35. Последовательный интерфейс SerialAta. Физический интерфейс. Регистры.

Интерфейс Serial ATA является хост-центрическим, в нем определяется только взаимодействие хоста с каждым из подключенных устройств, а взаимодействие между ведущим и ведомым устройствами, свойственное традиционному интер­фейсу АТА, исключается. Программно хост видит множество устройств, подклю­ченных к контроллеру, как набор каналов АТА, у каждого из которых имеется единственное ведущее устройство. Имеется возможность эмуляции пар устройств (ведущее — ведомое) на одном канале, если такая необходимость возникнет. Про­граммное взаимодействие с устройствами Serial ATA практически совпадает с прежним, набор команд соответствует ATA/ATAPI-5. В то же время аппаратная реализация хост-адаптера Serial ATA сильно отличается от примитивного (в ис­ходном варианте) интерфейса АТА. В параллельном интерфейсе АТА хост-адап­тер был простым средством, обеспечивающим программное обращение к регист­рам, расположенным в самих подключенных устройствах. В Serial ATA ситуация иная: хост-адаптер имеет блоки так называемых «теневых» регистров (Shadow Registers), совпадающих по назначению с обычными регистрами устройств АТА. Каждому подключенному устройству соответствует свой набор регистров.

На физическом уровне для передачи инфор­мации между контроллером и устройством используются две пары проводов. Дан­ные передаются кадрами, транспортный уровень формирует и проверяет коррек­тность информационных структур кадров (Frame Information Structure, FIS). Для облегчения высокоскоростной передачи на канальном уровне данные кодируются по схеме 8В/10В (8 бит данных кодируются 10-битным символом) и скремблиру-ются, после чего по физической линии передаются по простейшему методу NRZ (уровень сигнала соответствует передаваемому биту).

В первом поколении Serial ATA данные по кабелю передаются со скоростью 1500 Мбит/с, что с учетом кодирования 8В/10В обеспечивает скорость 150 Мбайт/с (без учета накладных расходов протоколов верхних уровней).

Каждое устройство, подключенное к адаптеру Serial ATA, представляется тремя блоками регистров, два из которых соответствуют традиционным регистрам АТА и называются «теневыми», третий блок — новый. Привязка адре­сов блоков к адресному пространству хоста стандартом не регламентируется; для PCI-контроллера блоки задаются регистрами конфигурационного пространства и «теневые» регистры могут располагаться по стандартным адресам АТА.

Новый блок регистров SCR (Serial ATA Status and Control registers) состоит из 16 смежных 32-разрядных регистров SCR0-SCR15, из которых пока определены лишь 3 (остальные зарезервированы).

Регистр SStatus (SCR0) — регистр текущего состояния интерфейса хост адаптера (только чтение).

Регистр SError (SCR1) — регистр диагностической информации, относящейся к ин­терфейсу. В регистре представлены ошибки, накапливающиеся с момента последней очистки регистра.

Регистр SControl (SCR2) — регистр управления интерфейсом (запись и чтение).

36. Интерфейсы и конструктивы твердотельных носителей информации. CompactFlash. SmartMedia Card. MultiMediaCard и Sequre Digital.

В большинстве своем эти устройства осно­ваны на микросхемах флэш-памяти, в наиболее современных используется память со структурой NAND. Устройства хранения обычно представ­ляют комбинацию собственно микросхем памяти и микроконтроллера, обеспечи­вающего внешние интерфейсные функции.

Карты CompactFlash, поддерживаемые ассоциацией CFA (Compact Flash association), широко используются в различных электронных приборах: циф­ровых фотокамерах, фотопринтерах, МРЗ-плейерах, цифровых диктофонах, персональных коммуникаторах и, конечно же, компьютерах — настольных, кар­манных, автомобильных. Карты имеют размер 42,8 х 36,4 х 3,3 мм (4 мм с учетом выступа) и 50-контактный разъем (розетка на карте, двухрядный штырьковый разъем с шагом 1,27 мм на слоте). Через переходник с 50 на 68-контактный разъем карты могут устанавливаться в слот PC Card Type II или III, имеющийся практически во всех блокнотных ПК. Объем памяти выпускаемых в настоящее время карт — от 4 Мбайт до 1 Гбайт, на­пряжение питания — 5 или 3,3 В. Карты могут работать в одном из трех режимов: карт памяти (Mem), карт ввода-вывода PC Card (I/O), «чистого» режима IDE (ATA). В первых двух режимах карты работают с теми же интерфейсными сигна­лами, что и PC Card. В режиме IDE электрический интерфейс и система команд полностью совместимы со спецификацией АТА, правда, обмен дан­ными возможен только в режиме РЮ. Режим IDE выбирается заземлением на сто­роне хоста сигнала ATA_SEL#. При этом из шины адреса используются только А[2:0] (остальные заземлены хостом); шина данных при обращениях к регистрам АТА имеет разрядность 8 бит, а при передаче данных — 16.

Карты SmartMedia Card, поддерживаемые ассоциацией PCMCIA, предназначены примерно для того же круга приложений, что и CompactFlash. Они совсем тонкие, имеют менее «нежный» печатный разъем с малым числом контактов (всего 22) и не боятся не только повышенной влажности, но и воды. Карты основаны на микросхе­мах флэш-памяти с организацией запоминающих ячеек NAND. Средняя скорость передачи данных — 2 Мбайт/с, пиковая — до 10. Вид карт приведен на рис. 9.8, назначение контактов —в табл. 9.15. Карты на 5 В выпускаются объемом 16и32 Мбит (2 и 4 Мбайт). Карты на 3,3 В выпускаются объемом 16, 32 или 64 Мбит (2, 4, 8 Мбайт); у них контакт 17 соединен с V_cc. Для карт SmartMedia выпускают про­стые переходные адаптеры на слот PC Card Type II. Появились даже устройства FlashPath™ для считывания этих карт в обычном дисководе(!) 1,44 Мбайт.

У карт ММС на разъем выводятся питание, управляющий сигнал, сигнал синхронизации и двухразрядная шина данных. У карт SD за счет пары дополнительных контак­тов шина данных расширена до 4 бит, что позволяет повысить скорость обмена. Конструктивно карты SD сделаны так, что устройства, работающие с ними, физи­чески могут работать и с картами ММС, но не наоборот (в тонкий слот ММС более толстую карту SD и не вставить). Логическая совместимость должна обеспечи­ваться программным обеспечением хоста (устройства, в которое вставляют кар­ту). Карты ММС и SD предназначены примерно для того же спектра устройств, что и CompactFlash; к ним стоит добавить и электронные книги (eBook). Однако назначение этих карт различно: ММС предназначены для широкого распростране­ния данных — музыки, игр, электронных книг, — и они являются довольно дешевы­ми носителями информации. Карты SD предназначены для безопасного (в смы­сле конфиденциальности) распространения информации, и они гораздо дороже.

На печат­ной плате карты SD смонтирована флэш-память структуры NAND, SD-контроллер и вспомогательные компоненты. 9-контактный разъем карт SD (табл. 9.16) по выво­дам 1-7 совпадает с картами ММС. Карты SD допускают «горячее» подключение/ отключение. Конструкция коннектора рассчитана на 10 000 циклов вставки-изъятия. Карты выдерживают до 200 000-300 000 циклов записи в каждый блок флэш-памяти и падение на пол с высоты 3 м. Они устойчивы и к жаре, и к морозу. Скорость передачи данных у первых карт SD — 2 Мбайт/с, объем — 8-512 Мбайт; в 2002 г. планируется подъем скорость до 10 Мбайт/с и объем до 1 Гбайт, а в 2004 — до 20 Мбайт/с и 4 Гбайт. На всех уровнях действуют средства безопасности (Security), являющиеся основ­ным «коньком» SD. В SD используются технологии обеспечения безопасности CPRM (Content Protection for Recordable Media — защита содержимого записы­ваемых носителей) — стандарта шифрования и сертификации/аутентификации, разработанного и лицензируемого фирмами IBM, Intel, Matsushita (Panasonic) и Toshiba. Карты SD-Audio отвечают требованиям SDMI¹ (Secure Digital Music Initiative) к портативным устройствам. Карта SD имеет три области хранения с разными возможностями доступа: область хранения ключей шифрования и аутентификации, область секретных данных и область данных общего назначения. Секретные данные хранятся и передаются в зашифрованном виде, их кодирование-декодирование выполняется хостом (устройством, в которое устанавливается карта). Для того чтобы установить канал обмена секретными данными, требуется взаимная аутентификация хоста и кар­ты: хост должен «признать» карту, а карта — хост. Таким образом, обмен данными с защищенной областью карты возможен только на «фирменных» устройствах (до тех пор пока алгоритмы и ключи шифрования не попадут в руки хакеров).

Карты Miniature Card предназначены для использования в недорогих устройствах бытовой электроники в качестве сменной флэш-памяти, а также расширения ди­намической памяти. В интерфейсе карт используется линейный до­ступ к произвольной ячейке памяти с адресуемым объемом до 64 Мбайт. Карты имеют немультиплексированную 16-разрядную шину данных и могут работать в пакетном режиме передачи данных. Интерфейс хоста для этих карт конфигурируется на работу в режиме DRAM или флэш-памяти; карты снабжаются микросхемой энергонеза­висимой памяти идентификации с интерфейсом PC. Карты имеют прорези для правильного позиционирования и коннектор, обеспечивающий «горячее» (даже для DRAM!) подключение.