硬盘控制电路分析以及原程序

八喜 · 发表于 2006-6-2 01:27:17

此文并非我八喜本人编写，来源和作者未知，本人在作者原有文章基础上上，通过互联网寻找添加了串口调试程序和串口调试助手；补充了文中的不足，增进了全套程序源代码；相信此文可以给大家带来收获；
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知识是属于全人类的。能将自己的成果无条件与人共享是伟大和受人尊敬的，同时也是一件幸福的
事。由于我想得到幸福和受人尊敬，所以我也开放我的工作成果。（其实也不算什么工作成果，匆匆忙忙用了一晚写的，见笑了。在此感谢邵同志，我在研究ATA协议的时候参考了他写的程序）

相信很多硬盘维修技术人员都想用单片机控制硬盘来实现数据的海量储存和开发新的技术项目，但网上关于此方面的资料不多，而真正给出源代码和电路的更是凤毛麟角，而且就算给出原程序，但不知是因为是失误或是本身还未理解好ata协议，抑或是出于对知识产权的保护问题，程序中有着或大或少的错误。本程序只是一个演示，还不是很完善，只是给你开发ata程序作一个参考，但我保证绝对可以使用。当然你可以修改和扩充一下，变成一个完善的ata驱动程序。

特征与使用
程序中所有与单片机本身硬件有关的参数都在程序开始处作出定义，移植到其他类型单片机时只需修改一下引脚定义就行了。使用时注意根据你的硬盘修改一下相应的参数（在程序中有注解）。

使用步骤与运行效果
连接好电路（很简单），在把程序烧进芯片。先接通硬盘电源，再打开任意一个串口调试程序，把波特率设置成57600bps，再运行单片机即可。效果与下：

程序如下：

#include <at89x51.h>
/**************************************************
*          HardDisk Control Demo
* 编译环境 : KEIL C51 V7.07 支持器件 : AT89C51
*             COPYRIGHT (C) 2004
***************************************************/

#define byte unsigned char
#define uint unsigned int
/*************************************************
//线路连接定义。如电路有变直接修改就可以了
*************************************************/

#define DataH P1
#define DataL P0
#define RegAddr P2
#define Read P3_4
#define Write P3_3
#define Rst P3_2

/*************************************************
//线路连接定义。如电路有变直接修改就可以了
*************************************************/

//寄存器地址定义
#define _Status_Control 0x16
#define _Data 0x8
#define _Err_Features 0x9
#define _SecCount 0xa
#define _SecNum 0xb
#define _CylinderL 0xc
#define _CylinderH 0xd
#define _DeviceAndHead 0xe
#define _Status_Command 0xf

//**************************************************************************************/
/*这里为初始化硬盘的重要参数,每个硬盘的参数都不尽相同。若不正确则读不了盘中的数据。计算方法

如下：
先看清楚你的硬盘表面标签中的数据，里面有三个重要参数：
1。柱面数（Cylinder）
2。磁头数（Head）
3。磁道数（Sector）
其中 _MaxHead=0xA+Head
_MaxSector=Sector
例如我的130M硬盘（很老吧，哈哈），磁头数为15，十六进制为0xf,所以_MaxHead=0xAF,磁道数为17,所

以_MaxSector=0x11
*/
#define _MaxHead 0xAF
#define _MaxSector 0x11

//************************************************************************************
byte bdata Status=0x00;
sbit ERR=Status^0;
sbit IDX=Status^1;
sbit CORR=Status^2;
sbit DRQ=Status^3;
sbit DSC=Status^4;
sbit DF=Status^5;
sbit DRDY=Status^6;
sbit BSY=Status^7;

/************************************************************
* D7  D6  D5  D4  D3  D2 D1  D0             *
BSY  DRDY  DWF  DSC DRQ  CORR  IDX  ERR          *
BSY：驱动器忙；                            *
DRDY：驱动器准备好；                         *
DWF：驱动器写失败；                         *
DSC:寻道结束；                            *
DRQ：请求服务，驱动器希望通过数据寄存器与CPU交换一字节数据；*
CORR：当可以纠正的读错误发生时，该位置1，数据传输将继续进行 *
IDX：收到综引信号；                         *
ERR：命令执行出错。                         *
*************************************************************/

byte Data_bufferH=0x0;
byte Data_bufferL=0x0;

//***************串口子程序
void send_string(unsigned char *word);
void send_char(unsigned char word);
unsigned char get_char(void);

//8888888888888888888888

/*******************************************************
:延迟函数
********************************************************/
void delay(byte ms)
{ byte i,j;
for(i=0;i<ms;i++)
for(j=0;j<255;j++);
}

/*******************************************************
*读寄存器
********************************************************/
byte ReadReg(byte Addr)
{
RegAddr=Addr;
DataL=0xff;
Read=0;
Status=DataL;
Read=1;
return Status;
}

/*******************************************************
*等待BSY信号
********************************************************/
byte WaitBSY(void)
{
byte timeOut=0;
do{
  ReadReg(_Status_Command);
  timeOut++;
//  if(timeOut>=254) return(0xff);
}while(BSY);
return(1);

}

/*****************************************************
*写寄存器值
********************************************************/
void WriteReg(byte Addr,byte Data)
{
RegAddr=Addr;
Write=0;
DataL=Data;
Write=1;
}

/*******************************************************
读数据储存器中数据
********************************************************/
void ReadData(void)
{
DataH=0xff;
DataL=0xff;

RegAddr=_Data;

Read=0;
Data_bufferL=DataL;

Data_bufferH=DataH;
Read=1;
}

/*******************************************************

写数据寄存器中数据
********************************************************/
void WriteData(void)
{
RegAddr=_Data;
Write=0;
DataL=Data_bufferL;
DataH=Data_bufferH;
Write=1;
}

/**********************************************************
初始化硬盘                         *
***********************************************************/
void Init(void)
{ do{
  WriteReg(_DeviceAndHead,0xa0);
ReadReg(_Status_Command);
  }while(!DRDY|BSY);
WriteReg(_DeviceAndHead,_MaxHead);
WriteReg(_SecCount,_MaxSector);
WriteReg(_Status_Command,0x91);
WaitBSY();
WriteReg(_Status_Command,0x10);
WaitBSY();
}

/**********************************************************
读硬盘参数
***********************************************************/
void DriverID(void)
{
unsigned int i=512;
//send_string("Starting read driver ID\n");
WaitBSY();
//send_string("Now can read driver ID  \n");
WriteReg(_Status_Command,0xec);
//send_string("Waiting..  ");
do{ReadReg(_Status_Command);}while(BSY|!DRQ);
//send_string("Now Sending  \n");
while(i){
ReadData();

send_char(Data_bufferH);
send_char(Data_bufferL);
i-=2;
}
}

/*********************************************************
硬盘寻址
**********************************************************/
WriteCHS(byte head,uint cylinder,byte sector,byte read_count)
{
WaitBSY();
WriteReg(_DeviceAndHead,0xa0|head);
WriteReg(_CylinderH,(char)(cylinder>>8));
WriteReg(_CylinderL,(char)(cylinder&0x00ff));
WriteReg(_SecNum,sector);
WriteReg(_SecCount,read_count);

}

/**********************************************************
*用途:将硬盘的返回数据读入BUFFER数组             *
***********************************************************/
void SendData()
{ uint i;
i=512*15;
do{ReadReg(_Status_Command);}while(BSY|!DRQ);
if(ERR){
  send_string("\x0d\x0a Error\x0d\x0a");
}
while(i){ReadData();send_char(Data_bufferL);send_char(Data_bufferH);i-=2;}
}

// 激活硬盘(转动)
void SpinUP()
{
WaitBSY();
  WriteReg(_Status_Command,0xE1);

}
// 让硬盘休眠(停转)/
void SpinDown()
{
WaitBSY();
  WriteReg(_Status_Command,0xE0);

}

void main(void)
{
//Initialize
SCON=0x50;  //串口初始化
TMOD=0x20;  //波特率为57600bps
TCON=0x40;
PCON=0x80;
TH1=0xFf;
TL1=0xFf;

TR1=1;
send_string("IDE Control Demo. Power By DDDLZHU\x0d\x0a");//send welcome word

Rst=0; //IDE 复位
delay(50);
Rst=1;
delay(255);

send_string("Reset Driver OK...\x0d\x0a");
Init();  //初始化硬盘
send_string("Initialize Driver OK,Now Read ID\x0d\x0a");
send_string("HardDisk ID is ....\x0d\x0a");
DriverID();  //读硬盘id
send_string("\n\nNow Read The First Sector On this HardDisk\x0d\x0a\x0d\x0a");
delay(244);
delay(244);
delay(244);
delay(244);
WriteCHS(0,0,1,16); //写地址
WaitBSY();

WriteReg(_Status_Command,0x20);  //发送读命令
SendData();
send_string("\x0d\x0a\x0d\x0a Read OK,Now Shut Down The HardDisk..\x0d\x0a");
SpinDown(); //硬盘停转
while(1);
}

//**************************************串口子程序
void send_char(unsigned char word)
{
TI=0;
SBUF=word;
while(TI==0);
TI=0;

}

void send_string(unsigned char *word)
{
TI=0;
while(*word!=0)
  {

  SBUF=*word;
  while(TI==0);
  TI=0;
  word++;
  }
}
unsigned char get_char(void)
{
RI=0;
REN=1;
while(RI==0);
return(SBUF);
RI=0;
REN=0;
}

源文如下：

/*******************************************************************
*             硬盘控制源程序                   *
* 创建日期: 2004/3/5                            *
* 版本 : VER 1.0    最近修改日期 : 2004/3/6       *
* 编译环境 : KEIL C51 V7.07 支持器件 : AT89C51       *
*             COPYRIGHT (C) 2004                *
/*******************************************************************/

///////////////////预处理/////////////////////////////////////
#include <reg51.h>
#include <absacc.h>
#define uchar unsigned char
#define uint  unsigned int
#define KEYPORT P1

#define LCDCOM  XBYTE[0x0008] //LCD命令寄存器
#define LCDDATA XBYTE[0x0009] //LCD数据寄存器

#define CDPA  XBYTE[0x0004]  //8255 PORT A, harddisk D0-D7
#define CDPB  XBYTE[0x0005]  //8255 PORT B, harddisk D8-D15
#define CDPC  XBYTE[0x0006]  //8255 PORT C，harddisk address
#define CDCOM XBYTE[0x0007]  //8255 命令寄存器

#define FILE0 0x00       //硬盘数据寄存器
#define FILE1 0x01       //错误/特征寄存器
#define FILE2 0x02       //扇区数寄存器
#define FILE3 0x03       //扇区号寄存器
#define FILE4 0x04       //柱面号寄存器L
#define FILE5 0x05       //柱面号寄存器H
#define FILE6 0x06       //驱动器/磁头寄存器
#define FILE7 0x07       //状态/命令寄存器

static uchar code LCD1[16]= "TOPLOW DESIGN  ";
static uchar code LCD2[16]= "Copyright(C)2004";
static uchar code ERROR[16]="ERROR       ";
static uchar code PASS[16]= "PASS       ";

uchar buffer0,buffer1;
uchar buffer[16];
uchar STATUS;
///////////////////位设置///////////////////////////
sbit BFLAG=ACC^7;
sbit BSY=ACC^7;
sbit DRDY=ACC^6;
sbit DRQ=ACC^3;
sbit ERR=ACC^0;
sbit RESET=P3^5;
sbit READ=P3^0;
sbit WRITE=P3^1;
sbit ILT=ACC^0;
sbit INTRQ=P3^3;
/************************************************************
* D7  D6  D5  D4  D3  D2 D1  D0             *
BSY  DRDY  DWF  DSC DRQ  CORR  IDX  ERR             *
BSY：驱动器忙；                            *
DRDY：驱动器准备好；                         *
DWF：驱动器写失败；                         *
DSC:寻道结束；                            *
DRQ：请求服务，驱动器希望通过数据寄存器与CPU交换一字节数据；*
CORR：当可以纠正的读错误发生时，该位置1，数据传输将继续进行 *
IDX：收到综引信号；                         *
ERR：命令执行出错。                         *
*************************************************************/

/*******************************************************
*函数名称:void delay(uint time)             *
*函数用途:延迟函数                      *
********************************************************/
void delay(uint time)
{uint i,j;
for(i=0;i<time;i++)
for(j=0;j<255;j++);
}

/*******************************************************
*函数名称:void putch(unsigned char ch)          *
*函数用途:串口发送程序                   *
********************************************************/
void putch(unsigned char ch)
{SBUF=ch;
TI=0;
while(!TI);
}

/*******************************************************
*函数名称:unsigned char getch(void)             *
*函数用途:串口接收程序                   *
********************************************************/
unsigned char getch(void)
{uchar temp;
while(!RI);
temp=SBUF;
RI=0;
return(temp);
}

/*******************************************************
*函数名称:void wait(void)                   *
*函数用途:LCD忙等待                      *
********************************************************/
void wait(void)
{do{ACC=LCDCOM;}
  while(BFLAG==1);
}

/*******************************************************
*函数名称:void IniLcd(void)                *
*函数用途:LCD初始化函数                   *
********************************************************/
void IniLcd(void)
{LCDCOM=0x38;
wait();
LCDCOM=0x08;
wait();
LCDCOM=0x01;
wait();
LCDCOM=0x06;
wait();
LCDCOM=0x0c;
wait();
}
/***********************************************************************
*函数名称:void LcdDis(uchar FL,uchar Lcd1[16],uchar SL,uchar Lcd2[16]) *
*函数用途:液晶显示函数                               *
************************************************************************/
void LcdDis(uchar FL,uchar Lcd1[16],uchar SL,uchar Lcd2[16])
{uchar k;
LCDCOM=FL|0x80;
wait();
for(k=0;k<16;k++)
  {LCDDATA=Lcd1[k];
wait();
}
LCDCOM=SL|0xc0;
wait();
for(k=0;k<16;k++)
  {LCDDATA=Lcd2[k];
wait();
}
}

/*******************************************************
*函数名称:void ReadReg(uchar ADD)             *
*函数用途:读硬盘非数据寄存器内容，并将结果返回    *
********************************************************/
void ReadReg(uchar ADD)
{CDCOM=0x92;
CDPC=ADD;
READ=0;
ACC=CDPA;
STATUS=ACC;
READ=1;
}

/*******************************************************
*函数名称:void WriteReg(uchar ADD,uchar DATA)    *
*函数用途:写硬盘非数据寄存器内容             *
********************************************************/
void WriteReg(uchar ADD,uchar DATA)
{CDCOM=0x80;
CDPC=ADD;
WRITE=0;
CDPA=DATA;
WRITE=1;
}

/*******************************************************
*函数名称:void ReadData()                   *
*函数用途:读硬盘数据寄存器内容                *
********************************************************/
void ReadData()
{CDCOM=0x92;
CDPC=FILE0;
READ=0;
buffer0=CDPA;
buffer1=CDPB;
READ=1;
}

/*******************************************************
*函数名称:void WriteData(uchar Data0,uchar Data1) *
*函数用途:写硬盘数据寄存器内容                *
********************************************************/
void WriteData(uchar Data0,uchar Data1)
{CDCOM=0x80;
CDPC=FILE0;
WRITE=0;
CDPA=Data0;
CDPB=Data1;
WRITE=1;
}

/*********************************************************
*函数名称:WriteCHS(uint cylinder,uchar head,uchar sector)*
*函数用途:写CHS信息(地址信息)                *
**********************************************************/
WriteCHS(uchar head,uint cylinder,uchar sector)
{do{ReadReg(FILE7);}while(BSY);
WriteReg(FILE6,0xe0&head);
WriteReg(FILE5,cylinder>>8); //high 2-bit cylinder
WriteReg(FILE4,cylinder&0x00ff);//low 8-bit cylinder
WriteReg(FILE3,sector); //start sector
WriteReg(FILE2,0x01);  //sector counter
}
/*********************************************************
*函数名称:WriteCommand(command)                *
*函数用途:写命令                         *
**********************************************************/
WriteCommand(command)
{do{ReadReg(FILE7);}while(BSY);
WriteReg(FILE7,command);
}
/**********************************************************
*函数名称:GetData()                         *
*用途:将硬盘的返回数据读入BUFFER数组             *
***********************************************************/
void GetData()
{uint i=512;
do{ReadReg(FILE7);}while(BSY|!DRQ);
if(ERR){LcdDis(0,ERROR,0,LCD2);
   putch(255);
   }
while(i){ReadData();putch(buffer0);putch(buffer1);i-=2;}
}

/**********************************************************
*函数名称:void IniHard(void)                   *
*用途:初始化硬盘                         *
***********************************************************/
void IniHard(void)
{do{WriteReg(FILE6,0xa0);
ReadReg(FILE7);    }while(!DRDY|BSY);
WriteReg(FILE6,0x20);
WriteReg(FILE2,64);
WriteReg(FILE7,0x91);
do{ReadReg(FILE7);}while(BSY);
WriteReg(FILE7,0x10);
do{ReadReg(FILE7);}while(BSY);
}
/**********************************************************
*函数名称:void DriveID(void)                   *
*用途:读硬盘ID                            *
***********************************************************/
void DriveID(void)
{uint i=512;
do{ReadReg(FILE7);}while(BSY);
WriteReg(FILE7,0xec);
do{ReadReg(FILE7);}while(BSY|!DRQ);
while(i){ReadData();putch(buffer0);putch(buffer1);i-=2;}
}

/*******************************************************
*函数名称:主函数                         *
*函数用途:                            *
********************************************************/
void HardDiskControl(void)
{uint i;
SCON=0x50; /*方式1，串行口接收允许位*/
TMOD=0x21; /*定时器1用于串行通信波特率发生，定时器0用于REMOTE接收判断0，1时间*/
PCON=0x80; /*串行波特率加倍位*/
TCON=0x51; /*启动计数器0，计数器1*/
EA=1;       /*中断允许*/
EX0=0;    /*外部中断0不允许*/
TH1=0xD0;
TL1=0xD0;
TI=1;

RESET=0;
delay(50);
RESET=1;
delay(255);

IniHard();
//DriveID();
WriteCHS(0,0,0);
WriteCommand(0x20);
GetData();

IniLcd();
LcdDis(0,LCD1,0,LCD2);

for(i=0;i<512;i++)
  {putch(i);
delay(255);
}

while(1);
}

void main(void)
{HardDiskControl();
}