TWI731515B

TWI731515B - 電腦系統及用於儲存裝置的開機控制方法

Info

Publication number: TWI731515B
Application number: TW108146170A
Authority: TW
Inventors: 侯冠宇; 傅子瑜
Original assignee: 宏碁股份有限公司
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2021-06-21
Also published as: TW202125225A

Abstract

本發明實施例提供一種電腦系統及用於儲存裝置的開機控制方法。電腦系統包括儲存空間及韌體介面。儲存裝置配置有預留空間。此預留空間儲存元資料，且元資料相關於快速儲存技術模式下的開機設定。在開機程序中，反應於快速儲存技術模式，韌體介面對儲存裝置存取預留空間中的元資料。而反應於進階主機控制器介面模式，韌體介面將分割區資訊儲存在儲存裝置中預留空間以外的空間。藉此，兩模式之間切換之後，開機仍可順利。

Description

電腦系統及用於儲存裝置的開機控制方法

本發明是有關於一種儲存技術，且特別是有關於一種電腦系統及用於儲存裝置的開機控制方法。

全球唯一識別符(Globally Unique Identifiers，GUID)硬碟分割表(GUID Partition Table，GPT)是現今多數作業系統(Operating System，OS)所支援的硬碟分割區(partition)表的結構布局標準，且同時也符合統一可延伸韌體介面(Unified Extensible Firmware Interface，UEFI)標準(其可被用於替代個人電腦的基本輸入輸出系統(Basic Input/ Output System，BIOS))。此分割區表會切割出一塊32位元(bits)的空間用於儲存邏輯區塊位址(Logical Block Address，LBA)空間及主開機紀錄(Master Boot Record，MBR)。在MBR硬碟中，分割區資訊直接儲存於主開機紀錄(MBR)中（主開機紀錄中可能還儲存作業系統的啟動程式）。而在GPT硬碟中，分割區表的位置資訊儲存在GPT頭(header)中。基於相容性考慮，硬碟的第一個磁區仍供MBR存放，之後才是主要GPT頭(Primary GPT Header)。而為了減少分割區表損壞的風險，硬碟最後空間更儲存了分割區表的副本(例如，次要GPT頭(Secondary GPT Header))。

現今大部分個人電腦、伺服器等主流系統的BIOS都是採用UEFI標準。系統開機時，BIOS會讀寫的硬碟的主開機紀錄磁區。這代表系統對於磁區的存取需要格外小心。若不幸磁區內的檔案損毀，將會使得系統無法開機。電腦系統在正常使用下通常不會發生這樣的情況，尤其作業系統會特別保護這些磁區。因此，一般使用者並不得輕易探訪這些磁區。無可避免地，若是透過其他作業系統、或是其他系統檢視這顆硬碟，那麼所有磁區將一覽無遺，且使用者要對其進一步存取也非難事。

目前個人電腦系統支援的晶片組(Chipset)模式(mode)有AHCI模式、快速儲存技術(Rapid Storage Technology，RST)容錯式磁碟陣列(Redundant Array of Independent Disks，RAID)模式、RST Premium(與Optane)模式。後兩者是英代爾(Intel)供支援RAID及Optane記憶體/儲存器的模式，且透過BIOS程式碼嵌入其預先作業系統(PreOS)驅動程式(driver)即可支援這些功能。值得注意的是，RST模式下，PreOS驅動程式在BIOS初始化時，即會開始接管整個開機的主導權，並為了因應其裝置的特殊設計而對磁區的存取而有與AHCI模式不同的行為。

圖1是習知技術兩種模式在開機程序中對儲存裝置存取的示意圖。請參照圖1，不同晶片組模式的開機分割區(Boot Partition)都是一樣的，開機分割區主要是遵照作業系統規範的統一格式。AHCI或RST驅動程式AHCI, RST並不會去創建自己的開機分割區格式，且開機BIOS初始化後即會自主地尋找主開機紀錄MBR及主要GPT資訊M_GPT。值得注意的是，圖1所示的RST模式相較於AHCI模式增加了一個Intel元資料的分割區。此分割區並不屬於GPT規範的格式，而是Intel要求設備製造商(Original Equipment Manufacturer，OEM)需要切割一塊分割區，以供RST模式開機的磁碟組裝資訊的元資料所儲存。因此，RST模式的開機流程應是在載入主開機程序前，且其驅動程式會先檢查元資料以確保硬碟的組裝狀態無誤，才會進行下一步開機動作。

倘若元資料不存在或是損毀，那麼在RST模式下將會開機失敗。圖2是習知技術兩種模式在開機程序中對儲存裝置存取的流程圖。請參照圖2，開機且BIOS 初始化(步驟S201、S203、S211、S213)後，儲存裝置驅動程式檢查裝置資訊，且確定無誤後報告給BIOS可使用的邏輯區塊位址空間(步驟S205)。接著，BIOS會依據GPT規範讀取主開機紀錄以進行後續開機動作(步驟S207)。而RST模式與AHCI模式之間最大差異在於，RST驅動程式會檢查OEM特別預留以供元資料空間寫入與讀取硬碟間的組裝資訊(步驟S215)，並待確認組裝資訊無誤後即將可存取空間回報給BIOS(步驟S217)，BIOS才會讀取主開機紀錄(步驟S219)。然而，為了避免組裝資訊被系統讀取或改寫，RST驅動程式僅回報總體容量扣掉其元資料分割區的空間給BIOS。

值得注意的是，倘若系統自RST模式切換成AHCI 模式，由於AHCI模式並不認得Intel元資料分割區，因此其驅動程式仍會正常回報系統完整的可讀取LBA空間。此時，BIOS會將次要GPT(Secondary GPT)資訊S_GPT寫入LBA最後位置，且造成Intel元資料被覆寫。之後，若再切換回RST模式，則系統將無法開機。因此，規定中記錄有，在採用特殊裝置(Optane或 RAID儲存器)的情況下，系統預設必須為RST模式且不得任意切換至AHCI 模式。否則，硬碟損毀的問題將不予負責。然而，供使用者使用的電腦產品通常會同時支援AHCI與RST模式。多數使用者會在未知情況下任意切換而造成無法開機的狀況，更導致使用者甚至將產品退回。

有鑑於此，本發明實施利提供一種電腦系統及用於儲存裝置的開機控制方法，提供預留空間儲存供快速儲存技術模式使用的元資料，任意切換不同模式都不會影響開機。

本發明實施例的電腦系統包括但不僅限於儲存裝置及韌體介面。儲存裝置配置有預留空間。此預留空間儲存元資料(metadata)，且元資料相關於快速儲存技術模式下的開機設定。韌體介面耦接儲存裝置。在開機程序中，反應於快速儲存技術模式，韌體介面對儲存裝置存取預留空間中的元資料。而反應於進階主機控制器介面模式，韌體介面將分割區資訊儲存在儲存裝置中預留空間以外的空間。

另一方面，本發明實施例用於儲存裝置的開機控制方法包括但不僅限於下列步驟：提供儲存裝置。此儲存裝置配置有預留空間，此預留空間儲存元資料，且此元資料相關於快速儲存技術模式下的開機設定。反應於快速儲存技術模式，對儲存裝置存取預留空間中的元資料。而反應於進階主機控制器介面模式，將分割區資訊儲存在儲存裝置中預留空間以外的空間。

基於上述，本發明實施例的電腦系統及用於儲存裝置的開機控制方法，為了快速儲存技術模式提供了不受進階主機控制器介面模式影響的預留空間，此開機設定相關的元資料即可儲存於此預留空間而不會被異常覆寫。藉此，任意在兩模式之間切換，電腦系統都能順利開機完成。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖3是依據本發明一實施例的電腦系統100的元件方塊圖。請參照圖3，電腦系統100包括但不僅限於韌體介面130及儲存裝置150。

韌體介面130可以是任何型態的固定或可移動隨機存取記憶體（Random Access Memory，RAM）、唯讀記憶體（Read-Only Memory，ROM）、或快閃記憶體。韌體介面130可以是基本輸入輸出系統(Basic Input Output System，BIOS)、可延伸韌體介面(Extensible Firmware Interface，EFI)、統一可延伸韌體介面(UEFI)或記載韌體程式的其他類型介面系統。

在一實施例中，韌體介面130儲存RST及AHCI驅動程式，以分別對儲存裝置150執行RST模式及AHCI模式下的運作。在另一實施例中，韌體介面130儲存預先作業系統驅動程式，以對儲存裝置150或其他裝置執行開機流程所需運作。

值得說明的是，前述運作可以是電腦系統100的處理器(未繪示)自韌體介面130載入對應程式碼至系統記憶體後執行，也可能是透過特定晶片處理，本發明實施例不加以限制。

儲存裝置150耦接韌體介面130，儲存裝置150並可以是任何類型的傳統硬碟(Hard Disk Drive，HDD)、固態硬碟(Solid-State Drive，SSD)或類似元件或上述元件之組合的儲存器。

在本發明實施例中，儲存裝置150的儲存空間包括預留空間155。舉例而言，圖4是依據本發明一實施例的儲存裝置150的儲存空間SS的配置圖。請參照圖4，此預留空間RS可以是超額配置(Over-Provisioning，OP)、或其他類型的分割區，且可由儲存裝置150出廠時即預設或出廠後由使用者配置。

預留空間155可被隱藏且/或作業系統的檔案系統或特定驅動程式對其存取行為將受限制。通常，使用者的一般檔案(例如，音樂、影片、文件等)不會儲存於預留空間155。預留空間155可儲存儲存裝置150的裝置資訊、組態設定、及/或快取內容等資料或檔案。後續實施例將進一步說明其用途。

需說明的是，圖4所示預留空間RS位於儲存空間SS的最後分割區。然而，在其他實施例中，預留空間RS在儲存空間SS的位置可能會改變。

為了方便理解本發明實施例的操作流程，以下將舉諸多實施例詳細說明本發明實施例中對儲存裝置150的開機流程。下文中，將搭配電腦系統100的各項元件及模組說明本發明實施例所述之方法。本方法的各個流程可依照實施情形而隨之調整，且並不僅限於此。

圖5是依據本發明一實施例用於儲存裝置150的開機控制方法的流程圖。本發明實施例將會分別說明兩種模式下針對儲存裝置150的開機程序。請參照圖5，反應於快速儲存技術(RST)模式，韌體介面130可對儲存裝置150存取預留空間155中的元資料(步驟SS)。具體而言，此元資料是相關於RST模式下的開機設定。例如，硬碟組裝資訊、或其他RST相關資訊。韌體介面130取得完整且正確的元資料後，RST模式下的開機程序才能順利完成(例如，接續回報啟動分割區、讀取分割表資訊等)。值得注意的是，本發明實施例的預留空間155的存取受到限制。此限制可能是僅供特定驅動程式、韌體程式、應用程式、或指令存取，或者是其他形式的限制、權限或保護。而在RST模式下，預留空間155可允許受韌體介面130存取以讀取RST相關的元資料。以下將說明的詳細流程。

圖6是依據本發明一實施例針對RST模式的開機程序的流程圖。請參照圖6，電腦系統100開機(步驟S610，可能是透過開機鍵被按壓、遠端啟動或其他啟動方式)後，韌體介面130(以BIOS為例，但也可能是其他介面系統)初始以執行開機程序(步驟S620)。韌體介面130可判斷儲存裝置150是否支援延伸空間功能(步驟S630)。此延伸空間功能相關於存在預留空間155。在一實施例中，韌體介面130透過識別裝置(identify device)命令對儲存裝置150讀取對應參數，此對應參數包括延伸邏輯區塊位址功能(Extended LBA feature)，且延伸邏輯區塊位址相關於是否支援延伸空間功能。

舉例而言，圖7是一範例說明識別裝置命令的對應參數。請參照圖7，在識別裝置命令的對應參數中，固定且未在現有規範定義的某一位置統一定義為延伸邏輯區塊位址功能ELF。若此位置上的延伸邏輯區塊位址功能ELF的值為0，則代表儲存裝置150未支援此功能(例如，未配置預留空間155或預留空間155中未儲存RST相關的元資料等)。若此位置有值(例如，1、3或其他數值)，則代表儲存裝置150支援此功能(例如，已配置預留空間155或預留空間155中已儲存RST相關的元資料等)，且此數值代表可供系統擴展的空間(例如，預留空間155的大小或元資料的大小等，且可能是以百萬位元組(Megabyte，MB)或其他空間單位計算)。

需說明的是，在其他實施例中，延伸空間功能的指示也能是在識別裝置參數中的其他位置，且其上的數值定義可依據需求而改變。在另一實施例中，儲存裝置150的韌體也能定義有其他指令，以供韌體介面130詢問是否支援延伸空間功能。

請參照圖6，若支援延伸空間功能，則韌體介面130對儲存裝置150發送存取指令。此存取指令可能是廠商特定指令(Vendor specific command)，且韌體介面130的預先作業系統 (PreOS)可透過此存取命令要求儲存裝置150提取出可供存取的空間(或者，儲存裝置150出廠後即保留特定大小的空間(例如，10、20或50MB等))。儲存裝置150接收到此存取命令後，將依據此存取命令回應韌體介面130可供讀取的實體位址(即，元資料在儲存裝置150的儲存空間中所儲存的位置)。此作法能夠有效保護預留空間155僅供RST模式才有權限讀取。此存取命令可視為有權限讀取的關鍵。因此，儲存裝置150需要支援此存取命令，且當接收到此存取命令後，其韌體即會將儲存裝置150中可供存取的位置空間回應韌體介面130。接著，韌體介面130解析回報的對應參數(即，前述實體位址)(步驟S640)，即可對此預留空間155存取。

需說明的是，在其他實施例中，預留空間155的實體位址亦可能是儲存在識別裝置命令的對應參數中、或其他位置。

接著，韌體介面130可依據前述提取的實體位址自預留空間155中取得RST相關的元資料(步驟S650)。由於Intel定義的用於儲存元資料的空間大約為10MB左右，而預留空間155通常占所有儲存空間的7%~28%，因此預留空間155足夠儲存元資料，且不會造成額外的影響。以圖4的空間配置為例，預留空間RS可儲存RST相關的元資料MD。接著，依據元資料，開機分割區可被回報給韌體介面130(步驟S660)。

藉此，產品廠商不需要再為RST模式而自儲存裝置150的儲存空間中額外切出一塊空間供其存取元資料。當系統為RST模式時，驅動程式可自主創建用於儲存其元資料的空間。當然，唯一的存取權限可僅供RST相關驅動程式。當預留空間155受限制存取時，即可避免使用者的誤用而損毀其元資料。

另一方面，請參照圖5，反應於AHCI模式，韌體介面130將分割區資訊儲存在儲存裝置150中預留空間155以外的空間(步驟S530)。具體而言，在AHCI模式下，韌體介面130的AHCI驅動程式不/禁能判斷儲存裝置150是否支援延伸空間功能(例如，不檢查延伸邏輯區塊位址功能)，更不會進一步寫入資料於預留空間155、或自預留空間155存取RST相關的元資料。因此，諸如次要GTP資訊、或其他分割區相關資訊不會覆蓋到預留空間155內的資料。此外，在AHCI模式下，儲存裝置150回報給韌體介面130其可供存取的空間將會排除預留空間155。因此，韌體介面130僅會將分割區資訊記錄在預留空間155以外的位置。

以圖4的空間配置為例，韌體介面130會在儲存空間中最後的LBA寫入次要GPT資訊(Secondary GPT information)S_GPT。即，可寫入空間(預留空間RS以外的空間)中的最後一個位置。藉此，即便自AHCI模式切換回RST模式，預留空間RS所儲存的資料(例如，元資料MD)因未被次要GPT資訊S_GPT覆蓋而能順利被讀取。

綜上所述，本發明實施例的電腦系統及用於儲存裝置的開機控制方法，在儲存裝置的預留空間中儲存RST模式相關的元資料。此預留空間可允許受RST驅動程式或特定存取指令要求存取所儲存的元資料，但AHCI驅動程式並不會任意對此預留空間存取。藉此，使用者可任意地在RST及AHCI模式之間切換，都能順利完成開機程序。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

AHCI:AHCI驅動程式 RST:RST驅動程式 MBR:主開機紀錄 M_GPT:主要GPT資訊 S_GPT:次要GPT資訊 S201~S207、S211~S217、S510~S530、S610~S660:步驟 100:電腦系統 130:韌體介面 150:儲存裝置 155、RS:預留空間 SS:儲存空間 MD:元資料 ELF:延伸邏輯區塊位址功能

圖1是習知技術兩種模式在開機程序中對儲存裝置存取的示意圖。圖2是習知技術兩種模式在開機程序中對儲存裝置存取的流程圖。圖3是依據本發明一實施例的電腦系統的元件方塊圖。圖4是依據本發明一實施例的儲存裝置的儲存空間的配置圖。圖5是依據本發明一實施例用於儲存裝置的開機控制方法的流程圖。圖6是依據本發明一實施例針對快速儲存技術模式的開機程序的流程圖。圖7是一範例說明識別裝置命令的對應參數。

S510~S530:步驟

Claims

一種電腦系統，包括：一儲存裝置，配置有一預留空間，其中該預留空間儲存一元資料(metadata)，且該元資料相關於一快速儲存技術(Rapid Storage Technology，RST)模式下的開機設定；以及一韌體介面，耦接該儲存裝置，其中，在一開機程序中，反應於該快速儲存技術模式，該韌體介面對該儲存裝置存取該預留空間中的該元資料；以及反應於一進階主機控制器介面(Advanced Host Controller Interface，AHCI)模式，該韌體介面將該儲存裝置的一分割區(partition)資訊儲存在該儲存裝置中該預留空間以外的空間。
如申請專利範圍第1項所述的電腦系統，其中該韌體介面發送一存取指令，且該儲存裝置依據該存取指令回應該元資料在該儲存裝置中的位置。
如申請專利範圍第1項所述的電腦系統，其中該韌體介面判斷該儲存裝置是否支援一延伸空間功能，且該韌體介面反應於支援該延伸空間功能而對該預留空間存取，其中該延伸空間功能相關於存在該預留空間。
如申請專利範圍第3項所述的電腦系統，其中該韌體介面透過識別裝置(identify device)命令讀取對應參數，該對應參數包括一延伸邏輯區塊位址(Logical Block Address，LBA)功能(Extended LBA feature)，且該延伸邏輯區塊位址相關於是否支援該延伸空間功能。
如申請專利範圍第3項所述的電腦系統，其中反應於該進階主機控制器介面模式，該韌體介面不判斷該儲存裝置是否支援該延伸空間功能。
一種用於儲存裝置的開機控制方法，包括：提供一儲存裝置，其中該儲存裝置配置有一預留空間，該預留空間儲存一元資料，且該元資料相關於一快速儲存技術模式下的開機設定；反應於該快速儲存技術模式，對該儲存裝置存取該預留空間中的該元資料；以及反應於一進階主機控制器介面模式，將該儲存裝置的一分割區資訊儲存在該儲存裝置中該預留空間以外的空間。
如申請專利範圍第6項所述的用於儲存裝置的開機控制方法，其中對該儲存裝置存取該預留空間中的該元資料的步驟包括：發送一存取指令；以及依據該存取指令回應該元資料在該儲存裝置中的位置。
如申請專利範圍第6項所述的用於儲存裝置的開機控制方法，其中對該儲存裝置存取該預留空間中的該元資料的步驟包括：判斷該儲存裝置是否支援一延伸空間功能；反應於支援該延伸空間功能而對該預留空間存取，其中該延伸空間功能相關於存在該預留空間。
申請專利範圍第8項所述的用於儲存裝置的開機控制方法，其中判斷該儲存裝置是否支援該延伸空間功能的步驟包括：透過識別裝置命令讀取對應參數，該對應參數包括一延伸邏輯區塊位址功能，且該延伸邏輯區塊位址相關於是否支援該延伸空間功能。
申請專利範圍第8項所述的用於儲存裝置的開機控制方法，更包括：反應於該進階主機控制器介面模式，不判斷該儲存裝置是否支援該延伸空間功能。