基于FPGA的硬盘数据恢复仪的实现

基金项 目： 福建省 自 然科学基金重点项 目资助（ ０７０ ０ ） ２０ Ｊ０ ３ 作者简 介： 陈 康 （９ ４ ， ， １７ 一） 男 福建福州人 ， 硕士 ， ， 讲师 研究方向 ： 嵌入式系统 ， ｍ ｉ ｃｅｋｎ １３ ２０ ＠１６ Ｃｒ Ｅ ａ ： ｎ ａｇ２ ＿ ０３ ２ ．Ｏ ． ｌｈ ｎ
够根据 用户输 入 的文件 名 自动 查找 到 该 文件 ， 并且 通 过异 步 ＦＦ 和 Ｄ ＩＯ ＭＡ传 输 到备 份 硬 盘上 ，
实现故 障硬盘 的数据 快速恢 复。
关键词 ： 硬盘 ；Ｐ Ａ； Ｈ Ｌ 异 步 ＦＦ 跨 时钟域 ＦＧ Ｖ Ｄ ； ＩＯ；
中 图分 类号 ：Ｐ ０ Ｔ ２６ 文献标识 码 ： Ｂ
地址 Ｃ １Ｃ ０Ｄ ２ Ａ Ａ Ｓ Ｓ Ａ Ｄ １ ０ Ｄ １ ０ ０ ０ ０ １ ０ ０ ０ １ １ ０ ０ １ ０ １ ０ ０ １ １ １ ０ １ ０ ０ １ ０ １ ０ １ ， ０ ・ ０
我 们可通 过硬 盘 控制 器 上 的 寄存 器来 实 现对
区 ， 括 硬 盘 主 引 导 记 录 ＭＢ Ｍ ｓ ｒＢ ｏ ｅ 包 Ｒ（ ａｔ ｏｔＲ — ｅ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
硬盘的操作 ， 寄存器功能如表 ２ 所示 。
表 ２ Ｉ Ｅ 硬盘 控 制 器 的寄 存 器 定 义 Ｄ
ｃｒ） ｏｄ 和分 区表 Ｄ Ｔ（ ｉ ａｔｉ ａｌ） Ｄ Ｓ引 Ｐ Ｄｓ ＰｒｔｎＴ ｂｅ ， Ｏ ｋ ｉｏ 导扇 区 Ｄ Ｒ（ ｏ Ｂ ｏ Ｒ ｃｒ） 于硬 盘 的 ０磁道 Ｂ Ｄ ｓ ｏｔ ｅｏｄ 位
１ 硬 盘 介 绍
硬盘 是通过 主轴 电机 驱动盘 片高速旋 转 ， 磁头 电机驱 动磁头作径 向运 动 ， 按照柱 面 ， 道 ， 区进 磁 扇 行 数据读 取 。早期 系统 就是 直 接使 用 磁 头柱 面和
表１ Ｉ ＤＥ硬 盘 接 口定 义
收 稿 日期 ： ０ ９～１ ２０ ２～１ １
硬 盘作 为信息 存储 的工具 在 现 代社 会 中得 到
扇 区来对 硬盘 进行 寻 址 （ 称 为 Ｃ Ｓ寻址 ） 需要 这 Ｈ ，
了广泛的应用 ， 但是硬盘一旦出现故障引起数据丢 失会造成 严重 的损 失 。 目前我 处 理 的很 多 硬 盘就
属于这种 情况 。 由于 硬盘 上某 些 关 键性 的磁 道损
编 号通过 一定 的规则转 变为一 线性 的编号 ， 效 系统
率得到大大提高， 避免了烦琐的磁头／ 柱面／ 扇区的
寻址 方式 。目前我们 常用 的硬 盘是 ＩＥ（ｎｅｒｔ Ｄ Ｉｔ ａ ｄ ｇ ｅ Ｄ ｖ ｌ ｔ ｎｃ） ｉ ｒ ｅＥｅ ｒ ｉ 硬盘 。它有 ４ ｃｏ ｓ ０个外 接针 脚 ， 了 除 １ ６位 的数 据 线 以及 ７个 地 线 以外 还 有 一 些 控 制 线 ¨ 。其功 能如表 １ 示 。 所
＋ 通讯作者 ： 陈 康 ， ｍ ｉ：ｈｎ ａｇ２ ＿０ ３ ２ ．ｏ Ｅ ａ ｃｅｋｎ １３ ２０ ＠１６ ｔｍ． ｌ
第 ２期
陈
康 等： 基于 Ｆ Ｇ Ｐ Ａ的硬盘数据恢复仪 的实现
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注 ：． Ｓ Ｌ 当一条连线上 有两个硬盘时 ， １Ｃ Ｅ ： 确定哪一个是 主硬盘 ， 哪一个是从硬盘 ；． Ｄ Ａ ／ Ｂ Ｉ ２ Ｐ Ｉ Ｇ一 Ｃ ＬＤ一： 用于通知 主硬 盘从 硬盘已通过检测 ， 另外还用来检测硬盘数据 线是否为 ８ Ｏ芯
要花 费大量 的人 力与 物力。为 解决此 问题 ， 决定采 用 ＦＧ Ｐ Ａ实现硬 盘数据 的恢复 。
Ｌ Ａ是英文 Ｌｇ ａ ＢｏｋＡ ｄ ｓｎ （ Ｂ ｏｉ ｌ ｌ ｄｒ ｓ ｇ 逻辑块寻址 ｃ ｃ ｅｉ 模式 ） 的简写 ， 它把硬 盘所 有 的物 理扇 区的 Ｃ Ｈ Ｓ ／ ／
第２ ７卷 第 ２期
２１ ０ ０年 ４月
贵州大学学报 （ 自然科学版 ）
Ｊｕｎｌ ｆ ｕｚｏ ｎ ｅｓｙ（ ａ ｒ ｃ ｎｅ ） ｏｒａ ｏ Ｇ ｉ ｕＵ ｉ ｒｔ Ｎ ｔ ａ Ｓｉ ｃｓ ｈ ｖ ｉ ｕｌ ｅ
Ｖ０ ．２ ０ １ ７ Ｎ ．２ Ａｐ ．２ １ ｒ ００
文章编号
１０ ５ ６ （ ００ ０ ０ ９ ０ ０ ０— ２ ９ ２ １ ）２— ０６— ５
基 于 Ｆ ＧＡ 的硬 盘数 据恢 复仪 的实现 Ｐ
陈 康 ， 明华 何
（ 福州大学电气工程 与 自 动化学院 ， 福建 福州 ３０ ０ ） ５０ ７
摘
要： 本文针 对硬盘 发 生故 障导 致数据 丢 失 的情 况 ， 用 Ｆ Ｇ 采 Ｐ Ａ设 计 了硬 盘数 据 恢 复仪 ， 它能
名称及意义 读操作 数据寄存器 错误寄存器 扇区数寄存器 扇区号寄存器 柱面数低 ８位 柱面数高 ８位 头
写操 作
１ 柱面 １ 扇区， 是操作系统可以直接访问的第一个 扇区， 它包括 一个 引导程 序和一 个被称 为 Ｂ Ｂ Ｂ— Ｐ （ｊ
Ｏ ａａ ｔ ｌｃ ）的 本 分 区参 数 记 录 表 ， 中 ＳＰｒｍｅ ｒＢｏｋ ｅ 其 Ｂ Ｂ参 数块 记录着 本 分 区 的重 要参 数 。Ｄ Ｒ之 后 Ｐ Ｂ 的是 Ｆ Ｔ ＦｌＡｌ ａｏ ａｌ Ａ （ ｉ ｌｃｔｎＴｂｅ文件 分配 表 ） ， ｅ ｏ ｉ 区 这 是 我们进 行数 据恢 复 时 必 须用 到 的 。硬盘 上 文 件 存储 的基 本单 位是簇 。换句话 说 ， 一个 文件 有 无论 多小 ， 怕只有 一个字 节它也要 占用一 个簇 。一般 哪 情况 下 ， 盘每簇 的扇 区数与硬 盘 的总容量 大小有 硬 关 ， 能是 ４ ８ １ 、２ … ， 体 的数 值 可在 Ｂ Ｂ 可 、 、６ ３ … 具 Ｐ 表 中找到 ， 用它 我们 可 以将 簇 号 转化 为 Ｌ Ａ． 利 Ｂ 硬 盘 上 如果一个 文件 的容量 大于一个 簇 ， 么这个 文 那
分别存储各个区域的三个参数， 使用时再分别读取 三 个参数 ， 然后 再送 到磁盘控 制器 去执行 。随着硬
盘 技术 的进步 ， 采用 了更加 简便 的 Ｌ Ａ寻址 方式 。 Ｂ
坏导致硬盘无法进入使重要数据丢失 ， 客户强烈要 求能够恢 复硬 盘 中 的重 要数 据 。 目前采 用 人工 恢 复数据 ， 效率较 低 ， 其 特别 是对 于大容 量 的 文 件需