計(jì)算機(jī)軟磁盤的分析與控制

計(jì)算機(jī)軟磁盤的分析與控制

1對原系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的預(yù)處理r0-r30計(jì)算機(jī)在20世紀(jì)80年代用于工業(yè)實(shí)時(shí)流程控制系統(tǒng)的應(yīng)用廣泛，這是德國sientis開發(fā)的小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有穩(wěn)定和可靠的優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在大型工業(yè)企業(yè)的許多過程控制中,R10/R30計(jì)算機(jī)系統(tǒng)仍然起著舉足輕重的作用。但R10/R30計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)是Siemens自己開發(fā)研制的,與當(dāng)前比較流行的DOS,Windows,Unix等系統(tǒng)不兼容,磁盤文件存儲格式也不相同,因而無法讀取原系統(tǒng)中長期積累的過程數(shù)據(jù)。這樣不利于用現(xiàn)有的數(shù)據(jù)管理軟件對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的分析和處理。另外由于R10/R30計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用16位CPU,主頻一般為3MHz,內(nèi)存最大為1MB,與現(xiàn)在的Pentium計(jì)算機(jī)系統(tǒng)相比,無論從速度,內(nèi)存及外存,軟件支持上都顯得落后,因而對R10/R30計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行改造就成為當(dāng)務(wù)之急。在進(jìn)行系統(tǒng)改造時(shí),為了能夠使新系統(tǒng)能夠在原有數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上運(yùn)行,就必須把原系統(tǒng)中的過程數(shù)據(jù)經(jīng)必要處理后移植到新系統(tǒng)上,做為新系統(tǒng)運(yùn)行的初始條件。為了解決這個(gè)問題,通過對SiemensR30/R10計(jì)算機(jī)軟磁盤的扇區(qū)結(jié)構(gòu)和文件存儲結(jié)構(gòu)進(jìn)行的分析,并根據(jù)現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理的需要,對在一般PC機(jī)上讀取Siemens數(shù)據(jù)和程序文件的技術(shù)進(jìn)行了研究和方法設(shè)計(jì),編制出軟件使Siemens文件能夠在PC兼容計(jì)算機(jī)上被讀出,取得了很好的使用效果。2鎖相分離電路原理在對Siemens軟磁盤的分析中,Siemens軟磁盤在記錄數(shù)據(jù)時(shí)采用了兩種編碼方式:FM制編碼方式和MFM制編碼方式。由于這兩種編碼方式是按照不同的規(guī)則將數(shù)據(jù)和時(shí)鐘脈沖混合在一起的,因此在進(jìn)行數(shù)據(jù)還原時(shí),應(yīng)針對不同的編碼方式采用不同的數(shù)據(jù)分離方式。對于FM記錄方式,由于每個(gè)位單元開頭都有一個(gè)時(shí)鐘位,如果以時(shí)鐘位為基準(zhǔn),便可以知道數(shù)據(jù)位的位置,只要采用一個(gè)簡單的單穩(wěn)態(tài)電路跟蹤時(shí)鐘信號,就可以把數(shù)據(jù)分離出來。但是,對于MFM記錄方式,由于每個(gè)位單元開頭不一定有時(shí)鐘位,數(shù)據(jù)分離就不能用上述方法,必須采用鎖相式分離電路。在芯片中,為數(shù)據(jù)分離提供兩個(gè)狀態(tài)信號,一個(gè)是MFM,另一個(gè)是VCO。其中,MFM是在芯片內(nèi)部被編程給定:MFM=1時(shí)為倍密度,MFM=0時(shí)為單密度。VCO在磁頭加載以后提供,當(dāng)VCO=1時(shí),讀出數(shù)據(jù)通過鎖相環(huán)進(jìn)行鎖相,當(dāng)VCO=0時(shí),鎖相環(huán)只鎖定在它的中心頻率。鎖相分離電路的一般構(gòu)成如圖1所示。當(dāng)MFM=1,VCO=1時(shí),由FDD來的RDDATA信號送到相位檢出器,并和電壓控制振蕩器(VCO)送來的信號進(jìn)行比較,檢測出兩者的相位差信號,將這一差值進(jìn)行濾波和放大,去控制電壓控制振蕩器的振蕩頻率,使之產(chǎn)生與RDDATA信號相位保持一致的信號,并據(jù)此產(chǎn)生數(shù)據(jù)窗口(DataWindow)信號,利用這個(gè)數(shù)據(jù)窗口信號把數(shù)據(jù)從混合脈沖中分離出來。3系統(tǒng)組成及原理軟磁盤在使用時(shí)必須放在軟磁盤驅(qū)動器(FDD,FloppyDiskDriver)中。FDD的任務(wù)是驅(qū)動軟磁盤片轉(zhuǎn)動,當(dāng)讀/寫信息時(shí),磁頭在軟磁盤片上沿著軟盤片半徑運(yùn)動,將磁道中的信息讀出,或者把信息寫入磁道中。FDD主要由讀寫系統(tǒng)、磁頭定位系統(tǒng)和主軸驅(qū)動系統(tǒng)組成。FDD的磁頭定位系統(tǒng)主要由磁頭驅(qū)動電機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制電路和檢測部件等組成,其功能是將磁頭迅速而準(zhǔn)確地定位于磁道的中心位置上。在此磁頭定位系統(tǒng)中,其驅(qū)動電機(jī)采用的就是步進(jìn)電機(jī)。在對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制時(shí),主要使用兩條命令:①重校正命令(Recalibrate)。②尋道命令(Seek)。對步進(jìn)電機(jī)的控制直接影響著磁頭定位及尋道的準(zhǔn)確程度,而磁頭定位及尋道是否準(zhǔn)確又決定了讀出及寫入的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確。因此,在進(jìn)行磁頭定位及尋道時(shí),采用了先讀0道、由外到內(nèi)的尋道方法。因?yàn)榇疟P的物理結(jié)構(gòu)及其記錄格式?jīng)Q定了磁盤外圈記錄的信息密度較小,讀/寫數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度較高,有利于尋道。這種由外到內(nèi)的尋道方式減小了尋道時(shí)誤差累積造成的影響。4主狀態(tài)存儲和數(shù)據(jù)存儲在對FDC進(jìn)行控制時(shí),需要用到以下寄存器,見表1。①驅(qū)動器控制寄存器該寄存器是控制驅(qū)動器馬達(dá)、驅(qū)動器選擇和特性使能的寄存器,各比特位的定義如下:在執(zhí)行讀/寫命令前,應(yīng)先選定驅(qū)動器,并將其對應(yīng)馬達(dá)使能位置1,同時(shí)將DMA中斷使能位及FDC使能位置1。在控制程序中,通過把此控制字送入0x3F2端口,完成以上設(shè)置。在讀/寫命令結(jié)束后,應(yīng)將FCTRL寄存器中設(shè)置清除,即送入0x00。②傳送速率寄存器該寄存器是一個(gè)兩比特的輸出寄存器,它控制一個(gè)可編程的分配器,可提供8M/4.8M/4MHz3種不同數(shù)據(jù)傳送速率的時(shí)鐘。其含義見表2。在程序中,通過將此控制字送入0x3F7端口,完成對傳送速率的設(shè)置。③主狀態(tài)寄存器只讀的主狀態(tài)寄存器指示了軟磁盤控制器的當(dāng)前狀態(tài)。主狀態(tài)寄存器可隨時(shí)讀取。它的一個(gè)功能是控制從數(shù)據(jù)寄存器讀出或?qū)懭氲臄?shù)據(jù),它表明軟磁盤控制器何時(shí)就緒發(fā)送或接收數(shù)據(jù)。程序設(shè)計(jì)中涉及的部分狀態(tài)位的含義如下:比特7主機(jī)請求(RQM),表示數(shù)據(jù)寄存器已經(jīng)準(zhǔn)備就緒可接收或發(fā)送從處理器來的數(shù)據(jù)。比特6數(shù)據(jù)輸入/輸出(DIO),指出磁盤控制器與處理器之間的數(shù)據(jù)傳送方向:0表示數(shù)據(jù)寫入FDC的數(shù)據(jù)寄存器;1表示數(shù)據(jù)從FDC的數(shù)據(jù)寄存器讀出。比特4磁盤控制器忙(CB),表示FDC正在執(zhí)行讀或?qū)懨?。在控制FDC進(jìn)行讀/寫操作時(shí),通過查詢FSTAT寄存器的比特7,得知何時(shí)開始執(zhí)行讀/寫命令,同時(shí)通過比特6,判斷進(jìn)行讀操作還是寫操作。另外,對FDC發(fā)出操作命令前,都應(yīng)先查詢FSTAT寄存器的比特4,在確保FDC處于“不忙”狀態(tài)時(shí)再向其發(fā)出命令。在程序中,可通過0x3F4端口讀入主狀態(tài)寄存器中各狀態(tài)。④數(shù)據(jù)寄存器處理器與FDC之間的所有命令、數(shù)據(jù)和狀態(tài)都是通過該寄存器進(jìn)行傳遞的。在命令階段,處理器根據(jù)主狀態(tài)寄存器中的RQM位和DIO位的值將軟磁盤控制器的命令裝入數(shù)據(jù)寄存器。在結(jié)果階段以同樣的方法將寄存器和磁頭的信息傳輸?shù)教幚砥?。在此程序?數(shù)據(jù)寄存器FDATA的端口號為0x3F5。5實(shí)際應(yīng)用效果針對Siemens操作系統(tǒng)下的軟盤讀取技術(shù)進(jìn)行了深入的研究,并編制了相應(yīng)的一般操作