ハード・ディスクへの アクセス手順を理解しよう！

第2 章
ARM と ATA-SATA 変換基板，HDD を使った製作事例で学ぶ
ハード・ディスクへの
アクセス手順を理解しよう！
芹井滋喜
最近，SATA ハード・ディスク・ドライブが安くなっている
組み込み機器では，今回使用した ARM（Cortex-M3）の
が，SATA インターフェースを内蔵したデバイスはあまり多く
ようなマイコンをよく使用します．また組み込み機器で大
ない．そこで本稿では，ARM マイコンと ATA-SATA 変換基
容量の外部記憶装置が必要になる場合，安価な SATA タイ
板を組み合わせたハードウェアを製作し，実際に SATA ハー
プのハード・ディスクを使用したくなることがあると思い
ド・ディスク・ドライブにアクセスするまでの手順を紹介す
ます．本稿では，このような場合に使用できる，SATA イ
る．ハードウェアやソフトウェアでどのようにハード・ディス
ンターフェースの具体例を紹介します．
クを制御するかを，製作事例を通じて理解できる．ハード・
ディスクを組み込み機器で使うための基本が分かる．（編集部）
1．ハード・ディスク・
インターフェースの概要
筆者は本誌 2008 年 5 月号に付属した ARM（Cortex-M3）
マイコン基板を使い，SATA ドライブのアクセス・テスト
● ハード・ディスク用 IDE を CD-ROM に拡張した ATA
を行いました．本稿ではこの事例を用いて，組み込み機器
ハード・ディスクや CD，DVD などのドライブに使われ
などで，SATA のハード・ディスクを使うとき，どのよう
るパラレルのインターフェースである ATA（AT Attach
な方法があるのかを紹介します．本稿で紹介するソース・
ment）はもともと，ハード・ディスク用のインターフェー
コードは本誌Web ページ（http://www.cqpub.co.jp/dwm/）
スであった IDE をベースに策定されています．IDE は，米
からダウンロードできます．写真 1 は，実際に製作した基
国 IBM 社製パソコンのハード・ディスク用拡張基板の回路
板の外観です．
を，そのままドライブ内部に取り込んだような回路構成に
デバッグ用の
シリアル・ボード変換基板
ATA-SATA
変換基板
ARMマイコン
搭載基板
ATA（IDE）40ピン・ケーブル
写真 1
ARM マイコンからSATA ハード・ディスクを制御
するための装置
今回作成した CPU 基板から SATA ハード・ディスク・
ドライブにアクセスするための装置の外観．CPU 基板
には本誌 2008 年 5 月号付属のARM 基板（STM32F103）
を，SATA との接続には ATA-SATA 変換基板を使用し
ている．ATA インターフェースは，ARM 基板の40 ピン
の拡張コネクタがほぼそのまま利用できる．
Keyword
ARMマイコンの汎用入出力ピンからATA（IDE）信号を出力し，
ATA-SATA変換基板を介してSATAハード・ディスクを制御できる
IDE，ATA，SATA，ハード・ディスク，ATA-SATA 変換基板，ARM，リード・セクタ関数，
ライト・セクタ関数，88SA8040
Design Wave Magazine 2008 November
37
なっています．このため，ATA ハード・ディスク・ドラ
イブは，米国 Intel 社 CPU の 16 ビット・バスに接続できる
I/O デバイスです．
ATA ハード・ディスク・ドライブの便利なところは，簡
ATA（IDE）の40ピン・フラットケーブル
ATAコネクタ
単なコマンドでドライブにアクセスできることです．写真
2（a）は，ATA タイプのハード・ディスクと，そのケーブ
（a）ATA（IDE）
ルです．
ATA ドライブは，40 ピンのフラット・ケーブルで接続
でき，一つのインターフェースで 2 台まで接続できます．
表 1 は，ATA ドライブのピン配置です．また表 2 に，
SATAのケーブル
ATA ドライブの信号線の一覧を示します．
SATAコネクタ
初期の IDE 以前のハード・ディスクは，アナログ信号を
制御する必要があり，気軽に使用できるものではありませ
（b）SATA
写真 2
ハード・ディスク・ドライブとケーブルの外観
んでした．IDE ドライブの登場により，アナログ回路と
（a）は 3.5 インチの ATA（IDE）ハード・ディスクと接続ケーブル．接続ケー
ブルには，40 ピンのフラット・ケーブルを使用する．ATA インターフェー
スは，1 本のケーブルに 2 台までの ATA ハード・ディスクが接続できる．
ハード・ディスクの制御のコントローラが，すべてドライ
（b）は 3.5 インチの SATA ハード・ディスクと接続ケーブル．SATA はシリ
アル・インターフェースのため，ATA の接続ケーブルと比較して，非常に細
くて使い勝手のよいケーブルが使える．ATA と異なり 1 ： 1 の接続になる．
コマンドで任意のセクタのリード/ライトが行えるため，パ
表1
ブ内に入ったため，非常に扱いやすくなりました．簡単な
ソコンだけではなく組み込み機器でも，気軽にハード・
ATA ドライブのピン配置（4）
ATA ドライブは 40 ピンのコネクタになっており，パソコンからは 16 ビットの I/O デバイ
スとして接続できるようになっている．各信号線の内容は表 2 を参照．
表2
ATA の信号線の機能（4）
実際のピン配置は表 1 の ATA ドライブのピン配置を参照．
方 向
ホスト デバイス
信号名
コネクタ・
ピン番号
ケーブル
芯番号
ケーブル
芯番号
コネクタ・
ピン番号
信号名
RESET#
1
1
2
2
GND
CSEL
―
DD7
3
3
4
4
DD8
CS［1 : 0］#
→
DD6
5
5
6
6
DD9
DD［15 : 0］
←→
DD5
7
7
8
8
DD10
DD4
9
9
10
10
DD11
DD3
11
11
12
12
DD12
DD2
13
13
14
14
DD13
DA［2 : 0］
→
アドレス
→
DMA アクノリッジ
信号名
DASP#
―
信号概要説明
ケーブル・セレクト
チップ・セレクト
16 ビット・データ・バス
デバイス・アクティブ・イン
ジケータまたはスレーブ・プ
レゼント
DD1
15
15
16
16
DD14
DMACK#
DD0
17
17
18
18
DD15
DMARQ
←
DMA リクエスト
GND
19
19
20
20
（KEYPIN）
INTRQ
←
インタラプト・リクエスト
DMARQ
21
21
22
22
GND
→
DIOW#
（STOP）
DIOR#
HDMARDY#
23
23
24
24
GND
DIOR#
（HDMARDY#:
HSTROBE）
25
I/O リード
Ultra DMA データ・インバー
スト中の DMA レディ
Ultra DMA データ・アウト
バースト中の DMA ストロー
ブ
IORDY
（DDMARDY#:
DSTROBE）
27
27
28
28
CSEL
DMACK#
29
29
30
30
GND
INTRQ
31
31
32
32
RESERVED
（注）
DA1
33
33
34
34
PDIAG#
（CBLID#）
DA0
35
35
36
36
DA2
CS0#
37
37
38
38
CS1#
DASP#
39
39
40
40
GND
38
→
HSTROBE
25
26
26
→
GND
IORDY
DDMARDY#
DSTROBE
Design Wave Magazine 2008 November
DIOW#
STOP
←
←
←
→
→
PDIAG#
CBLID#
―
RESET#
→
―
I/O レディ
Ultra DMA データ・アウト
バースト中の DMA レディ
Ultra DMA データ・インバー
スト中の DMA ストローブ
I/O ライト
Ultra DMA データ・バースト
中の DMA ストップ
自己診断パス
ケーブル・アセンブリ・タイ
プ・インジケータ
リセット