Inter1 (SCSI-Интерфейс), страница 2

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 комманды устройств своего типа. В спецификации SCSI -2 были описаны комманды 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 савтоматической сменой носителя икоммуникационных 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 комманду исполнителю, он будет занимать шину до тех пор, пока исполнитель не завершит выполнение этой комманды. Когда исполнитель выполнит комманду, он через механизм арбитража потребует доступа к шине с целью перевыборки инициатора, который выдал ему эту комманду. Операция завершается передачей исполнителем соответствующих данных и статуса. Таким образом инициатору не приходится ждать, пока исполнитель закончит текущую комманду, и он может в принципе посылать комманды другим исполнителям с целью их параллельного выполнения.

Это может быть полезно для системы, содержащей более одного исполнителя , однако чаще бывает необходимо послать следующую комманду тому же самому исполнителю. Спецификация SCSI-1 предусматривает передачу только одной комманды 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 операцирнной 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 комманд перед их выдачей в SCSI- устройство. Такая

возможность, называемая формированием очереди или цепочки комманд, 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 чогласно спецификпции SCSI-1 составляло 5Мбайт/с. Проблема повышения скорости была разрешена двумя различными способами . Наиболее простым способом является увеличение числа разрядов шинны 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 обьемом 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 ипрограмными 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 буфферная память, реализуемая обычно в виде буффера FIFO, либо двухпортового ОЗУ. Наиболее распротраненный алгоритм доступа к системной памяти – прямой доступ, реализуемый чаще всего с помощью контроллера ПДП хост-системы.

Сопряжение с програмными 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 ассинхронном режиме и сихронном 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.

Програмная поддержка SCSI устройств.

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

- Програмирование аппаратных средств периферийных устройств.

- Реализация протоколов SCSI шины.

- Реализация SCSI комманд.

- 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.

I. Програмирование аппаратных средств периферийных устройств.

Конечным звеном средств програмной 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 програмистах, имеется тенденция к повышению уровня средств программирования ПУ за счет маскирования специфики ПУ на уровне так называемого firmware( внутреннего

програмного обеспечения –ВПО). Примером может служитть маскирование функций непосредственного управления дисковыми накопителями на уровне внутренних комманд дисковых контроллеров WD2010,8272 и др.

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

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

Однако как элементуправления устройствомони,естественно,

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

В целях сохранения наработанных програмных 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 утилить, поставляемой фирмой.

В известных контроллерах WD 33C92/93 фирмы Western Digital имеется даже встроенная комманда 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-комманд.

II. Реализация протокола SCSI-шины

При использовании интерфейса SCSI на ВПО хост-адаптера или контролера ПУ возлагается также функция поддержки SCSI – операций.

При этом степень необходимой прграмной поддержки зависит отуровня интеллектуальности используемой БИС контроллера SCSI-шины. По некоторым оценкам, при использовании БИС SCSI-контроллеров первого, второго и третьего поколений обьем необходимого для реализации SCSI-протокола ВПО составляет около 400,2500 и несколько сотен комманд соответственно.

Контроллеры разных поколений отличаются числом и сложностью возлагаемых на них функций принятия решения по ситуациям в SCSI-

системе.

Например, контроллер первого поколения NCR 5380работает на уровне обработки и формировании логических сигналов SCSI-шины. Функции анализа ситуаций и принятия решений полностью возлагаются на ВПО. Такой режим характеризуется большим обьемом управляющего кода, высокой интенсивностью прерываний на уровне ВПО и, как следствие, высокими накладными расходами на время выполнения операций.

Подобная схема используется в SCSI-подсистемах ПК Macintosh фирмы Apple. Для программирования SCSI-подсистем фирмой разработано специальное програмное средство – Mac’s SCSI Manager, включающее

14 программ, обслуживающих различные фазы протокола SCSI шины. Среди них: чтение/запись данных в различных режимах, участие в арбитраже, обработка комманд,статуса, сообщений, и др.

Все перечисленные функции реализуются путем непосредственного программирования аппаратных устройств SCSI-контроллера. Поскольку во всех компьютерах семейства Mac используются хост-адаптеры SCSI-шины на базе контроллера NCR 5380, ВПО для всех моделей строится по одному принципу.Однако имеются нюансы, существенные для программирования на нижнем уровне.Например, в разных моделях ПК контроллер 5380 имеет разные адреса. Кроме того, по-разному используются некоторые режимы работы контроллера 5380. В частности,имеется отличие в реализации

операции чтения/зыписи данных в синхронном режиме, что обусловлено различной степенью аппаратной поддержки процедуры «рукопожатия» в различных моделях семейства Мас. Если в модели Мас Plus синхронный режим требует полного програмного контроля линий чтения/записи и данных,то а машинах Мас SE и Мас II реализована порлная аппаратная поддержка данного режима. Особенностью мождели Мас IIfx является использование специальной заказной БИС – SCSI-контроллера ПДП, в состав которой входит контроллер 5830.

Похожие функции выполняет и програмный интерфейс ASPI (Advanced SCSI programming interface), предлагаемый фирмой Adaptec для програмирования SCSI- устройств в среде MS-DOS. Интерфейс ASPI также обеспечивает выполнение нижнего уровня протокола SCSI-штны и включает шесть команд, позволяющих выполнить следующие функции:

• определение числа хост –адаптеров в составе системы;

• определение типа периферийного SCSI- устройства;

• определение операции ввода/вывода на SCSI-шине;

• преккращение выполнения SCSI-операции;

• сброс устройств на SCSI-операции;

• установка параметров хост-адаптера.

В контроллерах второго поколения , как правило, в обязательном порядке аппаратно поддерживаются функции арбитража, управления передачей данных по шине. В некоторых моделях вводится внутренний