专利名称：基于互联网接口的智能磁盘设备新型控制方法
技术领域：
本发明涉及计算机总线控制技术、计算机存储设备控制技术、ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)设计技术领域，特别是一种基于TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol，传输控制协议/网际协议)协议接口的ATAPI(智能磁盘设备总线)设备新型控制方法。
背景技术：
ATAPI设备(硬盘、光驱、磁带机等)的接口一般都使用并行的IDE总线(IDE总线即智能磁盘设备总线，又叫ATA总线)。对于一般用户来说，IDE总线的缺点主要体现在接口电缆的长度太短，设备一般都得置于计算机机箱内，且不具备热插拔特性，安装拆卸极其不便。目前正在兴起的串行ATA(AT Attachment)总线和已经广泛使用的USB(UniversalSerial Bus，Intel公司开发的通用串行总线)活动硬盘技术基本上解决了以上问题，但也有美中不足的地方。对于USB接口的硬盘技术，尚存在以下问题(1)目前通用的USB1.1协议的传输速度仅为12Mbps；速度最高的USB2.0也不过是480Mbps；
(2)标准USB电缆长度不能超过3米；(3)许多老式计算机不具备USB总线，使得其使用受到一定的局限。
在目前的计算机网络时代，基于TCP/IP协议的计算机网络总线已经深入千家万户，无处不在。如果ATAPI设备(硬盘、光驱、磁带机等)能挂接在计算机网络总线上，将为我们的生活带来无穷的益处。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于TCP/IP协议接口的ATAPI(ATAttachment Packet Interface)设备新型控制方法(基于互联网接口的智能磁盘设备新型控制方法)。其步骤包括S1，TCP/IP总线接口，完成总线收发器；S2，完成TCP/IP协议解译；S3，主机上的硬件驱动程序初始化主机侧DMA控制器；S4，在数据传输时用异步FIFO作数据缓存；S5，桥接器中设备侧DMA控制器根据ATAPI设备的DMA请求，把FIFO中的数据写入ATAPI设备；S6，完成IDE总线控制与接口。使用这种技术的ATAPI设备(硬盘、光驱、磁带机等)具有接口灵活、携带方便、挂接距离远等优点。
发明技术方案一种ATAPI设备桥接控制方法，基于TCP/IP协议接口。
TCP/IP总线协议到ATAPI总线协议的转换。
总线协议转换的ASIC实现。
本发明设计了一种IDE总线与TCP/IP协议的计算机网络总线之间的桥接技术，实现了ATAPI设备与计算机网络之间的无缝连接，使得ATAPI设备(硬盘、光驱、磁带机等)能够方便自如地与计算机连接。该技术的主要优点有(1)通用性好。如以太网等基于TCP/IP协议的计算机网络总线已经与我们的生活紧密相连，不可分离；(2)速度快。通用的计算机网络速度都是100Mbps，高速的达到1000Mbps；(3)设备安装和配置容易，具备热插拔特性；(4)易于扩展。通过使用Hub(集线器)、Switch(交换器)等设备可以多级扩展与交换；(5)标准网线的长度可以达到几十米。
图一是本发明的IDE总线与TCP/IP协议总线的桥接实现方法流程图。
图一所示的是IDE总线与TCP/IP协议的计算机网络总线之间的桥接实现方法。该桥接器可以用一个专用集成电路(ASIC)来实现，其中TCP/IP协议解译装置用一个嵌入的微处理器核(MCU core)来完成。其实现步骤分别说明如下步骤S1TCP/IP总线接口，即完成总线收发器功能；步骤S2完成TCP/IP协议解译功能，根据TCP/IP协议完成设备状态查询、命令发送和数据双向传输；步骤S3主机上的硬件驱动程序初始化主机侧DMA控制器，使桥接器工作在TCP/IP总线主控状态，用DMA方式完成数据传输；步骤S4由于ATAPI设备一般都是电机控制式的，对其进行的读写操作不可能即时响应；同时桥接器的主机侧和设备侧一般都工作在不同的时钟域。因此在数据传输时必须用异步FIFO作数据缓存；步骤S5桥接器中设备侧DMA控制器根据ATAPI设备的DMA请求，把FIFO中的数据写入ATAPI设备，或者读进ATAPI设备中的数据并写入FIFO；步骤S6完成IDE总线控制与接口。
具体实施例方式
基于TCP/IP协议接口的ATAPI设备控制技术，就是实现IDE总线与TCP/IP协议总线的桥接，其难点与核心就是TCP/IP协议的解译与实现。TCP/IP协议是一个比较复杂的协议集，我们知道TCP/IP协议采用分层结构，其分层模型及协议如下表
TCP/IP协议首先要解决协议的接口问题，即协议的物理层。它具有接口方便，驱动简单，占用资源少等优点。我们可以集成一个现成的IP core(Intelligent Property core，知识产权核)来实现TCP/IP协议的物理层。
在桥接器中，可以用一个工作在40MHz以上的8051微处理器核实现TCP/IP协议解译。TCP/IP协议采用分层结构，因此，我们实现TCP/IP协议解译也采用分层的方法。首先是物理层的驱动，解决以太网络数据包的收发。这是最基本也是最重要的，其实现的好坏直接影响协议的性能。由于以太网数据包的收发必须依赖物理地址，而IP(Internet Protocol，网际协议)采用IP地址，这就关系到两种地址相互转换的问题，即需要我们实现地址解析协议ARP(Address Resolution Protocol)，ARP实现并不复杂，只要向局域网广播ARP请求，接收ARP应答，并响应ARP请求即可。但ARP设计者为提高ARP协议的效率，减少网络中广播包的数量，对协议做了些优化。要求协议建立ARP表对地址进行缓存及ARP表的动态更新，即地址老化。实现了IP通讯协议和通用校验程序，就不难写ICMP(Internet Control Messages Protocol，网间控制报文协议)、UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)等程序了。ICMP协议有很多种数据包格式，我们实现其最常用的回应请求与应答报文。具体讲就是实现ping命令来测试信宿机的可到达性。测试数据包的往返时间是ping的难点。我们知道，ping报文并没有规定数据的内容，而对方收到ping报文后要原样返回，这就给我们测试提供了依据。即在数据包中加入当前时间，返回后与现在时间相减即得报文往返时间，给出本机与信宿机连接速度的评估。UDP是一个非面向连接的不可靠的数据传输协议，和TCP相比其效率高，系统开销小。UDP和TCP校验是比较特殊的地方，其并不遵循严格的分层模型，要加上一个取自IP层的伪头标一起校验。完成UDP协议后，就可以做一些基于UDP协议的应用层协议了，比如简单文本传输协议TFTP(Trivial File Transfer Protocol)。和文件传输协议FTP(File Transfer Protocol)相比，TFTP是基于不可靠的数据传输协议UDP的，因此协议要靠超时重传来保证数据的正确接收。数据包的长度限制为512字节，没有路径的概念，只用于简单文件传送。TCP/IP协议中最复杂，最难实现的就是面向连接的可靠数据传输协议TCP协议了，这是微处理器8051实现TCP/IP协议的难点。由于很多应用层协议都采用TCP作为传输层协议，因此，TCP是协议栈的灵魂，其好坏直接影响到整个协议栈的成败。但在微处理器8051这样的系统中，资源十分有限，不可能也没有必要实现协议的所有内容。对协议的适当简化不但可以节约硬件成本，而且能提高数据吞吐率。系统程序采用串行EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read Only Memory，电可擦可编程只读存储器)来存放程序原码。
权利要求
1.一种ATAPI设备桥接控制方法，其特征在于，基于TCP/IP协议接口。
2.根据权利要求1所述的ATAPI设备桥接控制方法，其特征在于，TCP/IP总线协议到ATAPI总线协议的转换。
3.根据权利要求1所述的ATAPI设备桥接控制方法，其特征在于，总线协议转换的ASIC实现。
4.一种ATAPI设备桥接控制方法，其步骤如下步骤S1，TCP/IP总线接口，即完成总线收发器；步骤S2，完成TCP/IP协议解译，根据TCP/IP协议完成设备状态查询、命令发送和数据双向传输；步骤S3，主机上的硬件驱动程序初始化主机侧DMA控制器，使桥接器工作在TCP/IP总线主控状态，用DMA方式完成数据传输；步骤S4，在数据传输时用异步FIFO作数据缓存；步骤S5，桥接器中设备侧DMA控制器根据ATAPI设备的DMA请求，把FIFO中的数据写入ATAPI设备，或者读进ATAPI设备中的数据并写入FIFO；步骤S6，完成IDE总线控制与接口。
全文摘要
本发明涉及计算机总线控制技术、计算机存储设备控制技术、ASIC设计技术领域的一种基于TCP/IP接口的ATAPI设备新型控制方法。其步骤包括S1，TCP/IP总线接口，完成总线收发器；S2，完成TCP/IP协议解译；S3，主机上的硬件驱动程序初始化主机侧DMA控制器；S4，在数据传输时用异步FIFO作数据缓存；S5，桥接器中设备侧DMA控制器根据ATAPI设备的DMA请求，把FIFO中的数据写入ATAPI设备；S6，完成IDE总线控制与接口。使用这种技术的ATAPI设备(硬盘、光驱、磁带机等)具有接口灵活、携带方便、挂接距离远等优点。
文档编号G06F13/38GK1560751SQ200410003888
公开日2005年1月5日 申请日期2004年2月10日 优先权日2004年2月10日
发明者张亮, 韩承德, 张 亮 申请人:中国科学院计算技术研究所