Однокристальный микроконтроллер.

Однокристальный микроконтроллер является наиболее сложным элементом НЖМД IDE AT и является определяющим в скорости обмена данными между НЖМД и HOST. Структурная схема однокристального микроконтроллера показана на рис.4.

Рис.4. Структурная схема однокристального микроконтроллера.

Микроконтроллер имеет четыре порта, с помощью которых он подключается к HOST, локальному микропроцессору, RAM буферу и каналу обмена данными с НЖМД. Микроконтроллер представляет собой конечный автомат управляемый со стороны локального микропроцессора, со стороны HOST доступны только стандартные регистры файла задания. Программирование однокристального микроконтроллера производиться на этапе инициализации со стороны локального микропроцессора, при этом происходит настройка на один из трех методов кодирования MFM, RLL или NRZ, выбирается режим CRC или ЕСС [3], устанавливается режим гибкого или жесткого разбиения на сектора (гибкий режим используется в НЖМД IDE AT с зонно-секционной записью, см. ниже). Локальный микропроцессор управляет менеджером буфера, контроллером НЖМД и режимом работы контроллера интерфейса (некоторые микроконтроллеры могут работать в режиме AT или XT). Как правило, локальный микропроцессор находиться в состоянии ожидания пока не активизирован запрос микроконтроллера MCINT (MICROCONTROLLER INTERUPT). В режиме AT, MCINT устанавливается, когда HOST производит запись в командный регистр 1F7H . Менеджер буфера управляет буферным ОЗУ, емкость которого колеблется от 8 Кбит до 256 Кбит и зависит от конкретного используемого микроконтроллера. Менеджер буфера разбивает все буферное ОЗУ на отдельные секторные буферы. Специальные регистры, доступные со стороны локального микропроцессора, содержат начальные адреса этих секторных буферов. Когда HOST осуществляет обмен данными с одним из секторных буферов посредством FIFO, со стороны контроллера НЖМД возможен обмен данными с другим секторным буфером. Контроллер управления НЖМД предназначен для обмена данными между каналом чтения/преобразования данных, каналом записи НЖМД и совместно с менеджером буфера - буферным ОЗУ, дополнительно контроллер управления НЖМД осуществляет форматирование дорожки, поэтому в справочной документации можно встретить название форматер и дисковый интерфейс (FORMATTER & DISK INTERFACE). На рис.5 представлены тракт чтения контроллера управления НЖМД и тракт записи. При выполнении чтения, с сепаратора данных, приходит управляющий сигнал DRUN (при нахождении поля синхронизации). По этому сигналу детектор адресного маркера, во входном потоке данных пытается обнаружить AM и если он обнаружен, то подается сигнал START на декодер, который начинает преобразование входных данных в двоичный последовательный код. Схема проверки КЦК и исправления ошибок обнаруживает и если возможно корректирует ошибки, по результату проверки формируется сигнал NO ERRORS. После этого последовательные данные преобразуются в параллельные. При выполнении записи байт данных преобразуется в последовательный код и поступает в схему генератора RLL, который с частотой WCLK вырабатывает данные записи WRDATA. В зависимости от комбинации битов данных формируются сигналы коррекции EARLY и LATE, используемые схемой предкомпенсации. Схема генератора КЦК подсчитывает контрольно-циклический код входного потока последовательных данных. Сформированные байты КЦК добавляются к записываемым данным. По сигналу WRITE AM генератор RLL формирует байт адресного маркера (сформированного с нарушением правил кодирования).

Рис. 5. Тракт записи.

Контроллер управления НЖМД является самой сложной частью однокристального микроконтроллера и представляет собой конечный автомат, выполняющий функции:

- поиск адресного маркера;
- чтение сектора;
- чтение всех секторов на дорожке;
- запись сектора;
- запись всех секторов на дорожке;
- запись идентификатора;
- форматирование одного сектора;
- форматирование дорожки.

Управление контроллером НЖМД осуществляется с помощью регистров управления, доступных со стороны локального микропроцессора. Ведущими, по производству БИС однокристальных микроконтроллеров для НЖМД IDE AT, являются фирмы: AdaptecInc., CirrusLogicInc., WesternDigitalCorp., Chips&Technologies. Ряд производителей НЖМД, SeagateTechnology, QuantumСогр.и др., создают собственные контроллерные БИС при помощи производственных сервисных подразделений таких фирм, как TexasInstrumentsInc., SiliconSistemsInc. В табл.1 приведены однокристальные микроконтроллеры и модели НЖМД, в которых они используются.

Таблица 1 .
Фирма -производитель	Микроконтроллер	Модели НЖМД, где он применяется
AdaptecInc.	AIC-010 AIC-6060 AIC-6070 AIC-7160 AIC-7165, AIC-7166 AIC-7170.AIC-7171 AIC-8265, AIC-8267	Семейство ST157A СР-Зххх, Samsung SHD-3062A ALPC DR311C91A, ST3290 Maxtor 7131AT, ST3390A Maxtor 7 171А, 7345 AT Maxtor 7425A CFA540A, Samsung PLS-31274A
WesternDigital	WD42C22 WD61C25	Семейства WD9xxxxA; PYRANHA; CAVIAR arh. 0; Семейство CAVIAR arh. 1; UltraLite
CirrusLogicInc.	CL-SH260/265 CL-SH360/362 CL-SH365/366	KC-40GA, ST351 А/X, ST1 144A, ST3144A; СемействоСР-Зххх, Maxtor 7080 AT, 7 120 AT. Maxtor MXT540A; Семейства CFSxxxA, CFAxxxA.

He так давно самым распространенным однокристальным микроконтроллером являлся CL-SH260 и его модернизированный аналог CL-SH265. Этот контроллер использовался приблизительно в 60% всех выпускаемых НЖМД IDE AT емкостью 100 - 200 Мбит. Микроконтроллер AIC-6060 совместим по разводке выводов и назначению регистров с устройством CL-SH260, но превосходит последний по быстродействию на 50% и содержит дополнительные регистры ветвления с возможностью только записи. Структурная схема микроконтроллера CL-SH260 представлена на рис. 16.

CL-SH260 поддерживает протокол интерфейса XT и AT. Внешний подключаемый буфер может иметь емкость 64 Кбит статической памяти. Максимальная скорость считываемых данных NRZ до 15 Мбит/с. Контроллер обеспечивает 16-бит CRC или 56-бит ЕСС контроля и исправления ошибок. Микропроцессорный интерфейс совместим с семействами Intel 8051 или Motorola 68HC11. Производится в 84-х выводном корпусе PLCC или 100 выводном QFP. Более современные однокристальные микроконтроллеры семейства CL-SH360 это CL-SH361/364/366 обеспечивают скорость передачи NRZ данных до 32 Мбит/с и имеют аппаратную схему обнаружения и коррекции ошибок полиномов Рида-Соломона 16-бит CRC и 88-бит ЕСС. Микроконтроллеры семейства CL-SH4600 обеспечивают скорость передачи данных NRZ до 72 Мбит/с, емкость внешнего буфера может достигать 128 Кбит для статической памяти и 4 Мбит для динамической.

Интерфейс IDE AT.