Книга: Восстановление данных. Практическое руководство

Прошивка и адаптивы жесткого диска

Прошивка и адаптивы жесткого диска

Электроника диска — это только скелет. Без управляющих микропрограмм она работать не будет! Первые модели винчестеров хранили микропрограммы в ПЗУ, что создавало неудобства и накладывало определенные ограничения. Теперь же для этой цели используется сам жесткий диск! Разработчик резервирует некоторый объем дискового пространства и размещает в нем весь необходимый код и все необходимые данные. Эта информация организована в виде модулей (слабое подобие файловой системы) и управляется специализированной операционной системой. В ПЗУ остается лишь базовый код, своеобразный "фундамент" винчестера. Некоторые производители пошли еще дальше, убрав из ПЗУ все, кроме первичного загрузчика.

Само ПЗУ может быть расположено как внутри микроконтроллера, так и на отдельной микросхеме. Практически все винчестеры имеют микросхему FLASH-ROM, но не на всех моделях она распаяна. Если микросхема FLASH-ROM установлена, то микроконтроллер считывает прошивку из нее, если нет — обращается к своему внутреннему ПЗУ.

Часть модулей (и информации, находящейся в ПЗУ) одинакова для всей серии винчестеров. К ней, в первую очередь, относится совокупность управляющих микропрограмм. Эти модули полностью взаимозаменяемы, и один диск свободно может работать с модулем другого без каких-либо последствий.

Часть модулей (реже — информации из ПЗУ) готовится отдельно для каждой партии. Например, паспорт диска, описывающий его конфигурацию, указывает количество головок, физических секторов и цилиндров. В процессе инициализации микропроцессор опрашивает коммутатор и перечисляет головки. Если их количество не совпадает с указанным в паспорте, винчестер может "забастовать" и отказаться инициализироваться. Зачастую производители отключают некоторые головки из-за дефектов поверхности, неисправностей самых головок, или же по маркетинговым соображениям. Как следствие — образуются внешне очень похожие модели-близнецы, для которых непосредственная перестановка плат все же невозможна. В этом случае паспорт приходится корректировать, для чего опять-таки понадобится PC-3000. Однако, в принципе, подобрать донора с идентичным паспортом вполне возможно и без коррекции.

Основным источником неприятностей при ремонте являются модули (и, довольно часто, информация, прошитая в ПЗУ), которые уникальны для каждого экземпляра винчестера и настраиваются строго индивидуально. В частности, каждый жесткий диск имеет, как минимум, два списка дефектов — первичный список, или P-list (Primary list) и растущий список, или G-list (Growing list). В P-list заносятся номера дефектных секторов, обнаруженные еще на стадии заводского тестирования, a G-list формируется самим жестким диском в процессе его эксплуатации. Если запись в сектор происходит с ошибкой, сбойный сектор переназначается другим сектором, взятым из резервной области. Некоторые жесткие диски поддерживают список "подозрительных секторов": если сектор начинает читаться не с первого раза, он замещается, а информация о замещении сохраняется либо в отдельном списке, либо в G-list.

Все эти процессы протекают скрытно от пользователя. Специальный модуль, называемый транслятором, переводит физические адреса в номера логических блоков или виртуальные номера CHS (цилиндр-головка-сектор), и внешне нумерация секторов не нарушается. Все работает нормально до тех пор, пока P- или G-списки не оказываются разрушенными, или пока на гермоблок не устанавливается плата с чужими настройками. Если P/G-списки хранятся во FLASH-ROM (а часто так и бывает), файловая система оказывается полностью неработоспособной, ведь трансляция адресов нарушена! При этом, хотя на секторном уровне все читается нормально, становится совершенно непонятно, какой сектор какому файлу принадлежит.

К счастью, восстановить транслятор довольно просто, поскольку практически все файловые структуры (да и сами файлы) имеют характерные последовательности байт (сигнатуры). Для начала нужно очистить таблицы транслятора (сгенерировать пустые P/G-списки), в противном случае сектора, помеченные у донора как замещенные, не смогут быть прочитаны на акцепторе. Различные винчестеры имеют различное число замещенных секторов. В некоторых винчестерах замещенных секторов может не быть вообще, в то время как на других их количество может доходить до нескольких тысяч. Формат P/G-списков варьируется от одной модели к другой, и для работы с ним лучше всего применять PC-3000. В экстренных случаях, если в вашем распоряжении нет PC-3000, можно применить утилиты от производителей винчестера и дать команду ATA unassign.

Затем необходимо просканировать весь диск на предмет поиска характерных сигнатур и занести их "физические" адреса в список. Естественно, эти адреса не являются "физическими" в подлинном смысле этого слова. На самом деле они представляют собой логические адреса без переназначенных секторов.

На данном этапе, исследуя служебные структуры файловой системы (каталоги, MFT), мы определяем номера кластеров подчиненных структур. Переводим кластеры в сектора и создаем еще один список. В результате будет получено два списка, между которыми прослеживается четкая корреляция. Первый список как бы "растягивается" вдоль второго. Иными словами, каждый переназначенный сектор увеличивает расхождение между последующими "физическими" и логическими адресами на единицу. Проделав необходимые математические вычисления, можно рассчитать необходимую поправку и частично восстановить транслятор. Слово "частично" используется потому, что целевые адреса замещенных секторов остаются неизвестными, а это значит, что в восстанавливаемых данных образуются "дыры". Тем не менее, большая часть информации все же будет возвращена из небытия. Аппаратно-программный комплекс PC-3000 автоматически восстанавливает транслятор, используя довольно продвинутые алгоритмы, которые постоянно совершенствуются. Кстати, при желании утилиту для восстановления транслятора можно написать и самостоятельно, но для этого нужно быть настоящим профессионалом.

К сожалению, ни PC-3000, ни другие аппаратно-программные комплексы не всемогущи. Например, ни один из них не способен восстанавливать адаптивы. Адаптивы начали доминировать сравнительно недавно. До этого индивидуальные настройки диска сводились к высокоуровневым наслоениям, никак не препятствующим чтению информации на физическом уровне. Перестановка плат могла привести к невозможности работы с диском средствами операционной системы, но данные всегда было можно прочитать посекторно стандартными командами ATA или, на худой конец, на уровне физических адресов в технологическом режиме.

Но плотность информации неуклонно росла, нормативы допусков ужесточались, а это значит, что усложнялся и дорожал производственный цикл. В промышленных условиях невозможно изготовить два абсолютно одинаковых жестких диска. Справиться с неоднородностью магнитного покрытия, влекущего за собой непостоянство параметров сигнала головки в зависимости от угла поворота позиционера, чрезвычайно сложно. Таким образом, производитель должен выбрать один из перечисленных ниже путей.

1. Уменьшить плотность информации до той степени, при которой рассогласованиями можно пренебречь. Однако в этом случае для достижения той же емкости придется устанавливать в диск больше пластин, что удорожает конструкцию и вызывает новые проблемы.

2. Улучшить качество производства. Это хороший вариант, но при современном уровне развития науки, технологий и экономики он настолько нереален, что даже не обсуждается.

3. Индивидуально калибровать каждый жесткий диск, записывая на него так называемые адаптивные настройки. Именно этот вариант и был выбран производителями, что и привело к появлению адаптивов.

Состав и формат адаптивов меняется от модели к модели. В грубом приближении, в состав адаптивов входят: ток записи, усиление канала, профиль эквалайзера, напряжение смещения для каждой головки, таблица коррекции параметров каждой головки для каждой зоны и т.д., и т.п. Без своих "родных" адаптивов жесткий диск просто не будет работать! Даже если произойдет чудо, и "чужие" адаптивы все-таки подойдут (а чудес, как известно, не бывает), то информация будет считываться крайне медленно и с большим количеством ошибок. Подобрать адаптивы нереально, рассчитать их в "домашних" условиях — тоже. Но ведь как-то же эти адаптивы возникают? Чисто теоретически для заполнения таблицы адаптивов не нужно ничего, кроме самого винчестера, и некоторые модели жестких дисков даже содержат в прошивке специальную программу Self Scan, как раз и предназначенную для этих целей. Да, она действительно рассчитывает адаптивы, но… при этом уничтожает всю содержащуюся на жестком диске информацию, что делает ее непригодной для наших целей.

Адаптивы могут храниться как на самом диске в служебной зоне (и тогда смена плат проходит на ура, но не работает hot-swap), либо в микросхеме FLASH-ROM, которую перед заменой плат следует перепаять. Диски без адаптивов встречаются все реже и реже, можно сказать, что практически вообще не встречаются.

Оглавление книги