AT Attachment

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Erkennen der angeschlossenen Geräte

Eine der größten Hürden zu Beginn beim Schreiben eines ATA-Treibers ist das Erkennen der angeschlossenen Geräte. Hierzu gibt es keinen von der Spezifikation vorgeschriebenen Weg. Viele Methoden funktionieren zwar in einigen Emulatoren, aber auf echter Hardware nicht und umgekehrt.

Beim Schreiben des ATA-Treibers für týndur habe ich lange nach einer Methode gesucht, die überall funktioniert und lange Wartezeiten beim Erkennen der Geräte vermeidet. Mittlerweile glaube ich, eine passende Methode gefunden zu haben, die in QEMU und VMWare und auf sämtlichen meinen bisher getesteten Maschinen funktioniert (vier Rechner von P1 bis zum P4).

HOB-Bit löschen

Im OSDev-Forum bin ich darauf gestoßen, dass man vor dem Suchen nach Geräten zuerst das HOB-Bit in den Kontrollregistern der beiden Geräte löschen sollte, da noch nicht klar ist, ob sie LBA48 unterstützen oder nicht. Ob es wirklich notwendig ist, weiß ich nicht, aber schaden kann es ja nicht.

Floating Bus

Angefangen wird mit einem kleinen Test auf eine Erscheinung, die als floating bus bezeichnet wird. Damit kann festgestellt werden, ob der Bus sicher leer ist. Das Ganze hängt damit zusammen, dass der ATA-Bus mit sogenannten Pullup-Widerständen auf einem hohen Pegel gehalten wird, wenn die einzelnen Leitungen nicht von den Geräten gegen Masse gezogen werden. Beim Auslesen der Register äußert sich das dann durch lauter gesetzte Bits. Am einfachsten lässt sich das durch das Auslesen des Statusregisters erledigen. Zuerst wählt man den Master aus, liest danach den Wert des Statusregisters ein und vergleicht ihn danach mit 0xFF (ist ein ungültiger Status-Wert).

Responsive Device

Der nächste Schritt dient dazu, herauszufinden, ob auf dem Bus ein Gerät vorhanden ist, das auf Anfragen reagiert. Der Test kann einfach durchgeführt werden, indem man ein Gerät auswählt, danach beliebige Werte in die LBA-Register schreibt, und diese wieder ausliest. Wenn ein antwortendes Gerät vorhanden ist, kann man die gleichen Werte wieder einlesen, wenn das nicht der Fall ist, müssen auf dem Bus keine weiteren Prüfungen vorgenommen werden. Sicherheitshalber sollte hier zweimal geprüft werden, einmal mit Master und einmal mit Slave. Dies ist zwar eigentlich sinnlos, aber in VMWare reagiert der Master nicht (wie es in der Spezifikation vorgeschrieben ist), falls nur der Slave angesprochen wird, und soviel Zeit braucht das ganze ja nicht.

IDENTIFY-DEVICE-Kommando

Falls keine der vorherigen Prüfungen fehlgeschlagen ist, müsste jetzt mindestens ein Gerät am Bus vorhanden sein. Das wird jetzt sichergestellt und genauer ermittelt, welche Geräte wirklich vorhanden sind. Dies wird mit dem IDENTIFY-DEVICE-Befehl erledigt. Beim Senden dieses Befehls ist es sehr wichtig, dass man die ATA-Spezifikation genau befolgt, und sich an die dort erwähnten Protokolle hält. Wenn das korrekt gemacht wird, geht das Erkennen ohne ewig lange Timeouts und co. vonstatten. Falls das Identifizieren eines Gerätes fehlschlägt, heißt das noch nicht, dass kein Gerät vorhanden ist. Denn es könnte auch sein, dass es sich um ein Gerät mit PACKET-Interface handelt. Diese Geräte lassen sich mit dem IDENTIFY PACKET DEVICE identifizieren.

Register

Beschreibung	1. Kanal	2. Kanal	3. Kanal	4. Kanal	Read/Write
Datenregister	0x1F0	0x170	0x1E8	0x168	R/W
Fehlerregister	0x1F1	0x171	0x1E9	0x169	R
Sektoranzahl	0x1F2	0x172	0x1EA	0x16A	R/W
LBA niedrig	0x1F3	0x173	0x1EB	0x16B	R/W
LBA mittel	0x1F4	0x174	0x1EC	0x16C	R/W
LBA hoch	0x1F5	0x175	0x1ED	0x16D	R/W
Geräteauswahl	0x1F6	0x176	0x1EE	0x16E	R/W
Status/Kommandoregister	0x1F7	0x177	0x1EF	0x16F	R(Status) / W(Kommando)
Status2/Steuerregister	0x3F6	0x376	0x3EE	0x36E	R(Status2) / W(Steuer)

Datenregister

Das Datenregister dient zur Übermittlung der Lese/Schreib-Words(!).

Fehlerregister

Nach der Ausführung eines Kommandos kann man hier den Fehlercode auslesen. Der Fehlercode gilt aber nur, wenn im Statusregister das ERR-Bit gesetzt ist.

7	6	5	4	3	2	1	0
ICRC	UNC	MC	IDNF	MCR	ABRT	NM	r

ICRC: CRC-Vergleichsfehler bei Ultra-DMA-Übertragungen
UNC: Fehler im Datenfeld des Sektors
MC: Das Speichermedium (CD) wurde gewechselt
IDNF: Die Sektor-ID wurde nicht gefunden
MCR: Bei einem CD-Laufwerk wurde der Auswurf-Knopf gedrückt
ABRT: Command aborted (falsches Kommando oder Gerätefehler)
NM: No Media
r: reserviert

Sektoranzahl

Anzahl der zu lesenden/schreibenden Sektoren.

LBA niedrig

LBA Bit 0-7.

LBA mittel

LBA Bit 8-15.

LBA hoch

LBA Bit 16-23.

Geräteauswahl

7	6	5	4	3	2	1	0
1	1	1	DR	LBA Bit 27-24

DR: Drive Master(0) / Slave(1)

Status/Kommandoregister

Beim Lesen:

7	6	5	4	3	2	1	0
BSY	DRDY	DF	#	DRQ	r	r	ERR

BSY: Busy
DRDY: Drive Ready. Gesetzt, wenn das Laufwerk Kommandos annehmen kann.
DF: Device Fault. Betrifft Fehler, die nicht im Fehlerregister angezeigt werden.
#: Befehlsabhängig.
DRQ: Ein Zugriff auf das Datenregister wird erwartet
ERR: Error-Bit. Nach Fehler gesetzt, Beschreibung im Fehlerregister.

Beim Schreiben: Hier wird der Befehl reingeschrieben.

Status2/Steuerregister

Beim Lesen: Wie Statusregister. Beim Schreiben:

7	6	5	4	3	2	1	0
HOB	r	r	r	r	SRST	nIEN	0

HOB: siehe HOB-Bit
SRST: Software Reset
nIEN: Wenn gesetzt, sendet der Controller keine IRQs mehr
0: Immer 0

Kommandos

LBA 28 Lesen: 0x20
LBA 28 Schreiben: 0x30
LBA 48 Lesen: 0x24
LBA 48 Schreiben: 0x34

Fehlerquellen

Hier ein paar Hinweise auf Fehler, die nicht sofort offensichtlich sind.

Gerätesignaturen

In der ATA-Spezifikation wird beschrieben, unter welchen Umständen ein Gerät seine Signatur in die Register schreiben sollte. Doch hier ist Vorsicht geboten. Denn die Signatur wird von längst nicht allen Emulatoren und auch nicht von allen Geräten korrekt gesetzt.

NIEN-Bit

Beim Testen auf einem älteren Gerät (Pentium), musste ich feststellen, dass das NIEN-Bit dort nicht wirkt. Trotz gesetztem NIEN-Bit hat der Controller frisch fröhlich IRQs losgeschickt. Hier sollte also sichergestellt werden, dass der IRQ verarbeitet wird, ohne dass etwas Unerwünschtes passiert.

Weblinks