Совместимость устройств SCSI

Многочисленные разновидности SCSI разрабатывались таким образом, чтобы каждая последующая была обратно совместима с предшествующим стандартом, в частности, чтобы одна и та же шина могла поддерживать различные типы устройств SCSI. Однако, как мы видели, например, в случае низковольтного и высоковольтного вариантов интерфейсов, это условие не всегда возможно выполнить.

Для упрощения взаимодействия с устройствами предыдущего поколения производители предложили, в частности, использовать в устройствах Ultra 2 так называемую «универсальную ячейку ввода/вывода» (Universal I/O cell). Универсальная ячейка определяет, в каком режиме работает шина, и автоматически настраивается надлежащим образом.

Другой способ поддерживать одновременно старые и новые устройства (или низкоскоростные и высокоскоростные) — использовать многоканальные главные адаптеры.

В этом случае один канал обслуживал бы устройства Ultra 2, такие, как жесткие диски, а другой канал — устройства Fast/Ultra, такие, как CD-ROM или ленточный накопитель.

Описание сигналов

Физический интерфейс

Физически SCSI представляет собой шину, состоящую из 25 сигнальных цепей. Для защиты от помех каждая сигнальная цепь имеет свой отдельный обратный провод. На применяемых двухрядных разъемах контакты сигнальных и обратных цепей располагаются друг против друга. Это позволяет применять в качестве кабелей, как витые пары проводов, так и плоские шлейфы, где сигнальные и обратные провода чередуются. По типу сигналов различают линейные (Single Ended) и дифференциальные (Differential) версии SCSI. Их кабели и разъемы идентичны, но электрической совместимости устройств нет.

Дифференциальная (Differential) версия для каждой цепи задействует пару проводников, по которым передается парафазный сигнал. Здесь используются специальные дифференциальные приемопередатчики, что позволяет значительно увеличить длину кабеля, сохраняя частоту обмена.

Традиционный дифференциальный интерфейс получил название "высоковольтный" - High Voltage Differential (HVD), поскольку в SCSI-3 ему появилась низковольтная альтернатива - Low Voltage Differential (LVD).

В широко используемой линейной версии каждый сигнал передается потенциалом с ТТЛ - уровнями относительно общего провода. Здесь общий (обратный) провод для каждого сигнала тоже должен быть отдельным.

Новые устройства с интерфейсом LVD могут работать на шине вместе с устройствами с линейным интерфейсом - для этого их буферные схемы содержат автоматический определитель типа интерфейса. Однако совместимость относится только к LVD - традиционные устройства с HVD могут работать только с подобными себе устройствами.

Сигналы сведены в таблицу 5. Для всех сигналов активному состоянию и логической единице соответствует низкий потенциал.

На концах кабельных шлейфов обязательно устанавливаются терминаторы, согласованные с кабелем. Они предназначены для "подтягивания" уровня сигналов линий к высокому потенциалу. Терминаторы служат и для предотвращения отражения сигналов от концов кабеля.

По исполнению терминаторы могут быть внутренние (размещенные на печатной плате устройства) и внешние (устанавливаемые на разъемы кабеля или устройства).

 

Таблица 5. Сигналы SCSI

 

Сигнал	Назначение
BSY#	Busy - шина занята
SEL#	Select - выбор ЦУ инициатором (Select) или инициатора ЦУ (Reselect)
C/D#	Control/Data - управление (низкий уровень) / данные (высокий уровень)
I/0#	Input/Output -направление передачи относительно ИУ: вводу в ИУ соответствует низкий уровень. Используется для различия прямой (Select) и обратной (Reselect) выборки: фазе Selection соответствует низкий уровень
MSG#	Message - передача сообщения
DB[0:31]#	Data Bus - инверсная шина данных
DP[0:3]#	Data Parity - инверсные биты паритета, дополняют количество единичных бит байта до нечетного. DP0# относится к DB[0:7],... DP3# - к DВ[24:31]. В фазе арбитража не действуют
TERMPWR	Terminator Power - питание терминаторов
ATN#	Attention - внимание
REQ#	Request - запрос от ЦУ на пересылку данных
ACK#	Acknowledge - подтверждение передачи (ответ на REQ#)
RST#	Reset-сброс

 

Каждое устройство SCSI, подключенное к шине, должно иметь свой уникальный адрес, назначаемый при конфигурировании. Для 8-битной шины диапазон значений адреса 0-7, для 16-битной - 0-15. Адрес задается предварительной установкой переключателей или джамперов. Для хост - адаптеров возможно программное конфигурирование.

Адресация устройств на шине в фазах выборки осуществляется через идентификатор SCSI ID, представляющий адрес в позиционном коде.

Адрес определяет номер линии шины данных, которой осуществляется выборка данного устройства.

Для ИУ значение идентификатора определяет приоритет устройства при использовании шины, наибольший приоритет имеет устройство с большим значением адреса.

Адрес и идентификатор - всего лишь две различные формы представления одного и того же параметра.

В любой момент обмен информацией по шине может происходить только между парой устройств. Операцию начинает ИУ, а ЦУ ее исполняет. ИУ выбирает ЦУ по его идентификатору. Чаще всего роли устройств фиксированы: хост-адаптер является инициатором (ИУ), а ПУ - целевым (ЦУ). Возможны комбинированные устройства, выступающие в роли и ИУ, и ЦУ. В ряде случаев роли устройств меняются: ЦУ может, пройдя фазу арбитража, выполнить обратную выборку (Reselect) ИУ для продолжения прерванной операции. При выполнении команды копирования (Copy) ИУ дает указание ведущему устройству копирования (Copy Master) на обмен данными, который может производиться и с другим целевыми устройствами (для которых ведущее устройство копирования выступит в роли ИУ).

Информация по шине данных передается побайтно асинхронно, используя механизмы запросов (REQuest) и подтверждений (ACKnowledge). Каждый байт контролируется на нечетность (кроме фазы арбитража), но контроль может быть отключен. Интерфейс имеет возможность синхронной передачи данных, ускоряющей обмен.

Управление интерфейсом

Для управления интерфейсом служит система сообщений - Message System, которыми обмениваются ИУ и ЦУ. В одной фазе может передаваться несколько сообщений. Одно сообщение не может расщепляться на несколько фаз. Форматы сообщений стандартизованы; каждое сообщение начинается с кода. Существуют однобайтные, двухбайтные и расширенные сообщения. В двухбайтном сообщении второй байт является аргументом сообщения. В расширенных сообщениях второй байт задает длину, а последующие байты несут код и аргументы сообщения. В SCSI-2 для установления связи процесса с конкретным логическим устройством или с конкретной целевой программой, а также предоставления права разрыва соединения служат сообщения Identify.

Каждый процесс может быть адресован только одному устройству или программе. Если ЦУ во время выполнения процесса обнаружит сообщение с иным адресом связи, оно обязано освободить шину (ситуация неожиданного разрыва). ИУ наделяет ЦУ правом разрыва соединения.

ИУ может проинструктировать ЦУ на разрыв соединения, послав ему сообщение Disconnect.

Получив сообщение, ЦУ посылает одноименное сообщение (предварительно ЦУ может потребовать сохранения указателя данных, послав сообщение Save Data Pointer) и освобождает шину.

С помощью сообщений согласуются параметры синхронного режима и разрядность данных. Устройство, запрашивающее синхронный обмен, посылает сообщение Synchronous Data Transfer Request с указанием допустимого периода цикла и отставания. Если другой участник обмена поддерживает синхронный режим, он предложит свои параметры. Согласованными параметрами будут максимальный период и минимальное отставание (нулевое отставание эквивалентно асинхронному режиму). Выбранный режим будет относиться только к фазам передачи между данной парой устройств. Отвергнутое сообщение является требованием асинхронного режима.

Адресация и система команд

Любое устройство SCSI на шине адресуется идентификатором SCSI ID, соответствующим заданному уникальному адресу. В ЦУ может быть определено до 8 ЛУ со своими номерами LUN (Logical Unit Number) в диапазоне 0-7. Понятие LUN неприменимо к ИУ, но SCSI-устройство двойного назначения может иметь ЛУ.

Система команд и сообщений позволяет адресовать как ЦУ в целом, так и любое его ЛУ. В ЦУ может быть определено до 8 целевых программ TRN (Target Routine), которые не имеют непосредственной привязки к ЛУ. Целевые программы появились в SCSI-2, их адресация также производится через сообщения.

Система команд SCSI включает общие команды, применимые для устройств всех классов, и специфические для каждого класса. Как общие, так и специфические наборы команд содержат обязательные (Mandatory), дополнительные (Optional) и фирменные (Vendor Specific) команды.

Любое SCSI-устройство должно поддерживать обязательные команды общего набора и своего класса, чем обеспечивается высокий уровень совместимости. Команда передается ИУ в ЦУ через блок дескриптора команды Command Descriptor Block, посылаемый в фазе Command.

Некоторые команды сопровождаются блоком параметров, следующим за блоком дескриптора в фазе Data. Форматы блоков стандартизованы, длина блока определяется кодом операции Operation Code, который всегда является первым байтом блока и может составлять 6, 10 или 12 байт.

Типы ПУ

Каждое ЛУ может представлять одно или несколько однотипных периферийных устройств (ПУ), перечень их стандартизованных типов приведен в таблице 6. Сложное устройство может представляться несколькими ЛУ SCSI. По характеру обмена данных устройства разделяются на 2 класса - блочные (Block Device) с типами 0, 4, 5, 7 и поточные (Stream Device) с типами 1,2,3,9.

 

Таблица 6. Типы ПУ SCSI

Код типа	Назначение
00 h	Устройства прямого доступа (накопители на дисках)
01 h	Устройства последовательного доступа (стримеры)
02 h	Принтеры
03 h	Процессоры (устройства обработки данных)
04 h	Устройства однократной записи (некоторые оптические диски)
05 h	CD-ROM device - приводы CD-ROM
06 h	Сканеры
07 h	Устройства оптической памяти
08 h	Устройства смены носителей
09 h	Коммуникационные устройства
0A h - 0B h	Устройства класса ASC IТ8 - высококачественные устройства печати
0C h	Контроллеры массивов накопителей
0D h – 1 E h	Зарезервировано
1F h	Неизвестный тип или устройство отсутствует

Устройства прямого доступа позволяют сохранять блоки данных. Каждый блок хранится по уникальному логическому адресу LBA - Logical Block Address.

Взаимное расположение логических блоков на носителе не регламентируется. Адрес первого логического блока - нулевой, последнего - (n - 1), где n - общее число блоков.

Блоки данных хранятся на носителе вместе с дополнительной информацией, используемой контроллером для управления чтением и записью, а также обеспечения надежности хранения данных.

Для каждого блока может быть установлена своя длина, но чаще используют единую длину блока для всего носителя. Группа смежных блоков одинаковой длины называется экстентом.

Носитель может быть разделен на области, одна из которых используется для хранения блоков данных, другая резервируется для замены дефектных блоков, часть носителя может использоваться контроллером для обслуживания устройства. Дефектные блоки области данных могут быть переназначены на другую область носителя, что позволяет их скрыть.

Носитель может быть фиксированным и сменяемым. Сменяемый носитель в картридже называют томом (Volume). Для чтения/записи том должен быть смонтирован.

Типичный пример устройства прямого доступа - накопитель на диске. Устройства прямого доступа могут не иметь подвижных носителей, а быть основаны на памяти разной природы: SRAM, DRAM, флэш-память.

Принтеры, подключаемые через интерфейс SCSI, не требуют особых команд для управления, поскольку эти функции реализуются через поток передаваемых данных. Однако двунаправленная связь по шине позволяет ввести дополнительные команды, служащие для отслеживания состояния принтеров с буферной памятью, и обеспечить целостность заданий. Принтеры могут иметь встроенный контроллер SCSI или подключаться к внешнему контроллеру по интерфейсу Centronics или RS-232. Параметры подключения определяются командой MODE SELECT.

Процессорными устройствами в терминологии SCSI являются источники и потребители пакетов информации, трактовка которой стандартом не определена.

Примерами процессорных устройств являются компьютеры, обменивающиеся сообщениями односторонним или двухсторонним образом.

Процессорным устройством является и какое-либо сложное устройство отображения (графический дисплей), которое занято выводом потока сообщений.

От коммуникационных устройств - процессорные отличаются тем, что они являются источниками или потребителями информации, в то время как коммуникационные служат лишь посредниками.

Устройства однократной записи, обычно оптические, отличаются невозможностью перезаписи ранее записанного блока. Попытка повторной записи в зависимости от реализации устройства может приводить к потере записанных данных. Каждый блок имеет состояние "записан" или "не записан", инициализация (форматирование) не применяется.

Сканеры передают данные, описывающие растровое изображение сканируемого объекта. Команды позволяют задавать окна сканирования, определяя в них режим и разрешение. Для некоторых функций требуется посылка данных в сканер (например, полутоновые маски). Для сканеров с автоподачей имеются команды позиционирования.

Устройства оптической памяти близки к устройствам прямого доступа со сменными носителями, но имеют ряд характерных особенностей. Большая емкость носителя вызывает необходимость применения команд с 12-байтным дескриптором. Устройства могут обеспечивать считывание, однократную или многократную запись. На носителе могут быть определены зоны, недоступные для записи. Блоки носителя имеют состояние "чистый" и "записанный", что отмечается соответствующим атрибутом. Для устройств многократной записи перед повторной записью блока необходимо его стереть. Стирание может выполняться специальной командой или автоматически по команде записи. В записи фаза стирания может отсутствовать. К этим устройствам применимо понятие обновления логического блока - запись новых данных по тому же адресу логического блока, но на другое место носителя. Прежние данные могут быть считаны специальной командой, указывающей кроме логического адреса блока и его поколение. Емкость носителя в таком случае сообщается без учета множества поколений.

 

Коммуникационные устройства предназначены для обмена информацией с устройствами через внешнюю среду передачи данных. Внешние протоколы стандартом SCSI не описываются: вся необходимая для них информация заключена в сообщениях, передаваемых и принимаемых ИУ по командам SEND MESSAGE и GET MESSAGE.