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现代硬盘驱动器 - 现代硬盘驱动器：固件

作者：香农青岛数据恢复中心 2007-05-03 09:43

固件数据 (服务信息)

固件数据是HDD内部电路发挥功能所必须的，通常对用户来说是隐藏的。固件数据可以划分为如下：

• 伺服信息或伺服字段；
• 低级格式化；
• 驻留固件微代码（操作程序）；
• 配置表和设置；
• 缺陷表。

伺服字段是HDD中用于磁头驱动的伺服系统所必须的；他们用作磁头定位，保证磁头准确的定位于指定的磁道。伺服信息在生产过程中通过专门的伺服窗写到已经装配的HDA中。伺服窗随后被用标签封闭，标签上写有：警告！禁止打开。伺服写入过程实际上是在一个特殊的工具中——伺服写入器使用驱动器自身的磁头写入的。磁头位置调节器的重置是通过伺服写入器的专门推进装置使用比磁道间隔更小的稳定步进完成的。

微处理器的固件（微代码）是HDD部件运转所必须的一些程序。这些程序包括用于初始化诊断的，控制主轴马达旋转的，控制磁盘控制器、缓冲RAM之间交换数据的程序，等等。大多数型号的HDD的固件微代码存储在处理器器的内部ROM中；某些型号使用了外部Flash ROM。还有些型号的HDD的部分固件程序存储在磁盘上专门的固件区，而用来初始化、将固件数据从磁盘载入RAM的基本引导程序则存储在ROM中。由于实际的固件模块在运行之前需要首先被载入到RAM中，所以他们被称为驻留模块。生产商将部分固件存储在磁盘上不仅仅是为了节省ROM空间，也是为了在发现微代码有错误时可以容易的修改。大部分生产商的互联网网页上含有为此目的而发布的升级升序。重写磁盘上的固件要比使用编程器对微处理器编程容易的多。我们还记得几年前Western Digital 不得不招回大量的驱动器。

低级格式化。磁道的起始位置由标志信息确定。每个磁道被分为扇区和伺服字段。每个扇区的格式包括ID字段，数据字段，同步zone和空白空间。每个扇区的起始位置包括用于定相的同步zone和数据闸门同步。ID字段包括位置记号、物理扇区地址、标记字节和CRC字节。省略标志符的格式化最近变的流行起来，生产商使用此种方法在没有ID字段的磁道上组织数据(这样做可以增加驱动器可用空间)。他们现在使用伺服字段直接指向磁道上的物理扇区的方法来代替ID字段的功能。这样做需要同时读（写）磁道上所有扇区到（从）RAM中的映象。因此为了读一个扇区，驱动器需要拷贝整个磁道到RAM中，读取扇区不再是从磁盘上而是从RAM中。写入操作也是同样的过程。在写扇区时驱动器首先读取整个磁道，在RAM中修改后再将整个磁道写回磁盘。

配置表和设置包括磁盘空间的逻辑结构和物理结构。这些表使PCB（同一系列的驱动器的PCB是相同的）可以按照某一特定的驱动器型号自行配置。事实上，在设计某一特定型号的驱动器时如使用2个碟片的80Gb驱动器，可以同时自动的产生使用1个碟片的40Gb的二分之一容量型号，和只使用碟片的一面的20Gb的四分之一容量型号。这样生产商可以向市场提供不同容量的多种型号的驱动器而不用考虑R&D费用。除此之外，低级型号的驱动器可以使用由于某种原因不能用于完全容量型号的碟片，如二分之一容量型号可以使用某面有缺陷的磁碟。

缺陷表。现代磁碟的生产技术不能实现无缺陷的生产。不同成分的介质材料、抛光缺陷、磁层的杂质等，都会导致读/写数据时出错。早期的驱动器将缺陷磁道表写在HDA外面的标签上，并且每个驱动器都有一些保留空间，例如HDD ST225(20 Mb)实际容量为21,5 Mb，也就是说，有1,5 Mb的额外空间分配给缺陷扇区和磁道。现代HDD也有额外的空间，不过对于用户来说是隐藏的，只有驱动器微处理器才可以访问。额外空间的一部分分配给 HDD 固件、配置表、 S.M.A.R.T. 计数器、工厂信息、缺陷表等等。其他部分被保留用于以后代替缺陷扇区。

缺陷表在工厂测试时由生产商填充。发现的所有的坏扇区都被添加到缺陷表。这一过程被称为缺陷更新（调整）（也叫做更新缺陷）。之后若在HDD使用过程中发现新的缺陷扇区，驱动器就会自主重定向到保留扇区。因此，所有的现代驱动器出厂时都没有（可见的）缺陷扇区。

大部分型号的 HDD 有两个缺陷表：基本的或P-表和增长的或G-表。P-表在工厂测试——SELFSCAN（智能的内置程序）时填充。G-表不是在工厂中填充，它被设计用来添加驱动器使用过程中出现的缺陷。为了使用G-表的功能，几乎所有的HDD的用户命令中都包含指派命令——即用保留扇区替代缺陷扇区。很多程序包括生产商推荐的处理坏扇区的程序中都包含指派命令。Western Digital 驱动器的Data Lifeguard 系统可以自动的在驱动器空闲时使用保留扇区替换缺陷扇区。在这一过程中，驱动器对自身的磁碟表面进行自测，将标记为坏扇区的缺陷扇区的数据转移到保留扇区；缺陷调整的机制与指派命令是同一的。Fujitsu、 Quantum、 Maxtor和IBM等驱动器生产商都实现了在驱动器写入过程中自动调整缺陷的机能。因此在数据被写入缺陷扇区时，驱动器会自动的重定向到保留扇区并将缺陷扇区标记为坏区然后将缺陷扇区的编号添加到G表。专门用于调整坏扇区的程序有用于Fujitsu驱动器的FUJFMT.EXE程序，用于Western Digital驱动器的WDDIAG.EXE 程序，Samsung提供的ShDiag.exe程序，等等。