👩🏽‍🤝‍👨🏿 🧓🏽 ➰ VxWorks653でAHCIを実行した経験 👩🏽‍🚒 🧔🏾 🤛🏽

はじめに

さまざまな航空機器用のアプリケーションとドライバーを開発しています。 Aviationは、VxWorks653、PikeOS、LynkOSなど、より厳しい信頼性要件（ARINC 653）を備えたOSを使用しています。アビオニクス用のアプリケーションを開発する際、ATA経由で接続されたソリッドステートドライブ上のデータへのアクセスが遅いという問題がありました。これは、低速のATAソフトウェアインターフェイスを使用したためです。 AHCIドライバーを実装することでこの問題を解決しました。

この記事では、AHCIの作業について簡単に説明します。

AHCIコントローラを備えたデバイスアーキテクチャ。

AHCIの説明

Advanced Host Controller Interface（AHCI）-シリアルATAプロトコルを使用してストレージデバイスを接続するために使用されるメカニズム。

AHCIモードでデバイスを操作するには、次の手順を実行します。

AHCIコントローラーを構成する
管理構造を記入する
コントローラーで起動フラグを設定します
コントローラがDMA経由でコマンドのリストを使用してメモリ構造から読み取り、その後、構造で指定されたバッファにデータを返すまで待機します。すべてのアクションを完了すると、トランザクションを完了するためのフラグが設定されます。
利益！

AHCIレジスタとのすべての対話は、PCIe BAR5ウィンドウを介して行われます。 ABAR（AHCIベースアドレス領域）と呼ばれます。

アドレス空間の割り当てABAR。

AHCIコントローラーを構成する

プロトコル仕様は、 www.intel.com / content / www / us / en / io / serial-ata / ahci.htmlで公開されています。

AHCIの現在の最新バージョンは1.3.1です

最初に、PCIeバス上のすべての大容量メモリコントローラーを探します。クラスID 0x01（マスストレージデバイス）およびサブクラスID 0x06（シリアルATA）のデバイスに関心があります。

コントローラーの構成は、次のアクションで構成されています。

コントローラーのリセット。
AHCIを有効にする
ABARのコマンドリストとFISの物理アドレスを記録する
必要なフラグを設定する
割り込みを設定する

AHCI-ABARレジスタを介して、限られた数のアクションを実行できます-AHCIの動作の設定、バージョンの読み取りなど。これらのレジスタを介してデータキャリアの設定およびデータ自体にアクセスすることはできません。

アクセスするには、コマンドの特別なリストが使用されます。コマンドのリストは、計算機のRAMに保存されます。これらのリストの物理アドレスは、AHCIコントローラーに書き込まれます。 AHCIコントローラ自体は、DMAを介して計算機のRAMにアクセスし、コマンドのリストを読み取り、実行し、RAMからメモリブロックを読み書きします。メモリ割り当てアーキテクチャを次の図に示します。 OSの初期化中に、メモリに必要なアレイを割り当て、物理アドレスを計算し、初期化段階で、対応するABARレジスタにアドレスを記録する必要があります。

ABARのメモリ割り当て-HBA

充填管理構造

ABARの各ポートについて、2つの構造（コマンドのリストとFIS）を指定する必要があります。

コマンドのリストは2つの部分で構成されています-コマンドのリストの1つのヘッダー。

ヘッダーは、コマンドのリストのサイズ、FISのサイズ、およびコマンドのリストの物理アドレスへのリンクを示します。

コマンドのリストには、FISで指定されたコマンドの実行時に必要となるバッファーのアドレスとサイズが含まれています。

AHCIポート構造

コマンドヘッダーの形成：

opts = (20 >> 2) | (sg_count << 16); 
      

        
        
        
      

     pp->cmd_slot->opts = cpu_to_le32(opts); 
      

        
        
        
      

     pp->cmd_slot->status = 0; 
      

        
        
        
      

     pp->cmd_slot->tbl_addr = cpu_to_le32(pp->cmd_tbl & 0xffffffff); 
      

        
        
        
      

     pp->cmd_slot->tbl_addr_hi = 0;

ここで、CFLフィールドにはダブルワードでFISサイズ値（定数20）が入力されています。 PRDTLフィールドには、4 MBの使用済みバッファーの数が入力されます。

コマンドリストのヘッダー形式

コマンドの表の形成：

  #define MAX_DATA_BYTE_COUNT (4*1024*1024) sg_count = ((buf_len - 1) / MAX_DATA_BYTE_COUNT) + 1; for (i = 0; i < sg_count; i++) { ahci_sg->addr = cpu_to_le32((uint32_t) buf + i * MAX_DATA_BYTE_COUNT); ahci_sg->addr_hi = 0; ahci_sg->flags_size = cpu_to_le32(0x3fffff & (buf_len < MAX_DATA_BYTE_COUNT ? (buf_len - 1) : (MAX_DATA_BYTE_COUNT - 1))); ahci_sg++; buf_len -= MAX_DATA_BYTE_COUNT; } return sg_count;

この関数は、どのバッファがデータ転送に参加するかを示す構造を埋めます。レコード内のバッファのサイズは4 MBを超えることはできないため、関数は、サイズが4 MBを超える場合、バッファをいくつかに分割します。

コマンドテーブルの形式

AHCIのドキュメントにはFISの説明はありません。 SATAの説明を参照してください。 FIS構造は、オペレーションコード（読み取りID、読み取り、書き込みなど）とパラメーター（オフセット、サイズなど）を記述します。

FIS構造

ドライブの識別情報を読み取ると、次のFISが生成されます。

  memset(fis, 0, 20); fis[0] = 0x27; fis[1] = 1 << 7; fis[2] = ATA_CMD_IDENT;

データブロックのレコードを要求すると、FISが生成されます。

  memset(fis, 0, 20); /* Construct the FIS */ fis[0] = 0x27; /* Host to device FIS. */ fis[1] = 1 << 7; /* Command FIS. */ fis[2] = ATA_CMD_WR_DMA; /* Command byte. */ /* LBA address, only support LBA28 in this driver */ fis[4] = ((unsigned char) (start))&0xff; fis[5] = ((unsigned char) (start>>8))&0xff; fis[6] = ((unsigned char) (start>>16))&0xff; fis[7] = (((unsigned char) (start>>24)) & 0x0f) | 0xe0; /* Sector Count */ fis[12] = (unsigned char) blocks & 0xff; fis[13] = ((unsigned char) (blocks>>8))&0xff;

データブロックの読み取りを要求すると、FISが生成されます。

  memset(fis, 0, 20); /* Construct the FIS */ fis[0] = 0x27; /* Host to device FIS. */ fis[1] = 1 << 7; /* Command FIS. */ fis[2] = ATA_CMD_RD_DMA; /* Command byte. */ /* LBA address, only support LBA28 in this driver */ fis[4] = ((unsigned char) (start))&0xff; fis[5] = ((unsigned char) (start>>8))&0xff; fis[6] = ((unsigned char) (start>>16))&0xff; fis[7] = (((unsigned char) (start>>24)) & 0x0f) | 0xe0; /* Sector Count */ fis[12] = (unsigned char) count & 0xff; fis[13] = ((unsigned char) (count >> 8))&0xff;

起動して実行

コントローラがABARを介して構成された後、メモリ内のすべてのリストが準備され、PORT_CMD_ISSUEに0x1を書き込んで、フラグがリセットされるまで待機します。あなたはループで（私はちょうどそれをやった）または割り込みによって待つことができます。

PORT_CMD_ISSUEに書き込んだ直後に、コントローラーはDMAを介してプロセッサーRAMにアクセスし、期待されたアクションを実行します。

したがって、読み取り操作の結果として、コマンドのリストで指定されたバッファー内のメディアからデータを受け取ります。

おわりに

プロジェクトでAHCIを使用する前の読み取り/書き込み速度は次のとおりでした：〜100kb / s

プロジェクトでAHCIを使用した後、読み取り/書き込み速度は30/10 Mb / sになりました

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