Managementul in sisteme periferice

Aparitia spectaculoasa pe piata a sistemului de operare Windows 95 a adus, ca noutate, o implementare izbutita a tehnologiei 'Plug and Play' (prescurtat PnP). Incepand cu mijlocul anului 1995, majoritatea producatorilor de computere, echipamente si periferice au inteles impactul acestei tehnologii, care se adreseaza in primul rand utilizatorilor neprofesionisti. Maturizarea specificatiilor PnP pentru componentele hardware a fost un proces destul de anevoios, dar sprijinul din partea celor doi giganti, Microsoft si Intel, a fost de bun augur.

Conceptul de Plug and Play se refera la posibilitatea unui utilizator cu putine cunostinte tehnice despre computere sa instaleze sau sa demonteze (permanent sau dinamic) componente hardware fara prea mult efort. Astfel, cu ajutorul tehnicilor de identificare si a schemelor de configurare implementate in hardware si in sistemul de operare, utilizatorul nu mai trebuie sa-si puna problemele de gasire a semnalelor IRQ libere sau a porturilor I/O neocupate. Acest lucru este preluat de sistemul de operare care va enumera identitatile si capabilitatile dispozitivelor atasate sistemului, alocand pentru acestea resursele potrivite. In principiu, adaugarea unui nou dispozitiv computerului nu ar trebui sa necesite decat desfacerea carcasei, montarea dispozitivului, inchiderea la loc a cutiei si pornirea computerului. Beneficiile tehnologiei PnP sunt evidente: usurinta in folosire, acceptarea computerelor pe o piata mai larga si reducerea costurilor pentru suport tehnic.

Ce se intampla pana acum cand un utilizator vroia sa instaleze o extensie computerului personal? In primul rand, daca respectivul avea ceva cunostinte despre resursele unui computer si modul de alocare, trebuia sa configureze placa cu ajutorul unor switch-uri sau jumper-e sau, in cel mai bun caz, cu ajutorul unui program de configurare livrat impreuna cu placa de extensie. In general, dupa montarea placii in computer, sistemul de operare folosit nu avea nici o idee despre ce anume se montase in computer, utilizatorul trebuind sa instaleze manual noi driver-e sau programe asociate cu extensia respectiva. Pentru un utilizator experimentat nu ar fi trebuit sa existe probleme, dar nici acestia nu erau scutiti de neplaceri. In primul rand, conflictele de adrese sau intreruperi erau greu de detectat. In lipsa unor programe de identificare a hardware-ului care nici ele nu aveau intotdeauna succes, utilizatorului ii ramanea sa incerce alte porturi, intreruperi sau canale DMA, pana cand extensia respectiva functiona.

Instalarea unei magistrale SCSI era o incercare destul de grea si pentru un utilizator experimentat. Iata in continuare etapele care se urmareau:

1. Configurarea adaptorului SCSI prin aflarea unor resurse libere (porturi I/O, canale DMA, adrese de memorie) ce puteau fi suportate de controlerul SCSI. Uneori, desi adaptorul era configurat corect, puteam avea surpriza ca el sa nu functioneze, din cauza unor deficiente de 'shadow' a BIOS-ului.

2. Pregatirea perifericelor SCSI pentru montarea in computer. Dispozitivele de tip SCSI sunt insotite de obicei de 5 pana la 20 de jumper-e cu care se seteaza anumiti parametri. Cel mai important este ID-ul, sau numarul de identificare a dispozitivului pe bus-ul SCSI. Acest identificator are valori intre 0 si 7 pentru SCSI pe 8 biti si intre 0 si 15 pentru Wide SCSI. Important este ca numarul sa nu fie duplicat pe acelasi bus, deci fiecare dispozitiv (incluzand adaptorul) trebuie sa aiba un unic ID. S-au definit cateva reguli de alocare a identificatorului, cum ar fi ca adaptorul sa aiba intotdeauna ID=7 iar hard-disk-ul de boot sa aiba ID=0. De cele mai multe ori, problema conflictului aparea la instalarea unui nou periferic, pentru ca daca adaptorul sau driver-ul sistemului de operare nu raporta ID-urile dispozitivelor existente, era destul de greu ca aceste indicatii sa poata fi citite prin intermediul pozitiei jumper-ilor. Un conflict de identificator nedetectat putea avea ca repercusiuni functionarea anormala a dispozitivelor, iar uneori computerul nu mai incarca sistemul de operare.

3. Configurarea terminatiei pentru magistrala SCSI. In mod asemanator cu un cablu de retea coaxial, bus-ul SCSI trebuie sa aiba la extremitati niste rezistori numiti 'terminatori'. Terminatorul este deosebit de util pentru ca tine liniile magistralei pe 'high' astfel incat tranzitia sa poata fi imediat sesizata. Terminatorii pot fi pasivi (rezistori cuplati printr-o dioda la 5V) sau activi, acestia din urma fiind preferabili daca am un cablu SCSI lung sau folosesc transferuri 'fast' pentru ca ei fac si o amplificare a semnalului (in acelasi timp sunt usor de activat/dezactivat). Pentru configurarea terminatiei cablului SCSI existau mai multe posibilitati, in functie de tipul dispozitivelor SCSI pe care le posedam: interne sau externe, cu sau fara terminator inclus. Daca aveam de instalat doar dispozitive interne, care in general aveau terminatori inclusi ce se puteau scoate sau dezactiva, aveam grija ca adaptorul SCSI (ce include obligatoriu terminatori) sa asigure terminarea unui capat al cablului, in timp ce la celelalte dispozitive se dezactivau (scoteau) terminatoarele cu exceptia dispozitivului din capatul opus. Dispozitivele externe nu includ de obicei terminatoare, in locul lor folosindu-se terminatoare externe ce se pot monta intr-o mufa SCSI. Daca aveam atat dispozitive interne cat si externe, terminatorul adaptorului (ce se afla in acest caz la mijlocul bus-ului) trebuia dezactivat. Aceasta problema parea a fi cea mai enervanta, mai ales cand foloseam dispozitive externe care se mutau intre mai multe computere: placile de SCSI mai vechi aveau terminatorii sub forma de punti de rezistori ce se puteau scoate sau monta la loc, acest lucru ducand la desfacerea carcasei computerului de fiecare data cand trebuia sa modific terminatia bus-ului SCSI. Problema aceasta a fost rezolvata initial prin comanda terminatorilor prin software (din BIOS-ul adaptorului).

4. Realizarea legaturilor intre dispozitive, deci implementarea fizica a bus-ului SCSI. In cazul dispozitivelor interne nu existau prea multe probleme, cablurile fiind sub forma de panglica de 50 sau 68 de fire iar cuplele avand cheie nu se puteau monta decat intr-un singur mod. Dar mufele SCSI externe sunt de cel putin 3 tipuri si au existat mai intotdeauna probleme in a gasi cablurile si terminatoarele externe potrivite. Cele mai ieftine adaptoare aveau mufe externe asemanatoare cu iesirea de imprimanta a computerului (deci DB 25) ceea ce putea duce la grave confuzii. Un alt tip larg raspandit de mufa a fost 'Centronics 50', folosit pentru SCSI-1 si SCSI-2. Cele mai recente mufe sunt de tip 'Micro-D' cu 50 sau 68 de pini, numite uneori 'high-density' si asigura o cupla de o calitate mai buna.

5. In final, instalarea driver-elor si asigurarea functionalitatii magistralei SCSI pentru sistemul de operare folosit. Driver-ele pentru SCSI erau incluse uneori direct in sistemul de operare (cazul sistemelor sofisticate de tip UNIX sau NT) sau se livrau cu adaptorul SCSI (cazul DOS-Windows). Aceste drivere puteau pune probleme prin ocuparea memoriei de baza (unele nu puteau fi incarcate peste 640 K) sau prin diverse incompatibilitati software. Uneori era necesara ajustarea unor parametri din BIOS-ul adaptorului SCSI, de exemplu anumite periferice mai vechi se puteau bloca daca primeau semnalul de initiere a transferului Fast-SCSI de la adaptor.

Iata deci un algoritm destul de complicat, care a descurajat de multe ori utilizatorii neexperimentati. Vom vedea in continuare cum aceste probleme se pot rezolva prin tehnologiile de tip Plug and Play.

Enumerarea etapelor de instalare a unei magistrale SCSI intr-un computer duce la doua aspecte din care trebuie privite facilitatile PnP. Unul ar fi eliminarea configurarii manuale a adaptorului SCSI, deci implementarea pentru acesta a specificatiilor PnP ISA sau PCI, iar al doilea ar fi inlaturarea problemelor puse de atasarea dispozitivelor.

Primul aspect este clasic pentru instalarea unei placi de extensie PnP intr-un computer. Despre PnP s-a scris destul de mult si imi voi permite sa amintesc doar cateva caracteristici mai importante, dezvoltand mai pe larg conceptele Plug and Play ce se refera la magistrala SCSI. Pentru a avea un sistem Plug and Play in totalitate sunt necesare trei componente: un computer (placa de baza + BIOS) PnP, placi de extensie PnP si un sistem de operare PnP. Lipsa caracteristicilor de tip PnP din oricare cele 3 componente duce ca sistemul sa fie doar partial Plug and Play, totusi functional. Tranzitia catre sisteme Plug and Play s-a facut treptat, in timp, cum putem vedea in urmatoarea diagrama:

Un adaptor SCSI de tip Plug and Play trebuie sa se identifice hardware ca PnP, sa fie prevazut cu resurse implicite si cu alternative pentru rezolvarea conflictelor de IRQ, DMA, porturi I/O sau memorie si sa permita identificarea conflictelor prin folosirea sistemului de operare impreuna cu driver-e perfectionate.

Cele mai spectaculoase imbunatatiri de tip PnP sunt aduse dispozitivelor periferice de tip SCSI. Intr-un PC 95, utilizatorul poate monta un nou periferic SCSI iar bus-ul se va ajusta automat. Interventia utilizatorului trebuie sa fie cat mai simpla cu putinta. Specificatiile SCSI Plug and Play enumera cateva modificari si cerinte cu privire la echipamentele SCSI pentru compatibilitatea Plug and Play.

In primul rand, s-a introdus suportul pentru configurarea automata a identificatorului, prin protocolul SCAM (SCSI ID Configuration AutoMatically). Acest protocol permite unui dispozitiv 'master' (initiator) sa aloce numere de identificare pentru celelalte periferice ale magistralei SCSI. SCAM este compatibil si cu perifericele clasice la care se configureaza ID-ul prin jumper-e. Un dispozitiv SCAM contine un identificator clasic (sau hard) pentru a functiona cu sistemele clasice dar poate in acelasi timp sa ofere un ID soft, configurat cu protocolul SCAM. Pentru sistemele fara PnP, perifericele de tip SCAM trebuie sa ofere identificatorii impliciti:

Cerinta unui anumit identificator pentru dispozitivul de boot este rezolvata prin capabilitatea adaptorului de a accesa prin BIOS orice dispozitiv. Spre exemplu, in ultimele variante de BIOS ale controlerelor Adaptec, pot seta dupa care anume dintre dispozitive sa incarc sistemul de operare.

Exista doua nivele SCAM pentru periferice, primul fiind mai usor de implementat prin cateva schimbari ale firmware-ului. Un bus SCSI cu nivel 1 SCAM poate contine un singur initiator, care trebuie sa foloseasca un identificator hard. In timpul detectiei identificatorilor, perifericele clasice au prioritate, intrucat ID-ul acestora nu poate fi schimbat. In cazul detectarii unui acelasi identificator, protocolul SCAM va duce la schimbarea soft a ID-ului perifericului ce suporta SCAM. Driver-ul din OS trebuie de asemeni sa suporte SCAM, pentru ca de exemplu un dispozitiv SCSI poate fi pornit mai tarziu prin comanda de 'power up', iar autoconfigurarea ramane in sarcina sistemului de operare. O magistrala SCSI cu nivel 2 SCAM poate contine mai mult de un initiator care la randul lui poate folosi identificator hard sau soft. Configurarea unei magistrale SCSI la 'run-time' cere ca driver-ul sa mentina tot timpul alocarile ID curente. Daca toate dispozitivele SCSI sunt de nivelul 2 SCAM (care implica si modificari ale hardware-ului), orice dispozitiv poate fi pornit/oprit independent. Acest lucru faciliteaza procedura de 'hot-plugging' (confundata uneori cu cea de 'live insertion'), in care utilizatorul poate atasa un dispozitiv (extern) computerului fara a-l opri.

Rezolvarea configurarii cablurilor este legata de cea a terminatiei bus-ului SCSI. Solutia este simpla si consta in implementarea pe adaptorul SCSI a unui terminator automat. Acest tip de terminator va sesiza daca adaptorul este sau nu in capatul bus-ului si se va activa in acest caz. Terminatia automata este utila mai ales la adaptoarele Wide SCSI, unde pot folosi simultan dispozitive pe 8 si 16 biti si unde terminatia este impartita pe doua componente, 'low' si 'high'. Dispozitivele interne nu trebuie sa contina terminatoare. In loc, se va folosi un teminator intern, eventual pass-through (deci care contine si conector), montat in capatul cablului. Pentru Plug and Play se recomanda folosirea doar a terminatoarelor active. In cazul dispozitivelor externe exista cateva recomandari: folosirea doar a mufelor de tip Micro-D (pentru a scapa de grija cautarii cablurilor cu diverse cuple), fiecare dispozitiv sa aiba doua mufe (una pentru intrare si una pentru iesire), iar la dispozitivul din capatul lantului SCSI se va monta un terminator extern activ. Exista si variante de dispozitive externe ce contin terminatoare automate.

S-au definit, de asemeni, si cateva recomandari pentru siguranta si usurinta in exploatare a dispozitivelor SCSI. Spre exemplu, dispozitivele ce contin mediu amovibil (unitati CD-ROM, magneto-optice sau de banda) pot implementa ejectarea prin software. Utile sunt si capabilitatile de 'power management', ce duc la reducerea consumului si a zgomotului prin oprirea/pornirea dispozitivelor atunci cand este nevoie.

Iata deci cum ar trebui sa arate scenariul instalarii unei magistrale SCSI intr-un PC 95 Plug and Play: se monteaza adaptorul si perifericele interne in computer, se introduce cablul intern si/sau extern impreuna cu terminatorul din capat inchizandu-se 'lantul' SCSI, se inchide carcasa si se porneste computerul. Windows 95 detecteaza adaptorul si cere driver-ele din kitul de instalare sau cele prevazute de fabricantul controlerului. Se restarteaza sistemul. Orice nou periferic pe care il atasez lantului SCSI va fi in mod automat detectat si configurat. Asa e mult mai simplu!