Интерфейсы периферийных устройств

 

     Хотя  исходная спецификация SCSI,  опубликованная в 1986г.(SCSI-1), представляла большой шаг вперед, у нее были некоторые серьезные недостатки.  В частности не было четкой регламентации всех аспектов, гарантирующих совместимость между устройствами  были ссылки на целый ряд различных команд, однако в действительности она требовала обязательной реализации только одной команды REQUEST SENSE («уточнить состояние»). В результате различные устройства поддерживали различные команды , что существенно ограничивало число контроллеров, которые могли бы работать в любой SCSI- системе. Специалисты осознали это ограничение уже на завершающем этапе выработки спецификации  SCSI-1, поэтому была создана группа по разработке единого набора команд (CCS), которая должна была решить данную проблему, предложив расширенный набор команд SCSI.  Набор команд был расширен с тем, чтобы устройство могло посылать и принимать более детальную информацию.  Подмножество всех возможных команд  было 

выбрано таким  образом, чтобы его могли без особого труда реализовать изготовители ПУ.  Ограничение числа команд,  на которые должно реагировать SCSI -устройство,  увеличивает вероятность того, что все  эти  команды будут реализованы.  Хотя документ CCS включен в спецификацию SCSI-1, он был опубликован,  и его принципы были  рекомендованы как стандарт де-факто, которому должны следовать 

изготовители устройств  с интерфейсом SCSI. Благодаря этому уменьшился

уровень несовместимости  SCSI-устройств, не позволяющий использовать готовые ПУ в системе без дополнительных доработок.

     Принципы  SCSI были включены в спецификацию SCSI-2,  где команды   

делятся на три  категории : обязательные, факультативные и определяемые изготовителем. SCSI -устройства должны поддерживать как минимум,  все обязательные команды устройств своего типа.  В спецификации  SCSI -2    были описаны команды для ПУ непосредственного доступа(дисковых накопителей), последовательного доступа(НМЛ), принтеров, процессоров, устройств памяти  с однократной записью(оптических дисковых накопителей), ПЗУ на базе компакт-дисков, сканеров, устройств оптической памяти, устройств с автоматической сменой носителя  коммуникационных устройств.

     В спецификацию  SCSI -2   была включена также еще одна концепция, предложенная в документе CCS, а именно -  концепция   обратной выборки,  или перевыборки. Согласно протоколу SCSI –1, если инициатор посылает команду исполнителю, он будет занимать шину до тех пор, пока  исполнитель не завершит выполнение этой команды. Когда исполнитель выполнит команду, он через механизм арбитража потребует доступа к шине с целью перевыборки инициатора,  который выдал ему эту команду. Операция завершается передачей исполнителем соответствующих данных и статуса. Таким образом инициатору не приходится ждать, пока исполнитель закончит текущую команду, и он может в принципе посылать команды другим исполнителям с целью их параллельного выполнения.

      Это может  быть полезно для системы, содержащей  более одного исполнителя ,  однако чаще бывает необходимо  послать следующую команду тому же самому исполнителю. Спецификация SCSI-1 предусматривает передачу только одной команды от инициатора логическому устройству SCSI-контроллера исполнителя . При работе с дисковыми накопителями такой режим может быть весьма неэффективным. Предположим , например , что у ЦП имеются четыре отдельных запроса от операционной системы на чтение секторов диска, размещающихся на дорожках 1,50,2 и 52. Поскольку ЦП работает

c устройствами шины SCSI в терминах логических блоков данных , он не имеет представления о том , где( или каким образом) эти данные хранятся в устройстве), и , следовательно, не в состоянии оптимизировать последовательность команд перед их выдачей в SCSI- устройство. Такая

возможность, называемая формированием очереди или цепочки команд, предусмотрена в спецификации SCSI-2( в очередь могут быть установлены до 256 команд).                      

        Чтобы устройство  могло одновременно следить за  несколькими командами, ждущими выполнения, каждой команде присваивается тег

очереди , определяющий однозначный  механизм  обращения к ней.  Когда устройство выбрано на шине SCSI и передано сообщение идентификации

IDENTIFY, посылается двухбайтовое сообщение тега очереди QUEUE TAG, которое содержит нужную команду очереди и идентификатор инициатора. Когда контроллер исполнителя производит производит перевыборку инициатора , это сообщение с тегом посылается после идентификатора устройства. Команды, посылаемые без тега очереди, выполняются в порядке поступления , однако при этом ожидать выполнения  может только одна команда , что регламентируется стандартным протоколом SCSI-1.

       В спецификации  SCSI-2 предусмотрено также существенное увеличение скорости передачи данных , максимальное значение которой согласно спецификации SCSI-1 составляло 5Мбайт/с. Проблема повышения скорости была разрешена двумя различными способами . Наиболее  простым способом является увеличение числа разрядов шины данных. В настоящее время широкое распространение получили 16- и 32- разрядные процессоры, на фоне которых 8- разрядная шина SCSI -1 выглядит просто примитивно. В связи с этим в с спецификацию SCSI -2 был введен «широкий » многоразрядный вариант шины(WIDE), предусматривающий введение дополнительно 24 линий данных , т.е увеличения их общего числа до 32. Для повышения пропускной способности шины также было предложено увеличить тактовую частоту обмена в два раза . Это составляет суть «быстрого» (высокоскоростного) варианта (FAST) шины SCSI -2.

       Сочетание  быстрого и широкого вариантов реализации шины SCSI дает возможность передавать данные с максимальной пропускной способностью 40 Мбайт/с. Это может показаться весьма впечатляющим, однако для большинства обычных приложений шины SCSI столь высокая пропускная способность просто не требуется . В конце  концов, такая скорость нужна только для дискового накопителя! Устройства с интерфейсом SCSI обычно содержат буферы памяти, так что

эффективность использования шины SCSI определяется объемом данных,

принимаемых устройством  из дисковой памяти в свое буферное ЗУ, и интеллектуальностью алгоритма их обработки. При этом необходимо также учитывать , с какой скоростью сама вычислительная машина способна принимать данные. В общем не имеет смысла тратить усилия,

Увеличивать стоимость и скорость шины SCSI, реализуя «быстрый»

 или «широкий»  ее варианты, если главная система не может  воспользоваться увеличенной пропускной  способностью.   

 

 

 

                                 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Хост – адаптеры

 

     Хост-адаптер реализует функции сопряжения шины SCSI с системными ресурсами, прежде всего с системной шиной и операционной системой компьютера. Он, как правило выполняет роль инициатора на  шине SCSI , хотя в сложных( например, в мультипроцессорных и мультимашинных) SCSI-системах может динамически изменяться (инициатор/исполнитель).

     К числу основных  функций хост-адаптера, определяющих  его структуру и характеристики, относятся:

• реализация протокола шины SCSI, а также физических и электрических спецификаций стандарта;
• сопряжение с аппаратными и программными системными ресурсами

 

      Реализация протокола  шины SCSI, как правило, осуществляется  специализированной БИС контроллера  шины SCSI. Обычно эта схема обеспечивает и реализацию электрических спецификаций стандарта.

      Сопряжение с аппаратными  системными средствами предполагает  прежде всего согласование разрядности  и пропускной способности шины  SCSI и системной шины хост-системы, а также реализацию развитых средств доступа к системной памяти. Структура узла согласования разрядности шин зависит от назначения хост-адаптера и используемой версии стандарта SCSI(8 разрядов для SCSI-1;16 или 32 разряда для

SCSI-2). Основным средством согласования пропускной способности системной и SCSI-шин является буферная память, реализуемая обычно в виде буфера FIFO, либо двухпортового ОЗУ. Наиболее распространенный алгоритм доступа к системной памяти – прямой доступ, реализуемый чаще всего с помощью контроллера ПДП хост-системы.

      Сопряжение с  программными системами предполагает наличие SCSI- драйвера для конкретной ОС.

                        

                         

                       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Характеристики  современных  хост-адаптеров.

 

       Среди используемых  БИС SCSI-контроллеров для шины AT доминирует модели фирмы NCR. Следом идут известные WD33C93 фирмы  Western Digital и ALC 6250/60 фирмы Adaptec(США). Хост-адаптером чаще всего  поддерживают как синхронный, так и асинхронный

режимы  обмена  по шине  SCSI. Скорость обмена существенно зависит от типа используемого контроллера. В простых хост-адаптерах она колеблется от 0,25 до 1 Мбайт/с в асинхронном режиме и синхронном режимах соответственно.

        Размер буфера  данных также варьируется в  достаточно широких пределах: от  использования внутренних буферов БИC SCSI-контроллера небольшой емкости, до ОЗУ значительной емкости (1Мбайт). Наличие большого буфера существенно увеличивает стоимость хост-адаптера.

 

 

Программная поддержка SCSI устройств.

 

 Задача программирования SCSI систем и устройств является многоуровневой и  может быть разделена следующие относительно независимые подзадачи:

- Программирование аппаратных средств периферийных устройств.

- Реализация протоколов SCSI шины.

- Реализация SCSI команд.

-  Доступ к SCSI устройствам ОС и прикладных задач.

  

     К сожалению на  всех перечисленных уровнях используемые  на практике решения слабо  унифицированы.Многие солидные фирмы  предлагают свои оригинальные, однако часто не стыкуемые друг с другом подходы. Учитывая, что в настоящее время в области программирования SCSI устройств стандарт фактически пока не сложился, целесообразно рассмотреть наиболее интересные решения на каждом из уровней.

 

       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Программирование аппаратных средств периферийных устройств.

 

    Конечным звеном средств  программной поддержки ПУ в силу специфичности физических принципов их реализации неизбежно являются узкоспециализированные программы низкого уровня. Из-за того, что программирование на таком уровне сложно даже для общесистемных, не говоря уже о прикладных программистах, имеется тенденция к повышению уровня средств программирования ПУ за счет маскирования специфики ПУ на уровне так называемого firmware( внутреннего

программного обеспечения –ВПО). Примером может служить маскирование функций непосредственного управления дисковыми накопителями на уровне внутренних команд дисковых контроллеров WD2010,8272 и др.

    Однако на уровень  регистров контроллеров выходят  только специализированные программы.  В настоящее время ПУ как  правило, программируются на уровне функций системной BIOS, а программы более высокого уровня вообще используют стандартные функции ОС.

     Использование интерфейса  SCSI еще более повышает уровень программирования ПУ за счет использования определенного стандартом набора команд общего вида. Для прикладного программиста использование стандартных функций BIOS становится при этом практически невозможным.    

    Однако как элемент управления устройство мони, естественно,

сохраняются на уровне ВПО контроллера  ПУ и реализуется либо локальным микропроцессором (МП) контроллера, либо микроконтроллером, встроенным в базовую БИС контроллера ПУ.

      В целях сохранения  наработанных программных средств управления электроникой ПУ, в настоящее время широко используется эмуляция стандартных интерфейсов ПУ, предполагающая преобразование логических адресов SCSI в физические адреса конкретного устройства. Примером может служить контроллер SmartConnex/ISA фирмы Distributed Proccessing Е Technology. Он использует интерфейс известного дискового контроллера WD1003 фирмы Western Digital, в результате чего компьютер “видит” контроллер как обычное устройство, совместимое с интерфейсом ST-506.

    Реально эмуляцию интерфейса  выполняет невидимый для пользователя  драйвер , запоминаемый при форматировании  в последнем блоке НМД. Соответствующие драйверы имеются для наиболее распространенных ОС

(MS-DOS,OS/2,Xenix/Unix,Novell NetWare). Установка контроллера SmartConnex

в систему осуществляется с помощью специальной утилиты, поставляемой фирмой.

        В известных  контроллерах WD 33C92/93 фирмы Western Digital имеется даже встроенная команда преобразования форматов логических адресов в физические.

        Таким образом,  для реализации различных ПУ  в стандарте SCSI могут

использоваться фрагменты готовых  программ, поддерживающие такие стандартные функции управления ПУ в MS-DOS, как INT 13, INT 11 и др.

Следует отметить, что такой подход, видимо не в полной мере соответствует  идеологии SCSI, и в перспективе будут использоваться специальные программы непосредственного управления SCSI устройством на базе SCSI-команд.