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关于os的一些整理：第十八篇：硬盘

 
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硬盘 

扇区编号顺序连贯的，对应磁盘上的物理位置就是不连贯的。

硬盘格式化

硬盘格式化包括硬格式化和软格式化，硬盘的硬格式化也叫硬格，软格式化也叫软格。

硬盘的硬格式化

硬盘在出厂时是已经硬格式化过的。所谓的硬格式化就是硬盘生产出来后，硬盘是新的，处于一种出厂时的状态，没有存任何信息。就像文件系统刚开始没有存任何文件等数据一样。然后经过硬格式化后，硬盘中虽然还是没有任何数据，但已经全部初始化为0，这就是硬盘经过硬格式化后的状态。

 

硬盘的软格式化

硬盘的软格式化就是在硬盘的硬格式化的基础上再次进行格式化为某种文件系统格式，如fat（fat12、fat16，fat32），ntf，ext（ext2，ext3，ext4）等格式。这个时候就是出于一种格式化为某种文件系统格式的状态。在经过软格式化后，就不再想硬格式化状态那样里边全是0， 而是里边已经有了上面的某种格式。通常在经过软格式化后，里边已经是个空的文件系统，里边没有任何文件，格式化成某些文件系统如ext，会自动创建一些文件或目录。

 

地址

CHS

通过CHS来表示地址。

 

LBA

包括28或48位LBA，也就是28或48位的地址。

 

28 bit LBA

写道
// for 28 bit LBA
// 2 2 2 1 1
// 7 4 3 6 5 8 7 0
// +----+--------+--------+--------+
// | | | | |
// +----+--------+--------+--------+
// |<-->|<------>|<------>|<------>|
// | | | |Sector Number Register (LBAlo)
// | | |Cylinder Low Register / (LBAmid)
// | |Cylinder High Register / (LBAhi)
// |bit0-3 of Drive / Head Register

 

 

48 bit LBA

写道
// for 48 bit LBA
// 4 4 3 3 3 2 2 1 1
// 7 0 9 2 1 4 3 6 5 8 7 0
// +--------+--------+--------+--------+--------+--------+
// | | | | | | |
// +--------+--------+--------+--------+--------+--------+
// |<--------------->|<--------------->|<--------------->|
// | | |Sector Number Register (LBAlo)
// | |Cylinder Low Register / (LBAmid)
// |Cylinder High Register / (LBAhi)

 

ATA

ATA即Advanced Technology Attachment

 

ATAPI

这个是一个ATA扩展，也叫PATA

 

SATA

SATA即Serial AT Attachment

 

PATA

 

Disk Controller

Disk Controller即磁盘控制器

 

 

寄存器

Data register

16位数据寄存器

写道
// 1
// 5 8 7 0
// +----+----+----+----+
// | | | | |
// +----+----+----+----+
// |<------->|<------->|
// ^ ^
// | |Data(7:0)
// |Data(15:8)

 

 

Command register

命令寄存器

写道
// Command register
// +----+----+
// | | |
// +----+----+
// |<------->|
// ^
// |Command Code

 

Device register

设备寄存器，有些资料称之为Drive / Head Register，

 

写道

 

// +-+-+-+-+----+
// | |#| |D|####|
// | | | |E| |
// | | | |V| |
// +-+-+-+-+----+
// ^ ^ ^
// | | |DEV – Device select. Cleared to zero selects Device 0. Set to one selects Device 1.
// | |Obsolete – These bits are obsolete.
// |Obsolete – These bits are obsolete.

 

 

对于28 bit LBA模式：

写道
// +-+-+-+-+----+
// |/|1|/| | |
// +-+-+-+-+----+
// | ^ ^ ^|<-->|
// | | | | |bit24-27 of LBA
// | | | |Drive: 0: master(primary), this usually to be hard disk; 1: slave(secondary), this usually to be compact disc(CD)
// | | |Unused
// | |Mode: set to 1: LBA
// |Unused

对于CHS模式：

写道
// +-+-+-+-+----+
// |/|0|/| | |
// +-+-+-+-+----+
// | ^ ^ ^|<-->|
// | | | | |Head
// | | | |Drive: 0: master(primary), this usually to be hard disk; 1: slave(secondary), this usually to be compact disc(CD)
// | | |Unused
// | |Mode: set to 0: CHS
// |Unused

命令 

CFA ERASE SECTORS

 

CFA REQUEST EXTENDED ERROR CODE

 

CFA TRANSLATE SECTOR

 

CFA WRITE MULTIPLE WITHOUT ERASE

 

CFA WRITE SECTORS WITHOUT ERASE

 

CHECK MEDIA CARD TYPE

 

CHECK POWER MODE

 

CONFIGURE STREAM

 

DEVICE CONFIGURATION

 

DEVICE RESET

 

DOWNLOAD MICROCODE

 

EXECUTE DEVICE DIAGNOSTIC

 

FLUSH CACHE

 

FLUSH CACHE EXT

 

GET MEDIA STATUS

 

IDENTIFY DEVICE

 

写道
// IDENTIFY DEVICE
// Features Register:
// +----+----+
// | | |
// +----+----+
// |<------->|
// |na
// Note: Features Register is optional to set.
//
// Sector Count Register:
// +----+----+
// | | |
// +----+----+
// |<------->|
// |na
// Note: Sector Count Register is optional to set.
//
// LBA Low Register:
// +----+----+
// | | |
// +----+----+
// |<------->|
// |na
// Note: LBA Low Register is optional to set.
//
// LBA Mid Register:
// +----+----+
// | | |
// +----+----+
// |<------->|
// |na
// Note: LBA Mid Register is optional to set.
//
// LBA High Register:
// +----+----+
// | | |
// +----+----+
// |<------->|
// |na
// Note: LBA High Register is optional to set.
// Device Register:
// +-+-+-+-+----+
// |o| |o|D| |
// |b| |b|E| |
// |s| |s|V| |
// +-+-+-+-+----+
// ^ ^|<-->|
// | | |na
// | |DEV shall indicate the selected device.
// |na
//
// Obsolete – These bits are obsolete.
//
// Command Register:
// +----+----+
// | | |
// +----+----+
// |<------->|
// |ECh

 

IDENTIFY DEVICE information

读取出来的信息类似这样的：

写道
<bochs:30> x /512mxb 0x17c9a
[bochs]:
0x0000000000017c9a:40 00 14 00 00 00 10 00 00 7E 00 02 3F 00 00 00
0x0000000000017caa:00 00 00 00 58 42 44 48 30 30 31 30 20 31 20 20
0x0000000000017cba:20 20 20 20 20 20 20 20 03 00 00 02 04 00 00 00
0x0000000000017cca:00 00 00 00 00 00 65 47 65 6E 69 72 20 63 32 31
0x0000000000017cda:34 33 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20
0x0000000000017cea:20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 10 00
0x0000000000017cfa:01 00 00 03 00 00 00 02 00 02 07 00 14 00 10 00
0x0000000000017d0a:3F 00 C0 4E 00 00 00 00 C0 4E 00 00 00 00 07 00
0x0000000000017d1a:00 00 78 00 78 00 78 00 78 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017d2a:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017d3a:7E 00 00 00 00 40 00 74 00 40 00 40 00 74 00 40
0x0000000000017d4a:3F 00 00 00 00 00 00 00 00 00 01 60 00 00 00 00
0x0000000000017d5a:00 00 00 00 00 00 00 00 C0 4E 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017d6a:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017d7a:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017d8a:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017d9a:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017daa:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017dba:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017dca:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017dda:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017dea:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017dfa:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017e0a:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017e1a:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017e2a:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017e3a:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017e4a:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017e5a:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017e6a:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017e7a:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017e8a:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

 

 

IDENTIFY PACKET DEVICE

写道
// IDENTIFY PACKET DEVICE
// Features Register:
// +----+----+
// | | |
// +----+----+
// |<------->|
// |na
// Note: Features Register is optional to set.
//
// Sector Count Register:
// +----+----+
// | | |
// +----+----+
// |<------->|
// |na
// Note: Sector Count Register is optional to set.
//
// LBA Low Register:
// +----+----+
// | | |
// +----+----+
// |<------->|
// |na
// Note: LBA Low Register is optional to set.
//
// LBA Mid Register:
// +----+----+
// | | |
// +----+----+
// |<------->|
// |na
// Note: LBA Mid Register is optional to set.
//
// LBA High Register:
// +----+----+
// | | |
// +----+----+
// |<------->|
// |na
// Note: LBA High Register is optional to set.
// Device Register:
// +-+-+-+-+----+
// |o| |o|D| |
// |b| |b|E| |
// |s| |s|V| |
// +-+-+-+-+----+
// ^ ^|<-->|
// | | |na
// | |DEV shall indicate the selected device.
// |na
//
// Obsolete – These bits are obsolete.
//
// Command Register:
// +----+----+
// | | |
// +----+----+
// |<------->|
// |A1h

IDENTIFY PACKET DEVICE information

读取出来的信息类似这样的：和IDENTIFY DEVICE information差不多。

写道
<bochs:30> x /512mxb 0x17c9a
[bochs]:
0x0000000000017c9a:40 00 14 00 00 00 10 00 00 7E 00 02 3F 00 00 00
0x0000000000017caa:00 00 00 00 58 42 44 48 30 30 31 30 20 31 20 20
0x0000000000017cba:20 20 20 20 20 20 20 20 03 00 00 02 04 00 00 00
0x0000000000017cca:00 00 00 00 00 00 65 47 65 6E 69 72 20 63 32 31
0x0000000000017cda:34 33 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20
0x0000000000017cea:20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 10 00
0x0000000000017cfa:01 00 00 03 00 00 00 02 00 02 07 00 14 00 10 00
0x0000000000017d0a:3F 00 C0 4E 00 00 00 00 C0 4E 00 00 00 00 07 00
0x0000000000017d1a:00 00 78 00 78 00 78 00 78 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017d2a:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017d3a:7E 00 00 00 00 40 00 74 00 40 00 40 00 74 00 40
0x0000000000017d4a:3F 00 00 00 00 00 00 00 00 00 01 60 00 00 00 00
0x0000000000017d5a:00 00 00 00 00 00 00 00 C0 4E 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017d6a:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017d7a:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017d8a:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017d9a:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017daa:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017dba:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017dca:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017dda:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017dea:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017dfa:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017e0a:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017e1a:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017e2a:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017e3a:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017e4a:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017e5a:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017e6a:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017e7a:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0x0000000000017e8a:00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00

 

 

IDLE

 

IDLE IMMEDIATE

 

MEDIA EJECT

 

MEDIA LOCK

 

MEDIA UNLOCK

 

NOP

 

PACKET

 

READ BUFFER

 

READ DMA

 

READ DMA EXT

 

READ DMA QUEUED

 

READ DMA QUEUED EXT

 

READ LOG EXT

 

READ MULTIPLE

 

READ MULTIPLE EXT

 

READ NATIVE MAX ADDRESS

 

READ NATIVE MAX ADDRESS EXT

 

READ SECTOR(S)

写道
// READ SECTORS
//
// Features Register:
// +----+----+
// | | |
// +----+----+
// |<------->|
// |na
// Note: Features Register is optional to set.
//
// Sector Count Register:
// +----+----+
// | | |
// +----+----+
// |<------->|
// |Sector count
// LBA Low Register:
// +----+----+
// | | |
// +----+----+
// |<------->|
// |LBA (7:0)
// LBA Mid Register:
// +----+----+
// | | |
// +----+----+
// |<------->|
// |LBA (15:8)
// LBA High Register:
// +----+----+
// | | |
// +----+----+
// |<------->|
// |LBA (23:16)
// Device Register:
// +-+-+-+-+----+
// |o|L|o|D| |
// |b|B|b|E| |
// |s|A|s|V| |
// +-+-+-+-+----+
// ^ ^|<-->|
// | | |LBA (27:24)
// | |DEV shall indicate the selected device.
// |Mode: set to 1: LBA
//
// Obsolete – These bits are obsolete.
//
// Command Register:
// +----+----+
// | | |
// +----+----+
// |<------->|
// |20h

 

 

 

READ SECTOR(S) EXT

 

READ STREAM DMA

 

READ STREAM PIO

 

READ VERIFY SECTOR(S)

 

READ VERIFY SECTOR(S) EXT

 

SECURITY DISABLE PASSWORD

 

SECURITY ERASE PREPARE

 

SECURITY ERASE UNIT

 

SECURITY FREEZE LOCK

 

SECURITY SET PASSWORD

 

SECURITY UNLOCK

 

SEEK

 

SERVICE

 

SET FEATURES

 

SET MAX

 

SET MAX ADDRESS EXT

 

SET MULTIPLE MODE

 

SLEEP

 

SMART

 

STANDBY

 

STANDBY IMMEDIATE

 

WRITE BUFFER

 

WRITE DMA

 

WRITE DMA EXT

 

WRITE DMA QUEUED

 

WRITE DMA QUEUED EXT

 

WRITE LOG EXT

 

WRITE MULTIPLE

 

WRITE MULTIPLE EXT

 

WRITE SECTOR(S)

 

WRITE SECTOR(S) EXT

 

WRITE STREAM DMA

 

WRITE STREAM PIO

 

寻址方式

 

CHS

CHS即Cylinder, Head, Sector mode，也就是柱面，磁头，扇区模式。这种寻址模式已经过时，但仍然在使用，尤其是在一些老硬盘中。

 

LBA

LBA包括LBA28和LBA48两种寻址模式。LBA表示Logic Block Addressing, 即逻辑块寻址。LBA也表示Logic Block Address，即逻辑块地址。LBA寻址模式也就是根据逻辑块地址进行寻址的一种寻址模式。

 

LBA28

LBA28即28 bit LBA，28位LBA模式

 

LBA48

LBA48即48 bit LBA，48位LBA模式

 

数据传输模式

 

硬盘读写时，数据传输也包括DMA和PIO两种传输模式。ATA规范规定所有符合ATA的驱动器必须PIO模式，并将PIO模式作为默认的数据传输机制。

 

 

DMA

 

PIO

 

 

 

硬盘操作

 

读操作

 

写操作

 

硬盘接口

 

相关结构和定义

 

typedef struct device
{
  u2 dev_type;
  void* handle;

  int (* init) (struct device *dev, void *args);
} dev_s;

typedef dev_s dev_t;

 

 

 

// READ SECTORS
#define COMMAND_READ_SECTORS      0x20
// READ SECTORS EXT
#define COMMAND_READ_SECTORS_EXT  0x24
// WRITE SECTORS
#define COMMAND_WRITE_SECTORS     0x30
// WRITE SECTORS EXT
#define COMMAND_WRITE_SECTORS_EXT 0x34

 

void ata_read(dev_s *dev, disk_address_t *addr, char* dest);

 

void ata_write(dev_s *dev, disk_address_t *addr, char* src);

 

 

 

 

 

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