Ein IDE-Baustein steigert die Transferleistung und senkt den Stromverbrauch gegenüber einer GPIO-Anbindung
Festplatten-Schnittstellen in portablen Anwendungen
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Festplatten-Schnittstellen in portablen Anwendungen
Bei großen Dateien dürfte die Leistung in die Nähe der maximalen Dauer- Bandbreite kommen. Bei kleinen Lese- und Schreibvorgängen kann die Leistung sogar den Maximalwert übertreffen. Die spezielle Datentransfer-Hardwaresteuerung ermöglicht eine erhebliche Verbesserung der Systemleistung, sodass das System nahezu die theoretische Maximalleistung erreichen kann.
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Was bedeutet dies für den harten Praxiseinsatz? Zur Illustration der Beziehung zwischen Leistung und Stromverbrauch kann ein einfacher Datei-Download als Alltagsbeispiel dienen. Angenommen, man lädt einen Film in Spielfilm- Länge auf die Festplatte. Wenn ein MPEG-4-Film ungefähr 1 Gbyte groß ist und die Übertragung einen Stromverbrauch von 330 mA benötigt (Werte für eine Seagate-Festplatte ST 1.2 mit 8 Gbyte), so lassen sich daraus die Werte in Tabelle 2 ermitteln. Eine Steigerung der Transferrate führt zu einer erheblichen Verkürzung der Transferzeit. Durch die Verkürzung der Zeit lässt sich die Zeit, in der die Festplatte mit Strom versorgt werden muss, um einen Faktor bis zu 50 verkürzen, was eine eindeutige Verringerung des Festplatten- Energiebedarfs bedeutet. So wird klar, wie eine Leistungsverbesserung durch die QuickIDE-Bridge die Batterie- Lebensdauer verlängern kann. (Joachim Kroll)
 | Todd M. Buelow |
 | Howard Lee |
Obwohl eine Festplatten-Schnittstelle auf Basis von Glue Logic funktioniert, belastet sie den Prozessor mit großem Overhead-Aufwand und nutzt den Bus ineffizient. Wie sich noch zeigen wird, wirkt sich das auf die Leistung des Gesamtsystems aus.
Hohe Spitzenleistung über eine Bridge-Schnittstelle Der QuickIDE-Baustein ist ein vollwertiger IDE-Controller für XScale-PXA2xx-Prozessoren. Dank eines integrierten Sektor-Puffers in diesem Baustein kann die XScale-CPU Lese- und Schreiboperationen in kompletten 512-byte-Sektoren ohne Unterbrechung oder Verzögerung durchführen (Bild 2).
Die QuickIDE-Bridge stellt die Verbindung zur XScale-CPU über eine statische Speicherschnittstelle her. Die VLIO-Signale (Variable Latency Input & Output) werden automatisch von der QuickIDE-Bridge über die Nutzung des RDY-Signals verarbeitet. Während des High-Speed-Busbetriebs dient RDY zur Synchronisation der Bridge mit den Lese- und Schreibbefehlen des XScale-Prozessors. Nachdem ein IDE-Befehl an den QuickIDE-Baustein übergeben wurde, wird ein Interrupt-Signal an den XScale-Prozessor gesendet. Dieser signalisiert, dass der extern angeschlossene Baustein reagiert hat und dass der interne Sektor-Pufferspeicher für Lese- oder Schreiboperationen bereit ist.
Die QuickIDE-Bridge verwendet eine Multi-Word-DMA-Implementation (MWDMA), welche die integrierten „Flow-Through“-DMA-Fähigkeiten des PXA-Prozessors nutzt. In diesem Modus übermittelt der DMA-Controller im Lese- oder Schreibbetrieb Adressen an den SDRAM-Speicher und signalisiert, ob der IDE-Controller lesen oder schreiben soll. Wenn man die Auswirkungen auf die CPU vernachlässigt, so bedeutet dies, dass es keinen separaten VLIO-Datentransfer gibt. Die Daten werden daher so schnell übertragen, wie der SDRAM-Speicher auf sie zugreifen kann – und damit wesentlich schneller als über die CPLD-Schnittstelle (Bild 3).
Bei einer geschickten Wahl der Festplatte lässt sich der Stromverbrauch zusammen mit der QuickIDE-Lösung minimieren. Neue Festplatten mit kleinerem Formfaktor wie z.B. die Seagate- Serie ST wurden für batteriegespeiste Handheld-Anwendungen konzipiert. Nach jedem Zugriff werden sie wieder heruntergefahren und verbrauchen damit im Leerlauf keine unnötige Energie. Dank der Daten- Pufferung in der QuickIDE-Bridge kann die Festplatte länger ausgeschaltet bleiben. Auch der Prozessor wird dadurch weniger belastet. Durch den Puffer werden Daten zur und von der Festplatte mit höchstmöglicher Geschwindigkeit übertragen. Da die Übertragung in größeren Segmenten erfolgt, kann man auch den aktiven Festplatten-Stromverbrauch verringern. Außerdem kann der Host-Prozessor während dieser Zeit andere Tasks bearbeiten oder Strom sparen.
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