前言：诫命是是灯，法则是光，训诲的责备是生命的道。
作为计算机，除了运算能力，还要求有存储能力。就像一个人一样，有逻辑思维能力还不行，还需要有上佳的记忆能力。只有这样，才能凭着人生丰富的阅历，对未来的事情做出聪颖的判断。
SATA就是为计算机存储所做的一个接口。INTEL SATA控制器一般可以支持三种操作模式：IDE，AHCI，RAID。
对于RAID操作模式，BIOS代码中有一个专门的Legacy OptionROM和一个二进制的EFI driver来初始化和操作，具体细节无法看到。但IDE模式和AHCI模式没有那种限制，我们可以看到其所有的代码和操作，下面就谈一下IDE和AHCI吧。
1. 初始化控制器
1.1 设置模式
主要设置两方面。一方面为PI寄存器，详情如下：
| MODE | Base Class | Sub Class | Program Interface |
| AHCI | 01 | 06 | 01 |
| Legacy IDE | 01 | 01 | 8X |
| Enhanced IDE | 01 | 01 | 8F |
另一方面，要设置MAP寄存器的SATA Mode Select位。
| MODE | Value |
| 00 | IDE |
| 01 | AHCI |
| 10 | RAID |
1.2 使能SATA端口
将PCS的PxE位置1，然后检查相应的PxP位。如果PxP为1，则说明PortX有设备存在。否则，说明没有此PortX没有下挂任何设备。
如果挂载设备，我们要保持使PxE的使能状态。如果没有下挂设备，我们要将其禁掉，以保证平台其它信号稳定。但如果用户将此PortX设为HotPlug功能或设为TestMode，我们也需要保留其使能状态。以保证测试正常进行或HotPlug功能的正常使用。
1.3 AHCIMemory Bar初始化
(1) 设定MemBAR值，将MemBar值写入SATA Config Space的offset 0x24 Bar处，并将offset 0x04 Command寄存器的BIT1置1，表明SATA Controller支持Memory space的访问。
(2) 设置Cap寄存器(Px register)。
(3) 设置PxCMD寄存器(Px register)。
(4) 设置AHCI Enable为1(ABAR global register)。
2. ATA和ATAPI命令
ATA/ATAPI是HOST端与存储设备间的接口，是都遵守的标准。系统制造商，系统集成开发者，软件人员和存储设备商均按照此规范开发自己的产品。可以认为AT/ATAPI是一组命令集，HOST端发送命令，DEVICE响应命令，将HOST端所需的数据传给HOST端。
来看看两个Command吧：
READ SECTORS,command code为0x20，描述如下：
| Register | Description |
| Features |
|
| Sector Count | 要读的扇区数 |
| Sector Number | 扇区地址 |
| Cylinder Low | 柱面地址低位 |
| Cylinder High | 柱面地址高位 |
| Device/Head | 磁头地址 |
| Command | 命令寄存器=0x20 |
命令执行完后，就可以通过数据寄存器接收该扇区的值了。
IDENTIFY DEVICE:command code为0xEC,描述如下：
| Register | Description |
| Features |
|
| Sector Count |
|
| Sector Number |
|
| Cylinder Low |
|
| Cylinder High |
|
| Device/Head | 磁头地址 |
| Command | 命令寄存器=0xEC |
命令执行后，就可以通过相应的寄存器读取Identify数据了，从中可以截取自己想要的信息。
IDE模式和AHCI模式虽然都遵循ATA/ATAPI标准，但实现ATA/ATAPI的方式是不同的。下面将分别以Identify Device command介绍。
2.1 IDE方式
无论是Legacy IDE模式，还是EnhancedIDE模式，都是通过IO方式进行访问。不同的是，LegacyIDE的IO是固定的，而Enhanced IDE的IO要从Bar0和Bar1中读取。
下表是IDE IO寄存器的说明：
Data register(Base+ 0):
通过这个寄存器，可以实现HOST端和Device端的数据交换。一般用于发送命令后，从Device端读数据。
CmdOrStatus register(Base + 7):
读时为Status寄存器时，写时为Command寄存器。
作为Status寄存器，可以反映出设备的状态，也可以反映出命令执行的进度状态。
作为Command寄存器时，ATA/ATAPI命令集所包含的命令需要写入这个寄存器中，来实现其功能。
我们来看一下UDK2014是如何做的：
从上图可以看到，此IDENTIFY DEVICE传了两个参数。除了必须要有的Command寄存器外，还传了DeviceHead寄存器，用于区分primary和secondary。AtaIdentify()调用了AtaPiodDataInOut(),AtaPioDataInOut()调用AtaIssueCommand()，下面看一下AtaIssueCommand()的原型:
EFI_STATUS
EFIAPI
AtaIssueCommand(
IN EFI_PCI_IO_PROTOCOL *PciIo,
IN EFI_IDE_REGISTERS *IdeRegisters,
IN EFI_ATA_COMMAND_BLOCK *AtaCommandBlock,
IN UINT64 Timeout
)
{
EFI_STATUS Status;
UINT8 DeviceHead;
UINT8 AtaCommand;
ASSERT (PciIo != NULL);
ASSERT (IdeRegisters != NULL);
ASSERT (AtaCommandBlock != NULL);
DeviceHead = AtaCommandBlock->AtaDeviceHead;
AtaCommand = AtaCommandBlock->AtaCommand;
Status = WaitForBSYClear (PciIo,IdeRegisters, Timeout);
if (EFI_ERROR (Status)) {
return EFI_DEVICE_ERROR;
}
IdeWritePortB (PciIo, IdeRegisters->Head,(UINT8) (0xe0 | DeviceHead));
Status = DRQClear2 (PciIo, IdeRegisters,Timeout);
if (EFI_ERROR (Status)) {
return EFI_DEVICE_ERROR;
}
//此处填写IO寄存器，略去一些行
IdeWritePortB (PciIo, IdeRegisters->CmdOrStatus,AtaCommand);
MicroSecondDelay (400);
return EFI_SUCCESS;
}
将命令发出后，我们就可以一点点地检查DRQ=1,然后读出命令所需要相应长度的数据了。
2.2 AHCI方式
使用AHCI模式，首先要设置好环境。SATA Controller配置空间的Bar5要设置好，这样才可以映射到ATA设备的寄存器上。然后需要对ABAR初始化。为了实现ATA/ATAPI command，我们首先需要构建好CommandList和ReceiveFIS。然后将其首地址填入Command List Base address和FIS Base address中。这里面要构建好三个重要的数据结构:COMMAND_LIST,COMMAND_TABE和RECEIVED_FIS。
我们来看一下他们的结构：
EFI_AHCI_COMMAND_LIST的结构
typedef struct {
UINT32 AhciCmdCfl:5; //Command FIS Length
UINT32 AhciCmdA:1; //ATAPI
UINT32 AhciCmdW:1; //Write
UINT32 AhciCmdP:1; //Prefetchable
UINT32 AhciCmdR:1; //Reset
UINT32 AhciCmdB:1; //BIST
UINT32 AhciCmdC:1; //Clear Busy upon R_OK
UINT32 AhciCmdRsvd:1;
UINT32 AhciCmdPmp:4; //Port Multiplier Port
UINT32 AhciCmdPrdtl:16; //Physical Region Descriptor Table Length
UINT32 AhciCmdPrdbc; //Physical Region Descriptor Byte Count
UINT32 AhciCmdCtba; //Command Table Descriptor Base Address
UINT32 AhciCmdCtbau; //Command Table Descriptor Base AddressUpper 32-BITs
UINT32 AhciCmdRsvd1[4];
} EFI_AHCI_COMMAND_LIST;
我们可以看到其有两字段AhciCmdCtba和AhciCmdCtbau。这两个字段指示Ata Command table的地址。
EFI_AHCI_COMMAND_TABLE的结构
typedef struct {
EFI_AHCI_COMMAND_FIS CommandFis; // A softwareconstructed FIS.
EFI_AHCI_ATAPI_COMMAND AtapiCmd; // 12 or 16 bytes ATAPI cmd.
UINT8 Reserved[0x30];
EFI_AHCI_COMMAND_PRDT PrdtTable[65535]; // Thescatter/gather list for data transfer
} EFI_AHCI_COMMAND_TABLE;
第一个字段落CommandFis是我们重点构建的对象，它的作用和我们IDE模式下的几个IO端口的作用类似。
PrdtTable字段相当于我们IDE模式下的Data Register。所不同的是，IDE模式下，我们需要借助Data Register一次一个WORD地读，而AHCI模式下，不需要这么麻烦，我们填好PrdtTable的值，不再需要软件的参与，ATA Device会自动帮我们填好数据。
EFI_AHCI_RECEIVED_FIS的结构
typedef struct {
UINT8 AhciDmaSetupFis[0x1C]; // Dma Setup Fis: offset 0x00
UINT8 AhciDmaSetupFisRsvd[0x04];
UINT8 AhciPioSetupFis[0x14]; // Pio Setup Fis: offset 0x20
UINT8 AhciPioSetupFisRsvd[0x0C];
UINT8 AhciD2HRegisterFis[0x14]; // D2H Register Fis: offset 0x40
UINT8 AhciD2HRegisterFisRsvd[0x04];
UINT64 AhciSetDeviceBitsFis; // Set Device Bits Fix: offset 0x58
UINT8 AhciUnknownFis[0x40]; // Unkonwn Fis: offset 0x60
UINT8 AhciUnknownFisRsvd[0x60];
} EFI_AHCI_RECEIVED_FIS;
从这个结构中，我们可以看出，ATA/ATAPI Command的传输方式有多种。BIOS常用的读扇区和发IDENTIFY_DEVICE命令属于PIO的方式。除此外，还有DMA的传输方式。PIO一般用于小数据的传输，DMA用于大数据的传输。就像HDA Controller一样，要是读一下设备VID和DID，只需要使用PIO即可，但你要是录音或播放音乐，肯定要使用DMA了。
下面来看下UDK2014如何在AHCI模式下做IDENTIFY_DEVICE命令的：
传进来的几个参数中，Buffer代表了Identify_device命令结束后数据存储的位置。在此函数中，会使用PIO方式传输。此函数调用AhciPioTransfer()，AhciPioTransfer()调用AhciBuildCommand()，AhciBuildCommand()是整个Transfer中重要的一环，我们来看一下函数体，它是如何Build Command的：
构建Command前，要清空Received_FIS和CommandFis，因为它们靠内存传输的。如果不清空，它们的字段会带着前一次Command的残留值。RECEIVED_FIS中有字段DMA SETUP和PIO SETUP，我们可以认为它们是IDE模式下的Status寄存器。
IDENTIFY_DEVICE命令结束后，ATA device会往AhciPrdtDba所指向的地址输出数据。我们可以认为它是IDE模式下的Data寄存器。
Command Table属于Command List中的字段。AHCI通过Port Register的CLB寄存器，构建起Command List，然后Command List中的字段可以链接Command Table，Command Table中再构建Command FIS，然后整个ABAR就将SATA控制器的内存空间和SATA device的寄存器映射起来了。
