ rejestru Alternate Status.

Uwaga: zapis powinien odbywaÊ

siÍ, gdy DMACK nie jest ustawio-
ny.

Uwagi dodatkowe: SRST jest bitem,

ktÛrego ustawienie powoduje programo-
we zerowanie urz¹dzenia. Bit nIEN
jest odpowiedzialny za w³¹czenie syg-
nalizacji obs³ugi przerwania przez
hosta.

Rejestr Device/Head

Adres 6hCS 2h

Tryb CHS
1

LBA

DEV

HS3

HS2

HS1

HS0

Tryb LBA
1

LBA

DEV

LBA(27:24)

DostÍp - zapis/odczyt.
Uwaga: rejestr moøe byÊ zapisywa-

ny tylko, gdy BSY = 0, DRQ = 0
i†DMACK nie jest ustawiony.

Uwagi dodatkowe: DEV jest bitem

odpowiedzialnym za adres urz¹dzenia.
Gdy DEV=0 wybrane jest urz¹dzenie
Master, gdy DEV=1 wybrane jest urz¹-
dzenie Slave.

Gdy bit LBA=0 wybrany jest tryb

adresowania CHS, w†przeciwnym wy-
padku adresowanie odbywa siÍ za po-
moc¹ LBA.

Bit 5†powinien byÊ ustawiony ì1î -

kompatybilnoúÊ.

Rejestr Error

Adres 1h

CS 2h

UNC

IDNF

MCR

ABRT

TK0NF AMNF

DostÍp - rejestr tylko do odczytu,

zapisywanie powoduje zapis do rejest-
ru Features.

Znaczenie poszczegÛlnych bitÛw:

- UNC (Uncorrectable Data Error) -

b³¹d niemoøliwy do skorygowania;

- MC (Media Change) - nowy noúnik

jest dostÍpny w†napÍdzie;

- IDNF (ID not found) - ø¹dany sektor

danych o†podanym ID nie zosta³ zna-
leziony;

- MCR (Media Change Request) - uøy-

wany przez urz¹dzenia z†wymiennym
noúnikiem. Ustawienie tego bitu syg-
nalizuje, øe urz¹dzenie wykry³o ø¹-
danie zmiany noúnika;

- ABRT (Aborted Command) - wykony-

Rys. 2. Sposób wyprowadzenia sygnałów na złącze IDC40

Tab. 3. Zestawienie sygnałów interfejsu IDE

Sygnał

Źródło

Typ

Pull−up

Uwagi

sterowania

na wyjściu hosta

przy urządzeniu

(patrz uwaga 1)

(patrz uwaga 2)

Reset

Host

DD(15:0)

<−>

DMARQ

Device

5,6 k

Ω

!DIOR/!DIOW

Host

IORDY

Device

1,0 k

Ω

CSEL

Host

GND

10 k

Ω

DMACK−

Host

INTRQ

Device

DA (2:0)

Host

!PDIAG

Device

10 k

Ω

!CS0 !CS1

Host

!DASP

Device

10 k

Ω

Uwagi:
1. TS = trójstanowy, OC = otwarty kolektor, TP = Totem−pole, PU = „podpięcie” do zasilania, PD =
„podpięcie” do masy, VS = zależne od producenta.
2. Wszystkie wartości rezystorów są minimalnymi, dopuszczalnymi.
3. Urządzenia nie powinny posiadać rezystora pull−up na DD7. Poleca się by host posiadał rezystor
o wartości 10 k

Ω

„podpięty” do masy. Pozwala to na wykrywanie braku urządzenia podczas inicjali−

zacji po włączenia zasilania.
4. Standard ATA−3 definiuje tę linię jako trzystanową, gdy urządzenie nie jest wybrane lub, gdy nie
obsługuje DMA. Gdy obsługuje transfer DMA linia powinna być ustawiana na poziomie wysokim lub
niskim.
5. Sygnał powinien być używany tylko podczas cyklu DIOR/DIOW w aktualnie wybranym urządzeniu.
6. Linia wykorzystywana jako CSEL. Powinna być podłączona do masy przez hosta. Oba urządzenia
(Master/Slave) wymagają rezystora o wartości 10 k

Ω

(pull−up) dołączanego do zasilania.

K U R S

Elektronika Praktyczna 7/2002

wana komenda zosta³a przerwana
z†powodu b³Ídnej instrukcji lub b³Íd-
nego parametru - w†przypadku trans-
misji danych, porcja danych powinna
zostaÊ odrzucona;

- TK0NF - úcieøka zerowa nie zosta³a

znaleziona podczas rekalibracji urz¹-
dzenia;

- AMNF - Address Mark Not Found,

znacznik adresu nie zosta³ znale-
ziony po znalezieniu pola o†poda-
nym ID.

Rejestr Features

Adres 1h

CS 2h

ZawartoúÊ zaleøna od komendy.
Uwaga: rejestr ten nie jest obecnie

wykorzystywany.

Rejestr Sector Count

Adres 2hCS 2h

DostÍp - zapis/odczyt.
Uwaga: rejestr powinien byÊ zapi-

sywany, gdy BSY = 0, DRQ = 0
i†DMACK nie jest ustawiony.

Uwagi dodatkowe: rejestr zawiera

liczbÍ sektorÛw, ktÛre maj¹ byÊ prze-
s³ane/odczytane. Gdy rejestr = 0†wtedy
bÍdzie przes³ane 256 sektorÛw. Gdy po
transmisji danych w†rejestrze b³ÍdÛw s¹
b³Ídy - w†rejestrze Sector Count znaj-
duje siÍ liczba sektorÛw potrzebnych
do dokoÒczenia transmisji ø¹danej
liczby sektorÛw.

Rejestr Sector Number

Adres 3hCS 2h

Tryb CHS
Sektor (7:0)

Sektor (7:0)

Sektor (7:0)
Tryb LBA
LBA(7:0)

LBA(7:0)

DostÍp - zapis/odczyt.
Uwaga: rejestr powinien byÊ zapi-

sywany, gdy BSY = 0, DRQ = 0
i†DMACK nie jest ustawiony.

Uwagi dodatkowe: rejestr zawiera

pocz¹tkowy adres do medium. W†zaleø-

noúci od trybu - czy ustawiony, lub
skasowany bit LBA w†rejestrze Device/
Head - w†rejestrze Sector Number ma-
my 8†bitÛw danych CHS lub LBA.

Rejestr Status

Adres 7hCS 2h

BSY

DRDY DF

DSC

DRQ

CORR

IDXERR

DostÍp - tylko do odczytu, przy za-

pisie zapisywany jest rejestr Command.

Uwaga: gdy bit BSY jest ustawiony,

naleøy zignorowaÊ wartoúÊ pozosta³ych
bitÛw (z wyj¹tkiem BSY oczywiúcie).
Gdy BSY=0 moøna odczytywaÊ pozosta-
³e wartoúci bitÛw.

Uwagi dodatkowe: odczyt tego re-

jestru zeruje przerwanie.
- BSY - wskazuje na zajÍtoúÊ urz¹dze-

nia.  Przed  zapisem  lub  odczytem
wiÍkszoúci  rejestrÛw  powinniúmy
sprawdzaÊ stan tego bitu. Do tego ce-
lu zazwyczaj wykorzystywany jest re-
jestr Alternate Status, ktÛry jest zwier-
ciadlanym obrazem rejestru Status. Od-
czyt  tego  pierwszego  nie  powoduje
øadnych zmian w†urz¹dzeniu IDE.

- DRDY (Device Ready) sygnalizuje, øe

urz¹dzenie jest w†stanie przyjmowaÊ
komendy.

- DF (Device Fault) wskazuje na uszko-

dzenie urz¹dzenia.

- DSC (Device Seek Complete) g³owice

urz¹dzenia zosta³y ustawione na wy-
bran¹ úcieøkÍ.

- DRQ (Data Request), urz¹dzenie jest

gotowe do przes³ania porcji danych.

- CORR (Corrected Data) - wskazuje na

wyst¹pienie b³Ídu podczas transmisji da-
nych, ktÛry jesteúmy w†stanie poprawiÊ
(np. poprzez CRC). Ustawienie tego bitu
nie powoduje zakoÒczenia transmisji.

- IDX (Index) specyficzne dla produ-

centa.

- ERR (Error) wskazuje na wyst¹pienie

b³Ídu. B³¹d wyst¹pi³ w†wyniku wy-
konania poprzedniej komendy. Trans-
misja danych zostanie przerwana.
PrzyczynÍ wyst¹pienia tego b³Ídu do-
datkowo pokazuje rejestr Error.

Pawel Dienwebel
pelos@pelos.pl

Rys. 3. Możliwe sposoby dołączania napędów do sterownika

Tab. 4. Funkcje rejestrów I/O oraz przypisane im adresy

Adresy

Funkcje rejestrów

CS0

CS1 DA2 DA1 DA0

Magistrala danych dla

Read (DIOR)

Write (DIOW)

Wysoka impedancja

Nie używana

Rejestry Control Block

Wysoka impedancja

Nie używana

Wysoka impedancja

Nie używana

Alternate Status

Device Control

(uwaga 1)

Nie używana

Rejestry Command Block

Data

Error

Features

Sector Count

Sector Number LBA (7:0)

(uwaga 2)

Cylinder Low LBA (15:8)

(uwaga 2)

Cylinder High LBA (23:16)

(uwaga 2)

Device/Head LBA (27:24)

(uwaga 2)

Status

Command

Niedozwolony addres

Uwagi:
1. Ten rejestr nie jest stosowany we współczesnych sterownikach napędów.
2. Mapowanie rejestrów w trybie LBA.
Oznaczenia stanów na liniach adresowych:
A − sygnał ustawiony, N − sygnał zanegowany, x − bez znaczenia

Elektronika Praktyczna 8/2002

K U R S

Tryby adresowania

WyrÛøniamy dwa, wczeúniej juø

wspomniane, tryby adresowania:
1. CHS - adresowanie odbywa siÍ za

pomoc¹ trzech pÛl:
- Cylinder (1...255),
- Head (1...15),
- Sector (0...65535).

2. LBA, w†ktÛrym adres jest wylicza-

ny ze wzoru: LBA = ((cylinder *
heads_per_cylinder + heads) * sec-
tors_per_track) + sector - 1.

Gdy urz¹dzenie posiada mniej niø

16515072 sektorÛw, domyúlnym trybem
adresowania staje siÍ tryb CHS. W†prze-

ciwnym przypadku - LBA. Sterownik
wbudowany w†napÍd, bez wzglÍdu na
pojemnoúÊ noúnika danych, powinien
obs³ugiwaÊ oba tryby adresowania. Host
wybiera tryb adresowanie poprzez usta-
wienie bitu LBA w†rejestrze Device/He-
ad. Po w³¹czeniu zasilania urz¹dzenie
IDE przechodzi automatycznie na tryb
adresowania CHS.

Sterowanie CD-ROM-em

Sterowanie CD-ROM-em odbywa

siÍ za pomoc¹ 12-bajtowych ramek
zwanych rozkazami. Pierwszy bajt
w†ramce jest jednoczeúnie kodem roz-

kazu. Aby przes³aÊ 12-bajtow¹ ramkÍ
steruj¹c¹ naleøy przedtem - kaødora-
zowo - ustawiÊ odpowiednie rejestry.

Zaczynamy od sprawdzenie rejest-

ru Alternate Status i†stanu bitu BSY.
Odczytujemy cyklicznie w†pÍtli rejestr
dopÛki  bit  BSY  nie  bÍdzie  rÛwny
ì0î.  Odczytujemy  rejestr  Status  -
spowoduje to skasowanie ewentualne-
go  przerwania.  Do  rejestru  Cylinder
Low wpisujemy wartoúÊ 12 (dziesiÍt-
nie)  -  jest  to  liczba  danych,  jak¹
chcemy  przes³aÊ  do  urz¹dzenia.  Ze-
rujemy rejestry Cylinder High, Featu-
res, Sector Count, Sector Number. Do
rejestrÛw  Cylinder  Low  i†Cylinder
High  wpisujemy  liczbÍ  bajtÛw,  jak¹
jesteúmy  w†stanie  odebraÊ  od  napÍ-
du.  Sprawdzamy  wartoúÊ  bitu  w†re-
jestrze Alternate Status i†czekamy do-
pÛki bit BSY = 1. Odczytujemy re-
jestr Status - spowoduje to skasowa-
nie zadania obs³ugi przerwania.

Wpisujemy do rejestru Command

tzw.  Atapi  Packet  Command  -  bajt
o†wartoúci  0xA0.  Bajt  ten  informuje
urz¹dzenie,  øe  bÍdziemy  przesy³aÊ
ramkÍ†steruj¹c¹, a nastÍpnie:
- odczytujemy zawartoúÊ rejestru Al-

ternate Status;

- czekamy, aø bit BSY bÍdzie rÛwny

ì0î;

- odczytujemy zawartoúÊ rejestru Sta-

tus;

- sprawdzamy wartoúÊ bitu ERR -

powinna byÊ rÛwna ì0î;

- sprawdzamy wartoúÊ bitu DRQ

w † r e j e s t r z e S t a t u s - p o w i n i e n
byÊ†teraz ustawiony.

- teraz moøemy wpisywaÊ 12-bajtow¹

ramkÍ steruj¹c¹;

- dane wprowadzamy na magistralÍ

danych DD0...15; bajty parzyste
ramki (0, 2, 4, 6, 8, 10) wpisuje-

W drugiej czÍúci artyku³u publikujemy resztÍ podstawowych informacji zwi¹zanych z

programow¹ obs³ug¹ urz¹dzeÒ do³¹czonych do interfejsu ATA. DziÍki nim samodzielne

przygotowanie oprogramowania dla mikrokontrolera wspÛ³pracuj¹cego z dyskiem twardym bÍdzie

znacznie ³atwiejsze niø dotychczas.

Sterowanie CD−ROM−ów i dysków
twardych w praktyce, część 2

K U R S

Elektronika Praktyczna 8/2002

my  na  mniej  znacz¹c¹  czÍúÊ  ma-
gistrali danych DD0...7 a†bajty nie-
parzyste  (1,  3,  5,  7,  9,  11)  na
bardziej  znacz¹c¹  czÍúÊ  magistrali
DD8...15; kaødorazowo musimy wpi-
saÊ  dwa  bajty,  czyli  sumarycznie
dokonujemy  szeúÊ  cykli  zapisu;
obecnie tylko bardzo stare urz¹dze-
nia  obs³uguj¹  transmisjÍ  danych
w†trybie oúmiobitowym.

Gdy porcja danych jest juø goto-

wa na magistrali danych DD0...15, ze-
rujemy liniÍ DIOW. Odczekujemy ok.
1†

s i†ustawiamy DIOW (po-

ziom wysoki). Dane wpisywa-
ne s¹†do urz¹dzenia zboczem
narastaj¹cym. Cykl zapisu po-
wtarzamy szeúÊ razy. Po wpi-
saniu 12 bajtÛw ramki urz¹-
dzenie ustawia bit BSY. Od-
czytuj¹c stan rejestru Alterna-
te  Status  czekamy,  aø  bit
BSY bÍdzie rÛwny zero. Gdy
tak siÍ stanie, odczytujemy rejestr Sta-
tus.  Sprawdzamy  czy  bit  ERR  =  0
oraz czy bit DRQ = 1. NastÍpnie mu-
simy odczytaÊ ile bajtÛw danych ma
do  przekazania  CD-ROM.  WartoúÊ  ta
sk³adana jest z†m³odszego bajtu pobie-
ranego  z†rejestru  Cylinder  Low,  oraz
starszego  bajtu  z†rejestru  Cylinder
High. Dane z†CD-ROM-u do hosta s¹
transmitowane  w†trybie  16-bitowym.
Kaøde opadaj¹ce zbocze sygna³u na li-
nii  D I O R   powoduje  wystawienie
dwÛch  bajtÛw  danych  na  magistralÍ
DD0...15. Po odczytanej liczbie bajtÛw
powinniúmy  sprawdziÊ  czy  bit  ERR
nie jest ustawiony w†rejestrze Status.
Gdy  bit  ERR=0  moøemy  przyj¹Ê,  øe
dane odebrano prawid³owo.

Wyøej wymienione czynnoúci po-

wtarzamy kaødorazowo, gdy chcemy
przes³aÊ porcje danych do CD-ROM-u.

Formaty ramek steruj¹cych
napÍdem

Eject CD - wysuniÍcie p³yty z†na-

pÍdu wymaga wys³ania nastÍpuj¹cej
sekwencji bajtÛw: 0x1B, 0x01, 0x00,
0x00, 0x02, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00.

Load CD - za³adowanie kr¹øka do

napÍdu wymaga wys³ania nastÍpuj¹-
cej sekwencji bajtÛw: 0x1B, 0x01,
0x00, 0x00, 0x03, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x00.

Start CD - wystartowanie napÍdu

i†przeczytanie TOC wymaga wys³ania
nastÍpuj¹cej sekwencji bajtÛw: 0x1B,
0x01, 0x00, 0x00, 0x01, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00.

Stop CD - zatrzymanie napÍdu

wymaga wys³ania nastÍpuj¹cej sek-
wencji bajtÛw: 0x1B, 0x01, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00.

Po wykonaniu powyøszych pole-

ceÒ CD-ROM nie zwraca øadnych da-

nych. Jak widaÊ kod komendy (naj-
m³odszy bajt) jest w†tych trzech przy-
padkach taki sam. Zmienia siÍ tylko
wartoúÊ  czwartego  bajtu.  W†bajcie
pierwszym ustawiony jest bit zerowy
-  oznacza  to,  øe  Status  ma  byÊ
zwrÛcony  natychmiast  po  tym,  jak
s p r a w d z o n a   b Í d z i e   p o p r a w n o ú Ê
przes³anej ramki przez CD-ROM, sta-
nu  tacki  (czy  wysuniÍta,  czy  nie)
oraz  status  p³yty.  W†przeciwnym
przypadku  Status  jest  zwracany  po
skoÒczeniu ca³ej operacji.

TOC - Table of Contents - to bar-

dzo waøna tablica. Zawiera adresy
pocz¹tkowe poszczegÛlnych úcieøek,
sesji, itp. Jej odczyt przebiega nastÍ-
puj¹co:

Zatrzymanie odtwarzania p³yty CD

audio (Stop) wymaga wys³ania nastÍ-
puj¹cej sekwencji bajtÛw: 0x4E, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x00.

Test gotowoúci urz¹dzenia wyma-

ga wys³ania nastÍpuj¹cej sekwencji
bajtÛw: 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00.

NastÍpnie wysy³amy komendÍ Re-

quest Sense Key, ktÛra sk³ada siÍ
z†nastÍpuj¹cej sekwencji bajtÛw:
0

0x03 W wyniku odpowiedzi na tę ramkę otrzymamy

z CD−ROM−u ASC i ASCQ.
Znajdują się one odpowiednio w bajcie 12 i 13.
ASC = 0x00 oznacza płytę CD w napędzie.
ASC = 0x3A brak płyty w napędzie.
ASC = 0x02 głowice nie ustawiły się jeszcze −

musimy czekać.

ASC = 0x04 brak gotowości napędu − musimy

czekać.

0x00

0x60

0x00

Odczyt TOC wymaga wys³ania na-

stÍpuj¹cej sekwencji bajtÛw:

0x43

0x00 CD zwróci informacje w LBA (0x00)− nie w MSF

(0x02)

0x00

0x01 Numer początkowej ścieżki od której CD−ROM ma

zwrócić informację

0x00

0x64 100 bajtów na dane z CD−ROM−u

0x00

Poniøej pokazano przyk³adow¹

ramkÍ wys³an¹ przez CD-ROM w†od-
powiedzi na zapytanie o†TOC. Pierw-

sze dwa bajty okreúlaj¹ iloúÊ
przes³anej  informacji  w†baj-
tach.  Bajt  czwarty  okreúla
l i c z b Í   u t w o r Û w † n a   p ³ y c i e .
Bajty: 5, 13, 20 itd. s¹ znacz-
nikami pocz¹tku adresu - ma-
j¹  sta³¹  wartoúÊ  0x10.  Maj¹
charakter czysto informacyjny.
Waøn¹  úcieøk¹  jest  úcieøka
o†numerze  0xAA  (tzw.  Lead

Track) - adres tej úcieøki oznacza
ostatni sektor na p³ycie CD.

Numer utworu Adres utworu

MSB

...

LSB

0x00 0x00 0x20 0x00

0x00 0x20 0x38 0x1C

0x00 0x2C 0x3B 0x21

0x00 0x37 0x33 0x03

0xAA

0x00 0x4A 0x38 0x1C

Mamy, wiÍc odczytan¹ informacjÍ

o†adresach úcieøek. Teraz moøemy
przyst¹piÊ do odtwarzania utworÛw.
Przebiega to w†nastÍpuj¹cy sposÛb:
Nr bajtu

Wartość

Komentarz

0x00

MSB TOC Data Length

0x2A

LSB TOC Data Length

0x01

First Track Number

0x04

Last Track Number

0x00

Reserved

0x10

ADR (4 bity)|CONTROL (4 bity)

0x01

TrackNumber

0x00

Reserved

0x00

MSB

0x00

0x02

0x00

LSB

0x00

Reserved

0x10

ADR (4 bity)| CONTROL (4 bity)

0x02

TrackNumber

0x00

Reserved

0x00

0x20

0x38

0x1C

0x00

Reserved

0x10

ADR(4 bity)|CONTROL(4 bity)

0x03

Track Number

0x00

Reserved

0x00

0x2C

0x3B

0x21

0x00

Reserved

0x10

ADR(4 bity)|CONTROL(4 bity)

Napędy CD−ROM są wyposażone w interfejs

ATAPI, który jest rozwinięciem klasycznego

IDE (ATA). Charakteryzuje się on

zastosowaniem protokołu niemal identyczne−

go ze SCSI, przy zachowaniu mechanicznej

i elektrycznej kompatybilności z IDE.

Elektronika Praktyczna 8/2002

K U R S

0x04

Track Number

0x00

Reserved

0x00

0x37

0x33

0x03

0x00

0x10

0xAA

Lead OUT

0x00

0x4A

0x38

0x1C

Odtwarzanie p³yty CD audio wy-

maga wys³ania nastÍpuj¹cej sekwencji
bajtÛw:
0

0xA5

0x00

Adres początkowy utworu
(tutaj

track 1)

0x20

0x00

0x4A

Ilość danych − nie adres
końcowy!!!

0x38

Czyli do odtworzenia cała płyta

0x1C

0x00

Wstrzymanie lub wznowienie od-

twarzania (PAUSE) nastÍpuje po wy-
s³aniu nastÍpuj¹cej sekwencji bajtÛw:
0x4B, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, xxx = 0x01 (odtwarzanie
lub wznowienie) xxx = 0x00 (odtwa-
rzanie wstrzymane), 0x00, 0x00,
0x00.

Zatrzymanie odtwarzania p³yty CD

audio (STOP) nastÍpuje po wys³aniu
nastÍpuj¹cej sekwencji bajtÛw: 0x4E,
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00,
0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00.

Odczyt danych z†sektorÛw

Dysk twardy w†trybie CHS

Sprawdzamy stan bitu Busy w†re-

jestrze Alternate status. Gdy BSY =
1, czekamy na BSY=0 i†odczytujemy
rejestr Status. W†rejestrze Device He-
ad zerujemy bity LBA (odczyt bÍdzie
w†trybie  CHS)  oraz  bit  DEV  (gdy
chcemy  odczytaÊ  dane  z†Mastera  -
w†przeciwnym  wypadku  ustawiamy
ten bit). Bity 7 i†5 domyúlnie usta-
wiamy. Na mniej znacz¹ce bity tego
rejestru wpisujemy adres Head. W†re-
jestrze  Alternate  Status  sprawdzamy
stan  bitÛw  DRDY  i†BSY.  Pierwszy
musi byÊ ustawiony, drugi wyzerowa-
ny.  Odczytujemy  rejestr  Status.  Do
rejestrÛw  Cylinder  High  i†Cylinder
Low  wpisujemy  starszy  bajt  i†m³od-
szy bajt pocz¹tkowego adresu Cylin-
der. Do rejestru Sector Number wpi-
sujemy  liczbÍ  sektorÛw  do  odczytu.

Do  rejestru  Command  wpisujemy
w a r t o ú Ê   0 x 2 0   -   k o d   k o m e n d y
ATA_READ_SECTS.  NastÍpnie  czeka-
my  ok.  10

s, odczytujemy rejestr

Alternate  Status  i†sprawdzamy  bit
BSY.  Czekamy  aø  bit  BSY  bÍdzie
wyzerowany. Odczytujemy rejestr Sta-
tus, aby skasowaÊ przerwanie. Spraw-
dzamy  stan  bitÛw:  ERR  (powinien
byÊ  wyzerowany),  DRQ  (powinien
byÊ  ustawiony  -  urz¹dzenie  chce
przes³aÊ dla nas dane).

Dane odczytujemy jak w†poprzed-

nim  przyk³adzie.  Opadaj¹ce  zbocze
na linii DIOR powoduje wystawienie
dwÛch kolejnych bajtÛw na magistra-
lÍ DD0...15. IloúÊ danych, ktÛre mu-
simy  odebraÊ  jest  okreúlona  liczb¹
sektorÛw,  jak¹  wczeúniej  wpisaliúmy
do rejestru Sector Number pomnoøo-
n¹ przez zmienn¹, ktÛra okreúla licz-
bÍ bajtÛw w†sektorze - tzw. BytesPer-
Sector.  WartoúÊ  ta  moøe  wynosiÊ
4096 lub 8192 B.

Dysk twardy w†trybie LBA

Dane odczytujemy bardzo podob-

nie jak w†trybie CHS z†t¹ rÛønic¹, øe
adres  pocz¹tkowy  podajemy  w†LBA,
nastÍpnie sprawdzamy stan bitu BSY.
Gdy jest wyzerowany - ustawiamy bit
LBA  w†rejestrze  Device/Head.  Do
mniej znacz¹cej po³owy rejestru wpi-
sujemy bity 27...24 adresu pocz¹tko-
wego w†trybie LBA. Do rejestru Cy-
linder  High  wpisujemy  bity  23...16
adresu LBA, do rejestru Cylinder Low
bity 15...8, a do rejestru Sector Num-
ber  bity  0...7.  Do  rejestru  Sector

Rys. 4. Przebiegi czasowe charakterystyczne dla zapisu
polecenia do sterownika

Count wpisujemy liczbÍ sektorÛw do
odczytu.

Zaleønoúci czasowe

Na rys. 4 przedstawiono przyk³a-

dowe  zaleønoúci  czasowe  przebiegu
sygna³Ûw  na  magistrali  danych  i†li-
niach steruj¹cych CD-ROM-u. Na ry-
sunku pominiÍto dok³adne specyfika-
cje czasÛw pomiÍdzy zmianami syg-
na³Ûw  -  ma  to  byÊ  tylko  ilustracja
dzia³ania interfejsu.

Aplikacja

Na podstawie przedstawionego

opisu przygotowa³em oprogramowanie
steruj¹ce zaimplementowane w†mikro-
kontrolerze z†rodziny AVR. Program
dla niego jest napisany w†C - wszyst-
kie ürÛd³a s¹ dostÍpne na stronie in-
ternetowej http://www.pelos.pl/cd_free/
oraz na p³ycie CD-EP8/2002B.
Pawel Dienwebel
pelos@pelos.pl

Literatura
[1] INF-8020.pdf - ÑATA Packet In-

terface for CDROM rev. 2.6 lub
wyøszeî

[2] CD3610 - Command Specification
[3] http://www.pelos.pl/cd_free/
[4] http://www.yampp.com
[5] Standard ECMA -130 ìData inter-

change on read-only 120 mm
optical data disks (CD-ROM)î

[6] SFF8090i v4 - Fuji Commands for

Multimedia Devices

[7] http://www.republika.pl/romek_by/

index.html