Концепция контроллера

Контроллер эмулирует до 32х дисковых устройств AZ на одной микроSD-карточке. Каждый эмулируемый диск (псевдодиск) представлен на карточке файлом с точки зрения файловой системы FAT32, поэтому не возникает никаких вопросов в размещении псевдодисков на носителе большого объема - просто помещаем карточку в кардридер, подключаем к PC, копируем на карточку файлы нужного объема (и с нужным содержимым), переставляем ее в контроллер, и всё! Более того, поработав с карточкой на ДВК/БК/УКНЦ, можно извлечь ее из контроллера, снова поместить в кардридер и скопировать наработанные файл-образы дисков на PC, где с ними можно работать любыми средствами - например, подключить к эмулятору, заархивировать и сложить куда-нибудь на хранение, отправить в конференцию, и т.п. Также не представляет особого труда скопировать какой-то материал, найденный в сети, на карточку, переставить ее в контроллер и использовать этот материал на ДВК/УКНЦ.
 

Регистры контроллера.

Контроллер имеет 4 регистра на МПИ

• 177220 - регистр команд и состояния (CSR)
• 177222 - регистр данных (DR)
• 177224 - регистр начальной загрузки основной (BOOT1)
• 177226 - регистр начальной загрузки альтернативный (BOOT2)

Регистр CSR принимает команды в разрядах D0-D5 и бит разрешения прерываний в разряде D6, все только запись, читается всегда ноль. В разряде D7 читается бит готовности. Единица в нем означает, что предыдущая команда выполнена и контроллер готов к обмену. Ноль означает, что контроллер занят исполнением предыдущей операции, остальные регистры при этом отключены, обращение к любому из них вызовет Trap to 4. Если исполнение предыдущей команды вызвало ошибку, одновременно с битом D7 взводится бит D15.

Запись в регистры производится только словом, байтовая запись недопустима.

Весь обмен данными ведется через DR. Для команд, аргумент у которых одно слово, этот аргумент следует переслать в DR, а затем выслать команду в CSR. Для команд обмена с буфером контроллера, наоборот, следует выдать команду и только после нее принимать или передавать блок данных определённой длины.

Прерывания

Большинство команд исполняется, практически, мгновенно - за время исполнения одной-двух команд ЦП. Но команды обмена с карточкой микро-SD все-таки, требуют времени. Ожидать окончания этих операций можно либо поллингом бита D7 CSR, либо (например, при наличии многозадачной ОС, которой есть, куда утилизировать это время) - взвести бит D6 CSR (разрешение прерываний) и заняться чем-то другим. Когда операция будет завершена, произойдет прерывание и по нему можно продолжить операции.
 

Пространства имен

Как уже было сказано - дисковое устройство презентуемое в систему PDP-11 это физический файл на какой-то файловой системе. Начиная с V17 прошивки, появился сетевой функционал, он позволяет использовать сетевые диски предоставляемые посредством технологии MAXIOL Landisk®. Соответственно, для полной унификации и обеспечения полной "прозрачности" все отличия сводятся к точке монтирования, на данный момент это следующие пространства:

• 0:/  - локальные файлы на MicroSD карточке
• R:/ - сетевые файлы в файловом репозитории
• N:/ - сетевые файлы в архиве https://mirrors.pdp-11.ru/

Планируемые сетевые пространства (фунционал будет реализован в следующих прошивках):

• P:/  - персональное облако, доступно только под одной УЗ
• S:/ - облако которое позволяет делится своими файлами с другими участниками

Буфера

В контроллере несколько буферов различного назначения, все буфера имеют словные размеры ибо отдаются через 16ти битный регистр

• Основной буфер - IOBUF  [258]  
• Буфер энергонезависимой памяти - cmosmem_buffer[256]
• Буфер часов - выходной timestamp_out_buffer[14]
• Буфер часов - входной timestamp_in_buffer [7]
• Буфер ip информации - ipdata
• Буфер размера карты - sizecard

Основной блок команд

Команда посылается в CSR, в разряды 5-0. Пересылать следует только словом, байтовая запись недопустима. Разряды команды только для записи, читается всегда ноль. Коды команд приведены восьмеричные.

Данные команды используют основной буфер для своей работы (IOBUF  [258]).

000: Сброс контроллера

Код команды - 000. Команда останавливает, если возможно, все операции контроллера. Её окончания следует дождаться посредством поллинга.
Пример программы:

Замечание о команде сброса. Вообще-то, она мгновенного действия - если контроллер не занят исполнением операции, которую прерывать нельзя, конкретно - обмен с SD. Пока идет обмен с SD, контроллер не воспринимает никаких команд и команда сброса может быть пропущена. Поэтому, если контроллер занят (бит D7 равен нулю), выдача команды сброса повторяется. Такое встречается достаточно редко (допустим, двойное нажатие Ctrl/C при перезаписи), обычно, при нормальном ходе операций, ожидание записи или чтения производится в специальном месте и, по окончании этой операции, выполняется не сброс, а совсем другие действия.

001: Выбор устройства

Контроллер поддерживает до 32х псевдодисков. Команда "выбор устройства" выбирает для работы один из них. Код команды 001. Для выбора устройства следует переслать в регистр данных (177222) номер накопителя, с которым собираемся работать и затем послать в CSR код 001. Команда выполняется мгновенно, т.е. за время, пока ЦП пересылает код "выбор устройства". ПРи попытке выбрать диск AZ, которому не назначен файл-образ, в бите D15 регистра CSR возвращается ошибка.

Пример программы:

002: Установка номера блока, младшие биты номера блока

Контроллер предоставляет машинке с МПИ в качестве дисков AZ0 - AZ7 файл-образы типа DSK на карточке микро-SD. Размер этих файл-образов и, соответственно, псевдодисков, может быть любым, вплоть до 4Г каждый. Адресация на этих псевдодисках прямая - полученный по МПИ номер блока, после сдвига, используется в качестве смещения от начала соответствующего файл-образа. Фактически, это нечто, вроде LBA на PC.

Существуют операционные системы PDP-11, поддерживающие такие диски - RSX-11, ДИАМС, еще что-то. Однако, самая распространенная ОС - RT-11 - использует для номера блока СЛОВО (16 бит), причем код 0177777 кое-где используется в специальных целях и как размер диска не годится, поэтому для RT-11 могут быть использованы диски с максимальным числом блоков 0177776, т.е. 65534 блока (33553408 байт или 32767 К байт). Поэтому команды установки номера блока две: установить младшие биты номера блока - код 002 и установить старшие биты номера блока - код 012. Если номер блока помещается в 16 разрядов (для RT-11 - всегда), достаточно использовать команду установки младших битов номера блока, старшие биты при этом очищаются. Если номер не помещается в 16 разрядов, то сначала надо выдавать младшие биты, а потом старшие. Если попытаться сразу передать старшие биты без предварительной передачи младших, выдается ошибка. Если переданный адрес выходит за границу файл-образа, также выдается ошибка, не важно, на каком этапе - хоть при передаче младших 16 битов номера блока, хоть при передаче старших.

Для выполнения этих действий следует переслать требуемую часть битов номера блока в DR и затем переслать в CSR код команды, после чего следует проверить на ошибку. Команды мгновенные, т.е. выполняются за один цикл обращения по МПИ.

Пример программы в 16-разрядном варианте:

003: Открыть оглавление HFS

Последовательность действий

• сбросить контроллер
• подать в CSR команду "Принять блок данных в буфер" и передать пословно всю строку с полным текстом пути (Full Path) к требуемому оглавлению. Строка должна завершаться нулевым байтом (0х00) и быть не длиннее 384 байт (192 слов).
• переслать в CSR код команды "Открыть оглавление"
• дождаться ее окончания (команда длительная)
• проверить на ошибку

Пример утилиты - AZDIR

Пример программы:

004: Монтировать диск

Порядок действий:
• Сбросить контроллер
• Переслать в контроллер строку с записью, подобной строкам описания дисков в файле AZ.INI
• Выдать команду "Монтировать диск"
• Дождаться ее окончания (команда длительная)
• Проверить на ошибки
На выбранный накопитель AZnn НЕ ДОЛЖЕН быть смонтирован диск. Если он таки смонтирован, перед монтированием туда нового диска следует размонтировать старый - команда 014
 

Пример программы:

В этом фрагменте на диск AZ4 монтируется файл-образ 51SYS_DS.DSK, лежащий в папке SYSTEM, которая лежит в папке DISKS, лежащей в корневом оглавлении карточки микро-SD.

005: Чтение блока в буфер

У контроллера имеется встроенный буфер на 256 слов (512 байт). Фактически, это часть оперативной памяти микроконтроллера STM32, выделенная в его программе под этот буфер. Весь обмен с Micro-SD идет через этот буфер.

Память дисков AZ представлена, как набор блоков объемом 512 байт каждый. Такой блок - единственная доступная единица для обмена данными с дисками AZ. Блоки пронумерованы от нуля до 65533 для 16-разрядного варианта или до 8388607 для 32-разрядного - это при использовании накопителей AZ максимально допустимой емкости. Никто не мешает использовать накопители меньшей емкости - фактический размер накопителя равен размеру файл-образа, смонтированного на этот накопитель. При попытке обратиться за пределы файл-образа будет зарегистрирована ошибка.

Команда 005 - чтение блока с микро-SD в буфер. С псевдодиска AZn, выбранного ранее командой "Выбор устройства" запускается на чтение блок, номер которого передан командой (командами) "Установка номера блока". Команда длительного действия.

Фактически, блок с карточки микро-SD читается, примерно, 500-800 мкс. На это время контроллер переходит в состояние, которое во время обсуждения проекта получило название "Думаю, прошу не мешать." А именно, на все время ее исполнения отключаются все регистры устройства, кроме CSR, в котором считывается ноль до тех пор, пока контроллер занят исполнением этой команды. По окончании считывания блока к МПИ подключаются остальные регистры контроллера, взводится бит D7 (готовность) в CSR и, если был установлен бит D6 (разрешение прерываний) в CSR, вырабатывается прерывание с вектором 0174.

Пример без прерываний тривиален:

006: Записать блок из буфера на диск

Код команды 006. Содержимое буфера пишется на выбранный псевдодиск по заданному дисковомк адресу (номеру блока). Перед записью выполняются проверки (1) "была ли запись в буфер?", если нет, выдается ошибка и (2) "заполнен ли буфер полностью?", если нет (для последнего укороченного блока файла), остаток буфера очищается нулями. Далее производится запись блока на носитель. Операция длительная, после ее запуска контроллер, как и при чтении переходит в состояние "Думаю, прошу не мешать". И так же, как и при чтении окончания этой операции надо дождаться, теми же средствами, как и при чтении.

Пример программы без прерываний:

007: Получить размер псевдодиска

Есть две команды получения размера псевдодиска, т.е. смонтированного на выбранный псевдопривод AZn файл-образа.

Если используемая ОС (или программа, работающая с дисками без ОС) умеет работать с большими (больше 32М) дисками, следует пользоваться командой с кодом 017. Последовательность действий: сбросить контроллер (команда 000), выбрать накопитель (п. 3.2) и переслать в CSR код 017, а затем, без каких-либо ожиданий, считать из DR сначала младшее, и следом за ним старшее слово размера выбранного накопителя (файл-образа).

Если используемая ОС не умеет работать с дисками бОльшими, чем 32М (RT-11), следует пользоваться командой 007 - получить размер псевдодиска с ограничением до 32М. Действия похожие: сбрасываем контроллер, выбираем диск, посылаем в CSR код 007 и считываем из DR одно слово размера псевдодиска. Если размер файл-образа, смонтированного на выбранный псевдопривод, больше 65534 блоков, вместо этого "большого" размера, контроллер возвращает число 65534. Напоминаем, что число 65535 кое-где используется в специальных целях и не может быть размером диска.

Также напоминаем, что если на этот накопитель не смонтирован файл-образ, последовательность действий не пройдет (команда 001 выбор устройства) и исполнение программы до этого места просто не дойдет. Поэтому ошибок у этих команд не предусмотрено.

Пример программы с "малыми" дисками

010: Разрешить работу сети

Код команды 010. Закончив последовательность действий по передаче очередной порции данных, и ожидая, что следующий запрос последует не сразу же, можно "утилизировать" процессорное время микроконтроллера STM32, составляющего основу AZ - занять его обслуживанием сети. В той же RT-11 это можно сделать перед выходом из драйвера AZ, перед макрокомандой .DRFIN, завершающей исполнение запроса ввода-вывода.

Действительно, операция ввода-вывода завершена, программа ЦП в системе будет готовить новую порцию данных для вывода, или соображать (на основании предыдущих прочитанных данных), где ей еще что-то прочитать, или вообще размышлять о чем-то своём.  Другими словами, после окончания запроса ввода-вывода, довольно высока вероятность того, что последует пауза в работе с дисками AZ. Вот, время этой паузы и можно отдать на обслуживание сети. Для этого, перед исполнением макрокоманды .DRFIN в RT-11 или ее аналога в других ОС следует отправить в CSR код 110 (разрешить сеть плюс разрешить прерывания).

Прерывание в этом случае не произойдет, оно активируется только по завершении "длительных" операций, которые переводят контроллер в состояние "Думаю, прошу не мешать", а установленный в "1" триггер разрешения прерываний, кроме этого, разрешает еще и работу сети, если она активирована. При запуске следующей операции ввода-вывода действия в п. 3.1 (сброс контроллера) сбросят и этот триггер, после чего программа обслуживания сети, обнаружив сброс этого триггера, прекратит (приостановит) свою работу и вернет управление основной программе обслуживания дисков AZ. Максимум, что можно заметить со стороны ЦП - это небольшая (10-20 мкс) задержка исполнения команды сброса, но это вполне умеренная плата за сетевые возможности.
 

011: Получить таблицу назначений приводов AZn

Код команды 011. Получив эту команду, контроллер переключается с буфера для блока на свою внутреннюю таблицу назначений (32 строки по 140 байт каждая)* . Перед выдачей этой команды следует сбросить контроллер. После выдачи этой команды следует выдать команду 015 (чтение буфера), но в этом случае будет читаться не буфер, а та самая таблица, последовательно, слово за словом.

* начиная с версии v17, длина имени файла уже не 130 байт, а 386 байт (последнее слово - нулевое, для окончания строки)

пример утилиты AZSMNT

Пример программы:

012: Установка номера блока, старшие биты номера блока

Контроллер предоставляет машинке с МПИ в качестве дисков AZ0 - AZ7 файл-образы типа DSK на карточке микро-SD. Размер этих файл-образов и, соответственно, псевдодисков, может быть любым, вплоть до 4Г каждый. Адресация на этих псевдодисках прямая - полученный по МПИ номер блока, после сдвига, используется в качестве смещения от начала соответствующего файл-образа. Фактически, это нечто, вроде LBA на PC.

Существуют операционные системы PDP-11, поддерживающие такие диски - RSX-11, ДИАМС, еще что-то. Однако, самая распространенная ОС - RT-11 - использует для номера блока СЛОВО (16 бит), причем код 0177777 кое-где используется в специальных целях и как размер диска не годится, поэтому для RT-11 могут быть использованы диски с максимальным числом блоков 0177776, т.е. 65534 блока (33553408 байт или 32767 К байт). Поэтому команды установки номера блока две: установить младшие биты номера блока - код 002 и установить старшие биты номера блока - код 012. Если номер блока помещается в 16 разрядов (для RT-11 - всегда), достаточно использовать команду установки младших битов номера блока, старшие биты при этом очищаются. Если номер не помещается в 16 разрядов, то сначала надо выдавать младшие биты, а потом старшие. Если попытаться сразу передать старшие биты без предварительной передачи младших, выдается ошибка. Если переданный адрес выходит за границу файл-образа, также выдается ошибка, не важно, на каком этапе - хоть при передаче младших 16 битов номера блока, хоть при передаче старших.

Для выполнения этих действий следует переслать требуемую часть битов номера блока в DR и затем переслать в CSR код команды, после чего следует проверить на ошибку. Команды мгновенные, т.е. выполняются за один цикл обращения по МПИ.
 

013: Прочитать запись оглавления HFS

Код команды 013, команда читает запись оглавления во внутреннюю область памяти и переключает на нее указатель для передачи данных через DR. Оглавление перед этим должно быть открыто. Порядок действий следующий:
• Сбросить контроллер.
• Выдать в CSR команду "Прочитать запись оглавления" и дождаться ее окончания.
• Выдать в CSR команду "Прочитать из памяти контроллера"
• Прочитать из DR 11 слов записи оглавления

Запись оглавления имеет формат:

См. Имя Значение
0 fSize Размер файла в байтах, младшее слово
2 старшее слово
4 fDate Дата в формате MS-DOS
6 fTime Время в формате MS-DOS
10 fAttr Атрибуты 1 байт
11 fName ИМЯ.ТИП файла, 8+1+3+1 = 13 байт

Смещения указаны восьмеричные. Формула в строке fName означает, что там сначала должно быть имя, максимально из восьми символов, далее должна быть точка, далее тип, до трёх символов, и завершающий нулевой байт 0х00. Если тип не указан, точка тоже не нужна.

Атрибуты файлов в байте fAttr (восьмеричные):

001 - Read Only
002 - Hidden
004 - System
020 - Directory
040 - Archive

Пример программы.

014: Размонтировать диск

Код команды 014, чтобы размонтировать диск, следует сбросить контроллер, переслать в DR контроллера номер привода AZ, который следует размонтировать, и послать в CSR контроллера код 014, после чего дождаться окончания операции (она длительная) и проверить на ошибку. Ошибка выдается, если привод не был смонтирован.
пример утилиты AZUMNT

015: Начать передачу считанного блока

Код команды - 015. Получив эту команду, контроллер настраивается на пословную выдачу содержимого того самого встроенного буфера на 256 слов, которые будут выданы последовательно через регистр DR. Никаких ожиданий не требуется, просто пересылаем 256 раз слово из DR в последовательные ячейки памяти, и все. Если нужно меньше, чем 256 слов (последний укороченный блок файла), то остаток можно просто бросить, не считывая, сброс контроллера в начале следующей операции сбросит и этот остаток.

Пример программы:

Всё, чтение закончено.

Для записи наоборот, требуется сначала перенести весь блок данных из памяти ЦП в контроллер и потом выдать команду "Записать содержимое буфера на диск"

016: Принять блок данных в буфер

Код команды 016. Команда настраивает контроллер на прием блока данных и помещении его в буфер. Следующие 256 циклов записи в DR поместят данные, переданные через МПИ, в буфер.

Пример программы.

017: Получить размер псевдодиска, большой

Есть две команды получения размера псевдодиска, т.е. смонтированного на выбранный псевдопривод AZn файл-образа.

Если используемая ОС (или программа, работающая с дисками без ОС) умеет работать с большими (больше 32М) дисками, следует пользоваться командой с кодом 017. Последовательность действий: сбросить контроллер (п. 3.1), выбрать накопитель (п. 3.2) и переслать в CSR код 017, а затем, без каких-либо ожиданий, считать из DR сначала младшее, и следом за ним старшее слово размера выбранного накопителя (файл-образа).

Если используемая ОС не умеет работать с дисками бОльшими, чем 32М (RT-11), следует пользоваться командой 007 - получить размер псевдодиска с ограничением до 32М. Действия похожие: сбрасываем контроллер, выбираем диск, посылаем в CSR код 007 и считываем из DR одно слово размера псевдодиска. Если размер файл-образа, смонтированного на выбранный псевдопривод, больше 65534 блоков, вместо этого "большого" размера, контроллер возвращает число 65534. Напоминаем, что число 65535 кое-где используется в специальных целях и не может быть размером диска.

Также напоминаем, что если на этот накопитель не смонтирован файл-образ, последовательность действий не пройдет (команда 001 выбор устройства) и исполнение программы до этого места просто не дойдет. Поэтому ошибок у этих команд не предусмотрено.

Пример программы с большими дисками

020: Получить расширенный код диагностики

Код команды 020, после сброса контроллера следует выдать эту команду в CSR и затем прочитать два слова расширенной диагностики из DR. Команда мгновенная, ожидание не требуется.

027: Получить версию firmware AZ STM32

Код команды 027, возвращает 2 слова

первое слово - 06404 = старший байт 13. это версия прошивки, младший байт 4. это версия железа - те AZБК в данном случае
второе слово - 037 = это максимальный монтируемый диск - 31.

030:  Нет операции

Основное назначение этой команды - устанавливать бит разрешения прерываний от контроллера. Команда передает бит разрешения прерывания, который находится с ней в одном слове, но не входит в ее состав (напоминаем, команда располагается в битах D0 - D5, а бит разрешения прерываний - D6), в соответствующий триггер контроллера и больше никак не влияет на процессы в контроллере. Управление этим триггером работает даже в состоянии "Думаю, прошу не мешать", и это главная особенность команды "нет операции".

Команда имеет код 0030. Посылка в CSR кода 0130 разрешит прерывания от контроллера, посылка кода 0030 запретит их. Пример не приводится вследствие тривиальности его.

Пример программы 

Блок команд работы с энергонезависимой памятью

Интерфейс предоставляет любому AZ-контроллеру доступ к 255 словам энергонезависимой памяти, все команды устанавливают бит готовности по завершению. Это позволяет сохранять пользовательские настройки в энергонезависимой памяти, к примеру это используется в AZБК - там сохраняются настройки для более комфортной работы контроллера.

Все команды этого блока используют буфер энергонезависимой памяти для своей работы.

021: Cчитать блок энергонезависимой памяти в буфер энергонезависимой памяти

Код команды 021, данная команда вызывает чтение блока энергонезависимой памяти в буфер энергонезависимой памяти.

022: Отдать на шину считанный блок энергонезависимой памяти из буфера энергонезависимой памяти

Код команды 022, данная команда обеспечивает передачу буфера энергонезависимой памяти в регистр DR для считывания.

Пример программы

очевидно, после считывания памяти необходимо проверить код результата в первом слове - см расшифровку кодов ошибок

Примеры возвращаемых данных по командам

последовательная подача команды 021 и затем 022 позволит считать 256. слов
из энергонезависимой памяти
первое слово это будет статус успешности чтения
коды ошибок
; 0 - ok
; 1 - размер не соответствует сохраненному
; 2 - oшибка версии
; 3 - oшибка контрольной суммы

 

023: Принять с шины в буфер данные для последующей записи в буфер

Код команды 023, данная команда позволяет наполнить буфер энергонезависимой памяти

024: Записать из буфера энергонезависимой памяти в блок энергонезависимой памяти

Код команды 024, данная команда вызывает запись блока энергонезависимой памяти из буфера энергонезависимой памяти.

Пример программы

Обращаю внимание, при записи, буфер идет сразу с данными, те нет первого слова со статусом.