原创 ATA协议学习笔记

 2008-1-29 13:35  11049 8 15 分类: FPGA/CPLD

本人近期因工作需要在学习ATA总线协议，为了更好的与同行学习交流，把我的学习笔记和心得发布出来。有兴趣的朋友欢迎加入讨论，也希望对ATA协议有研究的同行多多指点。谢谢！

1、什么是ATA协议？

ATA协议定义了ATA主机控制器与ATA存储设备之间的接口标准，它包括一下几个方面的内容：
（1）接口的物理电气特性
（2）接口信号定义
（3）接口寄存器定义
（4）数据传输中使用的命令定义
（5）数据传输协议
（6）数据传输时序

2、ATA接口信号定义

ATA物理接口共40根信号线，其中大部分信号由主机控制驱动，另一些由ATA设备（如硬盘）驱动，而16位数据线是双向驱动的。

Interface signal name assignments

Description	Host	Dir	Dev	Acronym
Cable select	(See note 1)			CSEL
Chip select 0	<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />	®		CS0-
Chip select 1		®		CS1-
Data bus bit 0		«		DD0
Data bus bit 1		«		DD1
Data bus bit 2		«		DD2
Data bus bit 3		«		DD3
Data bus bit 4		«		DD4
Data bus bit 5		«		DD5
Data bus bit 6		«		DD6
Data bus bit 7		«		DD7
Data bus bit 8		«		DD8
Data bus bit 9		«		DD9
Data bus bit 10		«		DD10
Data bus bit 11		«		DD11
Data bus bit 12		«		DD12
Data bus bit 13		«		DD13
Data bus bit 14		«		DD14
Data bus bit 15		«		DD15
Device active or slave (device 1) present	(See note 1)			DASP-
Device address bit 0		®		DA0
Device address bit 1		®		DA1
Device address bit 2		®		DA2
DMA acknowledge		®		DMACK-
DMA request		¬		DMARQ
Interrupt request		¬		INTRQ
I/O read		®		DIOR-
I/O ready		¬		IORDY
I/O write		®		DIOW-
Passed diagnostics	(See note 1)			PDIAG-
Reset		®		RESET-
Note: 1 See signal descriptions for information on source of these signals

3、ATA接口的三种数据传输方式

（1）PIO（Programmable Input-Output）传输，可以分为PIO寄存器传输和PIO数据传输。PIO寄存器传输主要用于对ATA设备中的寄存器进行读写。读写的数据位数为8位DD[7:0]。ATA主机控制器根据所要读写的寄存器地址设置CS0_、CS1_、DA[2:0]地址信号，同时将DIOW_或DIOR_设为有效，ATA主机控制器或ATA设备驱动数据总线释放数据。当DIOW_或DIOR_撤销时，ATA主机控制器或ATA设备从数据总线上读取数据。对于PIO数据传输，所读写的地址为数据端口，读写数据为16位。

（2）MDMA（Multiword DMA）传输，用于数据传输。ATA主机控制器向ATA设备下达MDMA传输命令后，等待设备向主机发送DMARQ数据传输请求信号。当主机收到DMARQ信号后，向设备发送DMACK_响应信号。MDMA数据传输过程与PIO方式大致相同，也是通过DIOW_或DIOR_的周期变化来控制数据的传输。在数据传输过程中，DMARQ和DMACK_握手信号一直保持有效。

（3）UDMA（Ultra DMA），也是用于数据传输。这种传输方式的传输速度比MDMA要快，ATA/ATAPI-5协议中所定义的UDMA传输方式最高数据传输速率是66MB/s。UDMA对数据传输的控制信号重新进行了定义。另外，UDMA还引入了CRC数据校验机制，保证了数据传输过程的正确性，但其传输过程较为复杂。

4、ATA接口寄存器的定义

ATA主机与设备的通信是通过主机对ATA接口上的寄存器的读写实现的，而这些接口寄存器由主机发送的地址信号CS1_、CS0_、DA2、DA1、DA0来进行寻址。除了在DMA传输模式下，CS1_和CS0_全有效或全无效都是不可用的地址，在这种情况下，数据线应该在释放状态下（即数据总线没有驱动源）。当CS0_无效，CS1_有效时，DA[2:0]只有在值为06H和07H时地址才为有效，在其他的无效地址状态下，设备会使数据总线处于高阻态。