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现代硬盘驱动器 - 现代硬盘驱动器：印刷电路板

作者：香农青岛数据恢复中心 2007-05-03 09:43

印刷电路板

现代驱动器的电路设计的特点是使用高集成度的芯片；它们的结构如图1：

图1. 现代驱动器的电路设计

如图1中所示，整个电路设计基于四种芯片：

• 系统控制芯片，包括：读/写信道，磁盘控制器和RISC（精简指令计算机）控制处理器（微处理器）；
• Flash ROM芯片（内含驱动器固件）；
• 主轴马达和音圈控制芯片；
• ROM 芯片（用作缓存）。

由于以上各部分的功能存在根本的差别，所以更进一步的集成不太可能实现。
当前最先进的系统控制器是由Cirrus Logic公司生产的芯片。它的明显的突破是将读/写信道、处理器和磁盘控制器集成在一个芯片上；不过由于设计方法不成熟，使用此芯片的Fujitsu MPF3xxxAT和MPG系列驱动器频繁出现故障。

微处理器采用RISC结构。当加电后驱动器的reset电路向微处理器发出RESET信号，使微处理器执行ROM中的自检程序，清空存储器和磁盘控制器以及其他连接到内部数据总线的可编程芯片的工作数据区。然后微处理器检查驱动器运转时使用的内部信号，如果没有发现紧急警告，就启动主轴马达。接下来一步是HDD内部测试：检查数据缓冲RAM、磁盘控制器和输入微处理器的信号的状态。之后微处理器开始分析脉冲信号直到主轴马达达到规定的转速。当马达达到规定的转速后，微处理器就开始操作定位电路和磁盘控制器，将磁头移动到固件数据区，并将固件数据载入到RAM中以供进一步操作。最后微处理器切换到准备就绪状态，并等待计算机主机命令。在等待模式下，从计算机主机CPU发来的命令会引起HDD的所有电子部件的一连串动作以完成指定操作。

HDD读/写信道由前置放大器/转接器（位于HDA内）、读电路、写电路和同步时钟等组成。驱动器的前置放大器具有多个通道，每个通道连接到一个磁头。各通道的切换由驱动器微处理器的信号控制。前置放大器中含有写入电流开关和写入出错传感器，当磁头短路或断路时就会发出出错信号。当集成的读/写信道处于写入模式时，它从磁盘控制器接收数据，同时接收写时钟信号，对数据进行编码、预补偿后将数据传送到前置放大器写入磁盘。当读/写信道处于读取模式时，从前置放大器/转接器来的信号传送到自动控制电路，然后通过可编程的滤波器、校正补偿电路和脉冲检测电路将信号转换为数据脉冲，再发送到磁盘控制器进行解码，最后传送到外部接口。

磁盘控制器是驱动器中最复杂的部件，它决定了HDD和主机之间的数据交换速度。

磁盘控制器拥有四个端口分别连接到主机、微处理器、缓冲RAM和数据交换信道。磁盘控制器是由微处理器驱动的自动部件，在主机中只有标准的任务文件可以访问磁盘控制器的寄存器。磁盘控制器初始化阶段由微处理器控制：设置数据编码方法、选择纠正错误的方法、定义可变的或固定的扇区划分等等。

缓冲管理器是磁盘控制器功能的一部分，用于管理缓冲RAM。现代HDD的缓冲RAM的容量为512Kb到8Mb。缓冲管理器将缓冲RAM分割成独立的缓冲片断，微处理器使用专门的寄存器保存这些缓冲片断的地址以供存取操作。当主机使用其中一个缓冲片度交换数据时，读/写信道可以使用另外的缓冲片断交换数据。这样系统可以实现多通道处理从/向磁盘读/写数据或与主机之间的数据交换。

主轴马达控制器控制3相电机的运转。它由驱动器微处理器控制。主轴马达的运转有三种模式：启动模式，加速模式和稳定模式。让我们先分析一下启动模式。加电后一个reset信号被发送到微处理器，对主轴马达控制器初始化内部寄存器。驱动器微处理器产生相位切换信号；主轴马达低速旋转产生自感应电动势（EMF）。驱动器微处理器器检测到自感应电动势（EMF）并根据此信号控制转速。在加速模式下微处理器加快相位切换并测量主轴马达的转速，直到主轴马达达到额定转速。当达到额定转速后主轴马达进入稳定模式。在此模式下微处理器根据相位信号计算主轴马达的旋转周期并据此调整转速。在磁头从停泊区移走后，驱动器电路使用伺服标记跟踪旋转稳定性。

音圈控制器产生控制电流以移动位置调节器并使磁头定位于指定的磁道上。电流值由微处理器根据磁头位置与相关磁道的数字误差信号（位置误差信号或PES）来计算。电流值以数字形式传送给微处理器，计算后发回的模拟信号被放大后提供给音圈。