在數據恢復實際工作中，當計算機不認硬盤，或者硬盤的壞道較多，計算機無法做鏡像時，需要用額外的設備工具來讀取硬盤數據，或者維修硬盤的固件使硬盤復活。這種比較專業的操作，數據恢復工程師一般使用PC3000這類的專業工具來做，但是這些工具價格上都比較貴，對偶爾遇到硬盤物理故障需要修復硬盤恢復數據的用戶來說，成本偏高。有沒有既便宜又好用的方法呢?其實只要掌握一些單片機編程和基礎的電子線路知識，是完全可以自己DIY一個讀寫硬盤數據的小工具的，如果結合一些硬盤維修指令的知識，這個小工具也能修修硬盤。
單片機由于其成本低廉，性能可靠，在工業控制領域廣泛運用，而且現在的單片機開發環境也比較簡單易用，用C語言就可以編程。因此采用單片機來讀寫硬盤，是個不錯的選擇，唯一的缺點就是速度太慢，這個算是代價吧。
常用的單片機一般都是8位機，例如8051系列、PIC系列、AVR系列等，低速的DSP也可以看做是16位的單片機，一些32位的ARM片子，如果不上操作系統，也可當做單片機用，就是資源比較豐富而已。我們這里先采用8位的AVR單片機來做這個小工具?；镜乃悸肪褪怯肁VR的Mega16單片機的IO口，讀寫硬盤的IO口、控制線和地址線。但是Mega16的每個IO口是8位，硬盤的數據線是16位，需要做IO的擴展，將8位數據線擴展成16位數據線，來讀寫硬盤。
IO擴展可以用CPLD或者像8255之類的擴展芯片，用CPLD比較靈活，但是涉及到硬件描述語言HDL的編程和下載調試，比較復雜。采用8255比較簡單，只需要在單片機端編程控制就可以了，但是8255有個缺點，就是在工作模式切換時，IO管腳會全部拉低，此時，接到硬盤復位管腳上的信號也被拉低，引起硬盤的意外復位。因此需要采用一個倒相器，將8255輸出的硬盤控制信號反相，這樣當8255輸出口全部拉低時，硬盤復位信號經倒相器后處于拉高狀態，就不會引起硬盤的意外復位了。8255的具體使用和倒相器的連接見下圖所示：
圖1 8255使用說明
我們用8255的A口和B口連接到硬盤的16根數據線上，C口的8根線連接到硬盤的地址線和控制線上，通過以前ATA協議的分析，若采用PIO方式讀寫硬盤，且不考慮IORDY信號，可以只用5根地址線(CS1、CS0、DA2、DA1、DA0)和三根控制線(IOW、IOR和RESET)來實現PIO模式下的寄存器傳輸和數據傳輸。因此，可利用8255的C口來實現。大家要是有人分析過PC3000的PCI版，就會發現，ACE也是這個思路，只是他用的是復雜一些的xilinx FPGA和245芯片實現罷了。再來看一下倒相器的使用：
圖2 倒相器
采用的是74HC04，將RST信號，IOW和IOR信號，CS1和CS0信號接到反相器，保證了8255模式切換時，不會引起硬盤的誤操作。
在核心的單片機端，使用了PA口的8根IO連接到8255的數據線，PB口的5根IO連接到8255的控制線和地址線。具體看下圖：
圖3 Mega16單片機
除了PA和PB口外，PC口用于連接到JTAG調試端，實現在線調試。PD口用于連接串口輸出，用于調試和觀察硬盤數據。
按照原理圖繪制電路板，畫好的電路板效果圖為：
圖4 電路效果圖
板子制作好調通，剩下的工作就是單片機編程了，采用C語言來實現是比較簡單的，主要就是硬盤寄存器的讀寫，比如狀態寄存器和命令寄存器等，結合PIO時序要求，編寫相應的程序就行了，如果有示波器，可以看一下控制管腳輸出信號的時序，對加快軟件調試非常有用。后續文章會進一步講解單片機讀寫硬盤的編程知識。
將程序編好調試好后，通過JTAG或ISP接口下載到單片機當中，就完成了單片機讀寫硬盤小工具的制作，利用這個小工具，可以進一步學習ATA協議和硬盤維修指令，提高數據恢復技能。
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