硬盤固件概念，什么是硬盤固件，固件的位置，硬盤固件結(jié)構(gòu)
硬盤固件概念，什么是硬盤固件，固件的位置，硬盤固件結(jié)構(gòu)
1.3.1硬盤固件概念
固件是硬盤內(nèi)部各部件之間相互作用、相互配合的一個(gè)協(xié)調(diào)者，用于控制硬盤正常啟動(dòng)和運(yùn)行，是硬盤不可或缺的重要組成部分。
1.3.1.1 什么是固件
固件通俗地理解就是“固化在硬件中的軟件”，英文稱FIRMWARE，它擔(dān)負(fù)著一個(gè)硬盤系統(tǒng)最基礎(chǔ)、最底層的工作。如果把硬盤比做一臺(tái)計(jì)算機(jī)主機(jī)，同件就相當(dāng)于主機(jī)中的BIOS和操作系統(tǒng)程序。它由一些匯編語言編寫的引導(dǎo)命令、控制語句和執(zhí)行語句構(gòu)成。
在硬盤中，固件負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)、控制、解碼、傳送、檢測(cè)等工作，如管理數(shù)據(jù)的存放位置，記錄已經(jīng)損壞的缺陷扇區(qū)，記錄硬盤在工作中的溫度或出現(xiàn)的錯(cuò)誤等。所以說固件是硬盤的靈魂，它決定著硬件設(shè)備的功能及性能，少了固件的硬盤就只是一堆機(jī)械和電子元件，就像是一個(gè)沒有靈魂的尸體。
1.3.1.2 固件的位置
由于硬盤的品牌不同，固件存放位置也有所不同：其大致可分為兩種形式：
第一種形式是，一部分固件數(shù)據(jù)保存在硬盤電路板的芯片中，另一部分保存在硬盤盤片的負(fù)磁道上，即零磁道前面的磁道。
第二種形式是，所有固件信息全部保存在硬盤的負(fù)磁道上。
如果要訪問固件區(qū)，只有通過專業(yè)工具，在工廠技術(shù)狀態(tài)下，才能對(duì)硬盤固件區(qū)進(jìn)行讀／寫操作，從而獲取固件區(qū)的相關(guān)信息，并可進(jìn)行LBA：邏輯地址CHS（物理地址）互換等操作。在硬盤的正常工作狀態(tài)下，固件區(qū)是無法訪問的。
1.3.2硬盤固件結(jié)構(gòu)
硬盤固件區(qū)由幾個(gè)不同的工作區(qū)構(gòu)成，而工作區(qū)數(shù)量，以及組成工作區(qū)的模塊，不是一個(gè)固定數(shù)值，硬盤的品牌、型號(hào)不同，其數(shù)值也有所不是：多數(shù)硬盤只有A、B兩個(gè)工作區(qū)，而有些硬盤有A、B、C三個(gè)工作區(qū)。例如，邁拓硬盤左6E系列之前只有A區(qū)（主固件區(qū)）和B區(qū)（次固件區(qū)），兩個(gè)工作區(qū)只要其中一個(gè)是完好的，硬盤都可以正常工作。在6Y系列之后，廠家加入了自修復(fù)工作區(qū)C區(qū)，其作用就是對(duì)固件區(qū)進(jìn)行修復(fù)。而日立硬盤包括A區(qū)（主固件區(qū)）、B區(qū)（次固件區(qū)）和C區(qū)（備份固件區(qū)），當(dāng)A區(qū)出故障時(shí)，可以通過B區(qū)讀寫硬盤；當(dāng)A、B區(qū)都出現(xiàn)故障時(shí)，可通過專門的工具調(diào)用C區(qū)模塊對(duì)A、B區(qū)進(jìn)行回寫，從而修復(fù)A、B區(qū)。
工作區(qū)中的固件信息是用模塊的形式來表示的。一個(gè)模塊可能只記錄一個(gè)信息，也有可能一個(gè)模塊記錄多個(gè)信息，所以其大小并不一致，在固件區(qū)中每個(gè)模塊都有其固定的位置，它們并不是連續(xù)存放的：
硬盤固件的信息模塊包括以下幾類：管理模塊、配置和設(shè)置表、缺陷列表以及工作記錄表等。
● 固件管理模塊
硬盤固件的管理模塊由初始診斷模塊、伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)控制模塊、磁頭定位模塊、硬盤控制器和緩沖存儲(chǔ)器的信息交換模塊等構(gòu)成。從管理模塊所包含的內(nèi)容來看，不同的管理模塊出現(xiàn)損壞，雖然其故障的表現(xiàn)形式各不相同，但大致可分為兩種：一是硬盤不能準(zhǔn)備就緒；二是硬盤的相關(guān)參數(shù)不能被正確識(shí)別，如硬盤的型號(hào)、容量等。
● 配置和設(shè)置表
硬盤的配置和設(shè)置表包含關(guān)于磁盤空間的邏輯和物理信息。如果配置和設(shè)置表發(fā)生故障，硬盤的相關(guān)參數(shù)同樣不能被正確識(shí)別，因?yàn)檫@些表格包含了硬盤的型號(hào)名稱、最大LBA值等信息，涉及物理磁頭的定位，Zone分配表確定等內(nèi)容。
● 缺陷列表
隨著硬盤盤片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度的不斷提高，雖然盤片的生產(chǎn)過程極其精密，但也不可避免地會(huì)產(chǎn)生缺陷扇區(qū)，這些缺陷扇區(qū)會(huì)威脅到硬盤數(shù)據(jù)的安全，為此，廠家會(huì)在硬盤出廠前，對(duì)其進(jìn)行全面校準(zhǔn)，將校準(zhǔn)過程中找出的缺陷磁道和扇區(qū)記錄在P-Iist中，并且在對(duì)所有的磁道和扇區(qū)的編號(hào)過程中，跳過這些缺陷扇區(qū)，也就是不給這些缺陷扇區(qū)進(jìn)行地址編號(hào)，從而使用戶不能發(fā)現(xiàn)和用到它們。
(1) P-Iist
P-Iist又稱為永久缺陷列表，用于記錄硬盤生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的缺陷。是廠家使用專門的測(cè)試工具發(fā)現(xiàn)的缺陷，通常情況下，用戶不要對(duì)它進(jìn)行任何操作。
加入P表不會(huì)影響硬盤的容量和讀寫性能，因?yàn)橛脖P的全部扇區(qū)可以劃分為固件區(qū)、工作區(qū)和保留扇區(qū)，而保留扇區(qū)用戶是無法直接操作的，它也不包含在硬盤標(biāo)稱的容量中，所以缺陷扇區(qū)被加入P表后，由此而損失的扇區(qū)數(shù)，將會(huì)從保留扇區(qū)取出數(shù)量相等的扇區(qū)來補(bǔ)充。
( 2) G-Iist
G表又稱為增長(zhǎng)缺陷列表，用于記錄硬盤在使用過程中產(chǎn)生的缺陷扇區(qū)。隨著大容量硬盤的不斷出現(xiàn)，使用中產(chǎn)生缺陷扇區(qū)的概率不斷增大，廠商為了避免因此而與用戶產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)糾紛和頻繁保修帶來的麻煩。于是，廠商在硬盤中設(shè)計(jì)了一個(gè)自動(dòng)修復(fù)機(jī)制，叫做Automatic Reallocation，其功能是：在硬盤的讀寫過程中，如果發(fā)現(xiàn)一個(gè)缺陷扇區(qū)，則自動(dòng)使用保留扇區(qū)中一個(gè)備用扇區(qū)來替換該扇區(qū)，并將缺陷扇區(qū)及其替換情況記錄在G-Iist中。
G-Iist包括兩種內(nèi)容：①在介質(zhì)校驗(yàn)過程中格式化命令產(chǎn)生的缺陷；②在格式化命令之前，由硬盤內(nèi)部功能和自動(dòng)重新分配功能產(chǎn)生的缺陷。
由于保留扇區(qū)在硬盤的內(nèi)道，讀寫速度慢，同時(shí)由于該扇區(qū)會(huì)導(dǎo)致硬盤的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在物理上不連續(xù)，磁頭讀取該扇區(qū)的數(shù)據(jù)時(shí)需要移動(dòng)較遠(yuǎn)的距離，所以缺陷扇區(qū)加入G表后會(huì)影響硬盤的讀寫速度。
(3)U表
U表即固件區(qū)缺陷列表，用于記錄硬盤固件區(qū)產(chǎn)生的缺陷，存在于邁拓硬盤和西部數(shù)據(jù)硬盤中。
(4)道表
道表就是壓縮后的P表。因?yàn)楣碳拇鎯?chǔ)空間有限，當(dāng)向其中加入的缺陷信息達(dá)到一定程度時(shí)，將無法繼續(xù)寫入，這時(shí)就可將P表進(jìn)行壓縮，增加P表容量，繼續(xù)寫入缺陷信息。
(5)工作記錄表
硬盤工作記錄表包括硬盤生產(chǎn)和運(yùn)行過程中的一些輔助信息，如檢測(cè)結(jié)果、檢測(cè)程序動(dòng)作記錄等。它只有在對(duì)硬盤執(zhí)行“Self Scan”自檢和“Calibrator”校準(zhǔn)或進(jìn)行維修等操作時(shí)才需要。在一般用戶的工作狀態(tài)下，它們的損壞不會(huì)對(duì)硬盤的工作產(chǎn)生影響。
1.3.3 S.M.A.R.T．技術(shù)簡(jiǎn)介
S．M．A．R．T．技術(shù)的全稱是Self-Monitoring，Analysis and Reporting Technology，即“自監(jiān)測(cè)、分析及報(bào)告技術(shù)”。
1.3.3.1 S．M．A。R．T．技術(shù)的功能
S．M．A．R．T．技術(shù)是一種預(yù)警技術(shù)，由硬盤的監(jiān)測(cè)電路和相應(yīng)的監(jiān)測(cè)軟件構(gòu)成，其監(jiān)測(cè)的對(duì)象包括磁頭、磁盤、馬達(dá)、電路等。對(duì)被監(jiān)測(cè)對(duì)象的運(yùn)行情況與歷史記錄及預(yù)設(shè)的安全值進(jìn)行分析、比較，當(dāng)出現(xiàn)安全值范圍以外的情況時(shí)，會(huì)自動(dòng)向用戶發(fā)出警告。一些新版本的S.M.A．R．T．技術(shù)不但可以提醒網(wǎng)絡(luò)管理員注意，自動(dòng)降低硬盤的運(yùn)行速度，而且可以將重要數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)存到其他安全扇區(qū)，甚至把文件備份到其他硬盤或存儲(chǔ)設(shè)備。通過采用s．M．A．R-T．技術(shù)，可以有效預(yù)測(cè)硬盤潛在的故障，提高數(shù)據(jù)的安全性。
硬盤的故障可以分為兩種：一種是漸發(fā)性，另一種是偶發(fā)性。S.M.A.R.T．技術(shù)只能對(duì)漸發(fā)性的故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如硬盤的主軸馬達(dá)逐漸磨損，一些硬盤部件性能的逐漸弱化等故障。而對(duì)于一些偶發(fā)性的故障，如由于一些人為原因而造成的電路板芯片燒毀，突發(fā)的撞擊導(dǎo)致磁頭、介質(zhì)損壞等，s．M．A．R．T．技術(shù)是無能為力的。
S.M.A.RT．技術(shù)信息保存在硬盤的固件區(qū)內(nèi)，監(jiān)測(cè)軟件通過一個(gè)名“SMARTRETURNSTATUS，的命令對(duì)S.M.A.R.T信息進(jìn)行讀取，且不允許用戶對(duì)s．M.A．R.T信息進(jìn)行修改。若需要對(duì)S.M.A.R.T項(xiàng)進(jìn)行復(fù)位，必須使用專門的工具。
1.3.3.2 S-M．A．R．T．技術(shù)的參數(shù)
S.M.A.R.T．技術(shù)規(guī)定有專門的檢測(cè)參數(shù)，由于硬盤結(jié)構(gòu)、性能和定位上的不同，除了ATA-3標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的參數(shù)外，廠家可以根據(jù)自己產(chǎn)品的特性提供不同的S.M.A.R.T檢測(cè)參數(shù)，用戶可以通過查看這些參數(shù)來了解自己硬盤的健康狀況。
由于ATA標(biāo)準(zhǔn)不斷更新，不同型號(hào)產(chǎn)品也會(huì)有所不同。其中S.M.A.R.T．技術(shù)規(guī)定的幾個(gè)主要檢測(cè)屬性如表1-1所示。
