Энциклопедия PC

790 Глава13. Параллельныешиныпериферийныхустройств— АТАиSCSI

Таблица13.12 (продолжение)

* СигналDIFFSENS определентолькодляинтерфейсаLVD

Таблица 13.14. РазъемMac SCSI (DB-25)

Назначение сигналов раскрывает табл. 13.15. Все сигналы шины являются L- активными: активному состоянию и логической единице соответствует низкий потенциал, что в данной книге отмечено символом «#» в конце мнемоники цепи. Обратные (парафазные) цепи обозначаются символом «+».

На концах кабелей обязательно устанавливаются терминаторы, согласованные по импедансу с кабелем. Они предназначены для «подтягивания» уровня сигналов линий к высокому потенциалу. Терминаторы служат и для предотвращения отражения сигналов от концов кабеля. По исполнению терминаторы могут быть внутренними (размещенными на печатной плате устройства) и внешними (устанавливаемыми на разъемах кабеля или устройства). По электрическим свойствам различают пассивные, активные и FPT-терминаторы, подробнее о них см. в п. 13.2.5. Терминаторы требуют питания, для чего в интерфейсе имеются специальные линии TERMPWR, питание поступает от ИУ. В старых версиях SCSI терминаторы использовались для возвращения уровня сигналов в пассивное состояние: устройства формировали только активный (низкий) уровень, а потом «отпускали» линии. Таким образом, без терминаторов старые устройства неработоспособны в принципе. У высокоскоростных устройств применяется активный возврат сигналов в пассивное состояние (active negation), этому процессу терминаторы не должны мешать. Из-за данного способа формирования сигналов возникаетиллюзиявозможностиработышиныбезтерминаторов, ноустойчивая

792 Глава13. Параллельныешиныпериферийныхустройств— АТАиSCSI

работа при большом количестве устройств (более двух на шине, включая контроллер) проблематична.

Таблица 13.15. НазначениесигналовшиныSCSI

Сигнал Назначение_____ __

BSY#________Busy — шина занята____________________________________ SEL#________Select — выбор ЦУ инициатором (Select) или инициатора ЦУ (Reselect)_____ C/D#________Control/Data —

управление(низкийуровень)/данные(высокийуровень)____

___________иобратной (Reselect) выборки: фазеSelection соответствует низкийуровень

MSG#_______Message — передача сообщения_____________________________ DB[0:31]#_____Data Bus

___________0,9-1,9 В— дифференциальный LVD: выше2,4 В— дифференциальный HVD

Каждое устройство SCSI, подключенное к шине, должно иметь свой уникальный адрес, назначаемый при конфигурировании. Для 8-битной шины диапазон значений адреса 0-7, для 16-битной — 0-15. Адрес задается предварительной установкой переключателей или джамперов. Для хост-адаптера возможно программное конфигурирование. Адресация устройств на шине в фазах выборки осуществляется через идентификатор SCSI ID, представляющий адрес в позиционном коде. Адрес определяет номер той линии шины данных, которая осуществляет выборку данного устройства. Устройство с нулевым адресом выбирается низким уровнем на линии DBO# (SCSI ID=00000001), с адресом 7 — на линии DB7# (SCSI ID=10000000). Для ИУ значение идентификатора определяет приоритет устройства при использовании шины, наибольший приоритет имеет устройство с большим значением адреса. Понятия «адрес» и «идентификатор» часто путают, но это всего лишьдверазличные формыпредставления одногоитогожепараметра.

В любой момент обмен информацией по шине может происходить только между парой устройств. Операцию начинает инициатор обмена ИУ (initiator), а целевое устройство ЦУ (target) ее исполняет. ИУ выбирает ЦУ по его идентификатору. Чаще всего роли устройств фиксированы: хост-адаптер является инициатором (ИУ), а периферийное устройство — целевым (ЦУ). Возможны комбинированные устройства, выступающие в обеих ролях. В ряде случаев роли устройств меняются: ЦУ может, пройдя фазу арбитража, выполнить обратную выборку (Reselect) И У для продолжения прерванной операции. При выполнении команды копирования (Сору) ИУ дает указание ведущему устройству копирования

13.2. Шина SCSI 793

(Copy Master) на обмен данными, который может производиться и с другим ЦУ (длякоторого ведущее устройство копирования выступит в роли ИУ).

Информация по шине данных передается побайтно (пословно) асинхронно, используя механизм запросов (REQuest) и подтверждений (ACKnowledge). Каждый байт контролируется на нечетность (кроме фазы арбитража), но контроль может быть отключен. Интерфейс имеет возможность синхронной передачи данных, ускоряющейобмен.

Временные диаграммы асинхронного обмена приведены на рис. 13.9. Здесь передача каждого байта сопровождается взаимосвязанной парой сигналов REQ#/ АСК#. ИУ фиксирует принимаемые данные, получив сигнал REQ# (по отрицательному перепаду). ЦУ считает принимаемые данные действительными по отрицательному перепаду сигнала АСК#. Асинхронный обмен поддерживается всеми устройствами длявсех фаз передачи информации.

1/0# __________________Г

DB#

\__DT__

/——{

DT У————————\__5L REQ#

ACK#

Рис. 13.9. Временныедиаграммыасинхронногообмена (DI — данныеотИУ, DT — данныеотЦУ)

Фазы передачи данных по предварительной «договоренности» устройств могут выполняться и в синхронном режиме обмена, диаграммы которого приведены на рис. 13.10. При согласовании синхронного режима определяются минимальные длительности и периоды управляющих импульсов АСК# и REQ#, а также допустимое отставание подтверждений от запросов (REQ/ACK offset agreement). ЦУ передает серию данных, сопровождаемых стробами REQ# (рис. 13.10, а), в темпе, ограниченном установленными временными параметрами. ИУ фиксирует принимаемые данные по отрицательному перепаду сигнала REQ#, но отвечать на них сигналом АСК# может с некоторым опозданием. Как только отставание числа принятых сигналов АСК# от числа посланных REQ# достигнет оговоренного предельного значения (в данном примере 2), ЦУ приостановит обмен до прихода очередного подтверждения АСК#. Операция будет считаться завершенной, когда число принятых подтверждений совпадет с числом посланных запросов. При приеме данных ЦУ механизм согласования остается тем же, но данные фиксируются по отрицательному перепаду сигнала АСК# (рис. 13.10, б).

ВНИМАНИЕ———————————————————————————————————————————

В спецификации SCSI-1 момент возобновления передачи после устранения отставания описан нечетко, в результате разработчики иногда полагают, что очередной запрос (и данные) может последовать лишь после окончания (положительного перепада) сигнала АСК#. Устройство, на это рассчитанное, может терять данные: для него последний сигнал REQ# (и данные) является неожиданнымивыглядиткакпревышениесогласованногосмещения.

794 Глава13. Параллельныешиныпериферийныхустройств— АТАиSCSI

I/O* \__________________________________________/

DB# —С DT >—С DT )—С DT )—СDT

АСК#

\

REQ#

\J~\J

Рис. 13.10. Временныедиаграммысинхронногообмена: а— передача; 5— прием

Обмен при разрядности 16 и 32 бита происходит аналогично, но при использовании двух кабелей (В и Q) передача по ним управляется сигналами REQB#/ АСКВ# и REQQ#/ACKQ# соответственно. По обоим кабелям передачи выполняются в одинаковых режимах. Если в последней фазе данных используются не все байты, передатчик обязанснабдить их корректным битом паритета.

При описании фаз шины не говорилось о временных задержках. Они определяются спецификацией так, чтобы возможный «перекос» — неодновременный приход сигналов, вызванный задержкой как в электронных схемах, так и в разных проводах кабеля — не влиял на устойчивость протокола. В асинхронном режиме обмена на скорость передачи информации влияет и длина кабеля, поскольку изменения состояний участников обмена привязываются к сигналам, распространяющимся по кабелю с ограниченной скоростью. Из-за необходимости учета задержек в случае применения пары кабелей в каждом из них используется свояпараREQ#/ACK#.

Для управления интерфейсом служит система сообщений — Message System, которыми обмениваются ИУи ЦУ.

С помощью сообщений согласуются параметры синхронного режима и разрядность данных. Процесс согласования синхронного обмена называется Synchronous Negotiation. Устройство, запрашивающее синхронный обмен, посылает сообщение Synchronous Data Transfer Request с указанием допустимого периода цикла и отставания REQ/ACK. Если другой участник обмена поддерживает синхронный режим, он предложит свои параметры. Согласованными параметрами будут максимальный период и минимальное отставание (нулевое отставание эквивалентно асинхронному режиму). Выбранный режим будет относиться только к

13.2. Шина SCSI 795

фазам передачи между данной парой устройств. Отвергнутое сообщение представляет собой требование асинхронного режима. Поскольку старые хост-адаптеры не поддерживали согласование синхронного режима, на ЦУ запрос синхронного режима может быть заблокирован. О возможности работы в синхронном режиме хост может узнать, пославкоманды Request Sense и Inquiry.

Разрядность передач согласуется аналогично посредством сообщений Wide Data Transfer Request. Согласованные режимы будут действовать до сброса устройств по сообщению Bus Device Reset или «жесткого» сброса, что приведет к установке предопределенных режимов по включению. Согласование режимов не должно инициироваться в каждом процессе, поскольку затраты времени на эту процедуру сводят на нет выигрыш впроизводительности.

13.2.2. Типыпериферийныхустройств

Каждое логическое устройство (ЛУ), являющееся абонентом шины SCSI, может быть представителем одного или нескольких однотипных периферийных устройств (ПУ), перечень стандартизованных типов ПУ приведен в табл. 13.16. Сложное ПУ может представляться несколькими ЛУ SCSI. По характеру обмена данных устройства разделяются на 2 класса — блочные (block device) с типами 0, 4, 5, 7 и поточные (stream device) с типами 1, 2, 3, 9.

Таблица 13.16. ТипыПУSCSI__________________________________ Код типа Назначение_____________________________

_________на магнитных лентах)______________________________________

02h_______Printer device — принтеры___________________________________

03h_______Processor device — процессоры (устройства обработки данных)_____________

04h______Write-once device — устройства однократной записи (некоторые оптические диски) 05h______CD-ROM device - накопители CD-ROM________________________

06h_______Scanner device — сканеры____________________________________

07h_______Optical memory device — устройства оптической памяти_________________

08h_______Medium Changer device — устройства смены носителей (jukebox)____________

_________устройства печати)________________________________________

ОСЬ_______Array controller device — контроллеры массивов накопителей______________

ODh_______Enclosure services device — сервисные устройства шкафов_________________

_________(штрих-коды)___________________________________________

10h-lEh____Зарезервировано_________________________________________ IFh_______Неизвестный тип или устройство отсутствует_______________________

796Глава13. Параллельныешиныпериферийныхустройств— АТАиSCSI

13.2.3.Адресацияисистемакоманд

Как указывалось выше, любое устройство SCSI на шине адресуется идентификатором SCSI ID, соответствующим заданному уникальному адресу. В ЦУ может быть определено до 8 ЛУ со своими номерами LUN (Logical Unit Number) в диапазоне 0-7. Понятие LUN неприменимо к ИУ (хост-адаптеру), но SCSI-уст- ройство двойного назначения можетиметьЛУ.

Система команд и сообщений позволяет адресовать как ЦУ в целом, так и любое его ЛУ. В ЦУ может быть определено до 8 целевых программ TRN (Target Routine), которые не имеют непосредственной привязки к ЛУ. Целевые программы появились в SCSI-2, их адресация также производится через сообщения.

Система команд SCSI включает общие команды, применимые для устройств всех классов и специфические для каждого класса. Как общие, так и специфические наборы команд содержат обязательные (mandatory), дополнительные (optional) и фирменные (vendor specific) команды. Любое SCSI-устройство должно поддерживать обязательные команды общего набора и своего класса, чем обеспечивается высокий уровень совместимости. Команда передается ИУ в ЦУ через

блок дескриптора команды (command descriptor block), посылаемый в фазе

Command. Некоторые команды сопровождаются блоком параметров, следующим за блоком дескриптора в фазе Data. Форматы блоков стандартизованы, длина блока определяется кодом операции (operation code), который всегда является первым байтом блока и может составлять 6, 10 или 12 байт.

Набор команд для устройств классов 0-9 приведен в [6]. Любое ЦУ SCSI-2

обязано поддерживать четыре команды: Inquiry, Request Sense, Send Diagnostic, Test Unit Ready. Они используются для конфигурирования системы, тестирования устройств, а также сообщений об ошибках и исключительных ситуациях. Команда Inquiry позволяет получить информацию о Л У через стандартизованный блок данных длиной 96 байт: тип подключенного ПУ, возможность смены носителя, поддержка 32или 16-битного расширения, синхронного обмена, относительной адресации, цепочек команд, очередей и уведомления об асинхронных событиях. Здесь же описывается уровень поддержки стандартов SCSI (ISO, ANSI, ECMA), идентификаторы производителя, устройства и т. п. Формат блока по усмотрению производителя можетбытьрасширен.

13.2.4. Выполнениекоманд

При выполнении команд, связанных с относительно длительной фазой внутренней работыустройства(например, позиционированиедискаитемболееленты), протокол SCSI предусматривает возможность отключения от шины (Disconnect) в процессе выполнения команды. Если устройство, получив команду Read, определит, что для получения затребованных данных необходимо много времени, оно освободит шину, послав сообщение Disconnect. Как только требуемые данные готовы в ЦУ, оно, выиграв арбитраж, выберет ИУ и продолжит выполнение процесса. ЦУ может отсоединиться, когда часть данных ужепередана (например.

13.2. Шина SCSI 797

головка дошла до конца цилиндра, и требуется время на позиционирование), — после повторного соединения передача данных возобновится.

Протокол определяет и цепочки связанных команд. По успешному завершению каждой команды цепочки ЦУ автоматически переходит к исполнению следующей. Все команды цепочки — часть одного процесса. Команды не являются полностью независимыми — при использовании бита относительной адресации последний блок, адресованный предыдущей командой, доступен для следующей. Так, например, можно исполнить команду Search Data, по которой на диске будет найден блок, содержащий информацию, совпадающую с эталоном поиска. Связавс ней команду чтения Read, можно прочитать этот блок или блок с указанным смещением относительно найденного. По выполнении связанных команд ЦУ посылает сообщения Linked Command Complete (возможно, с флагом), а ИУ обновляет набор сохраненных указателей, так что они указывают на очередную команду цепочки. Команды в цепочке выполняются как одиночные, но с возможностьюотносительнойадресации.

Команды могут исполняться с использованием очередей. ЦУ могут поддерживать немаркированные и маркированные очереди. Поддержка немаркированных очередей, определенная еще в SCSI-1, позволяет любому ЛУ (LUN) или целевой программе (TRN), занятым процессом от одного ИУ, принимать команды (начинать процесс) сдругимиИУ.

Маркированные очереди (tagged queue) определены в SCSI-2 для ЛУ (LUN, но не TRN). Для каждой связи I_T_L (Initiator_Target_LUN) существует своя очередь размером до 256 процессов (немаркированные очереди можно считать вырожденным случаем маркированных одноместных очередей). Каждый процесс, использующий маркированные очереди, идентифицируется связью I_T_L_Q, где Q

— однобайтный тег очереди (queue tag). Теги процессам назначаются ИУ, их значения на порядок выполнения операций не влияют. Повторное использование тега возможно лишь по завершении процесса с этим тегом. Постановка в очередь выполняется через механизм сообщений, при этом очередной процесс можно поставить в очередь «по-честному», а можно «пропихнуть» вне очереди: процесс, поставленный в очередь с сообщением Head Of Queue Tag, будет выполняться сразу после завершения текущего активного процесса. Процессы, поставленные в очередь с сообщением Simple Queue Tag, исполняются ЦУ в порядке, который оно сочтет оптимальным. Процесс, поставленный в очередь с сообщением Ordered Queue Tag, будет исполняться последним. ИУ может удалить процесс из очереди, сославшись на него по тегу. Изменение порядка выполнения команд ЦУ не касается порядка команд в цепочке, поскольку цепочка принадлежит одному процессу, а в очередь ставятся именно процессы.

Устройства SCSI допускают программирование — Programmable Operating Definition. Программированием определений операций для ЛУ можно изменить такие параметры, как идентификация производителя, типа и модели устройства, уровень соответствия SCSI, номер спецификации, набор команд и т. д. Однако низкоуровневые параметры интерфейса (параметры временных диаграмм, определение паритета) сохраняются неизменными. Текущие определения могут быть считаныИУкомандамиInquiry, Mode Sense иRead Capacity.

798Глава13. Параллельныешиныпериферийныхустройств— АТАиSCSI

13.2.5.Конфигурирование устройствSCSI

Все устройства на шине должны быть согласованно сконфигурированы. Для них требуется программно или с помощью джамперов установить основные параметры, которые описаны ниже.

аИдентификатор устройства SCSI ID — адрес 0-7 (для Wide SCSI 0-15),

уникальный для каждого устройства на шине. Обычно хост-адаптеру, который должен иметь высший приоритет, назначается адрес 7 (15 для Wide SCSI, если все устройства 16-битные). Позиционный код, используемый для адресации, обеспечивает совместимость адресации 8- и 16-битных устройств на одной шине. Типовые заводские назначения идентификаторов устройств приведены в табл. 13.17, хотя они не являются обязательными. Ряд версий BIOS считает загрузочным только устройство с SCSI ID=0. Внастоящее время прорабатывается спецификация РпР для устройств SCSI, позволяющая автоматизировать процесс назначения идентификаторов. Она обеспечивает сосуществование традиционных (Legacy SCSI) устройств, идентификаторы которых задаются джамперами, с автоматически конфигурируемыми РпРустройствами.

»Контроль паритета — SCSI Parity. Если хотя бы одно устройство не поддерживаетконтрольпаритета, ондолженбытьотключендлявсехустройствна шине. Контроль паритета, особенно для дисковых устройств, является необходимым средством защиты от искажения данных при передаче по шине.

*Включение терминаторов — Termination. В современных устройствах применяются активные терминаторы, которые могут включаться одним джампером или программно-управляемым сигналом. Терминаторы должны включаться только на крайних устройствах в цепочке. Современные хост-адап- теры позволяют автоматически включать свой терминатор, если они являются крайними, и отключать, если используются внутренний и внешний разъем канала. Это позволяет подключать и отключать внешние устройства, не заботясь о переключении терминаторов. Ранее приходилось открывать корпус и переставлять джампер, а пассивные терминаторы устанавливать в специальные гнезда (и извлекать их оттуда). При отсутствии внутренних терминаторов пользователь вынужден был применять внешние, устанавливаемые накабель.

ВНИМАНИЕ

Правильнаяустановкатерминаторовкрайнесущественна— отсутствие/избытоктерминаторовможет привестикнеустойчивостиилинеработоспособности интерфейса.

ж Питание терминаторов (Terminator power). Питание терминаторов должно быть включено (джампером или программно) хотя бы на одном устройстве.

*Согласование скорости синхронного обмена (SCSI synchronous negotiation).

Режимсинхронногообмена, обеспечивающийвысокуюпроизводитель-

13.2. Шина SCSI 799

ность, включается по взаимному согласию устройств. Если хотя бы одно устройство на шине его не поддерживает, рекомендуют запретить согласование на хост-адаптере. Если обмен будет инициирован целевым устройством, поддерживающим синхронный режим, нормальный хост-адаптер обеспечит этот режим. Целевому устройству можно запретить запрос синхронного режима специальным джампером, который может называться

«Enable TI-SDTR» (Target Initiated Synchronous Data Transfer Request Negotiation).

ж Разрешение отключения (Enable disconnection). Позволяет устройствам отключаться от шины при неготовности данных во время длительных операций с носителем, что весьма эффективно в многозадачном режиме при нескольких ПУ на шине. В случае одного устройства отключение приводит только к дополнительным затратам времени на повторное соединение.

*Согласование ширины шины данных тоже выполняется по протоколу шины, исходя из возможностей обоих участников обмена. Целевому устройству можно запретить запрос 16-битного режима специальным джампером, ко-

торый может называться «Enable TI-WDTR» (Target Initiated Wide Data Transfer Request Negotiation).

т Запрет 16-разрядного режима (Disable wide). Позволяет подключить «ши-

рокое» устройствок«узкой» шине.

я Принудительное переключение в линейный режим (Force SE). Позволяет перевестиустройство LVD врежимSE, независимоотсостоянияDIFFSENS.

|» Запрет синхронизации по обоим фронтам (Disable U160). Позволяет при-

нудительно перевести устройство Ultra3 SCSI в режим Ultra2.

т Старт по команде (Start on command) или запрет автоматического запуска шпиндельного двигателя (Disable Auto Spin up). При включении этого параметра запуск двигателя устройства выполняется только по команде от хост-адаптера, что позволяет снизить пик нагрузки блока питания в момент включения. Хостбудетзапускатьустройствапоследовательно.

я Задержанный старт (Delayed Start) в сочетании с джамперами выбора задержки позволяет автоматически запускать двигатель через указанный интервал времени после подачи питания (разным устройствам задают различныезначениязадержки).

НЖМД, поддерживаемый BIOS хост-адаптера_______0 или 1____________________