基于底層固件的硬盤修復及數據恢復技術

摘要：本文介紹了現代硬盤的基本原理和發生故障的主要類型，簡介了基于硬盤底層固件的軟修理軟件PC-3000的使用方法。

關鍵詞：硬盤缺陷；硬盤修復；數據恢復；固件；PC-3000

中圖分類號：TP301文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)05-10ppp-0c

1 引言

硬盤以其容量大、體積小、速度快、價格便宜等優點，當之無愧地成為當今電腦最主要的外部存儲器，也是我們每一臺PC必不可少的配置之一。但是當這個電腦的“大腦”突然出現故障造成數據丟失時，帶給用戶的損失將遠遠超過了其自身的價值，有時甚至是災難性的。本文將從硬盤的基本結構和工作原理談起，闡述如何利用對硬盤底層固件的操作來達到修復硬盤和恢復數據的目的。

2 硬盤的基本結構

硬盤通常是由盤片、磁頭、盤片主軸、控制電機、磁頭控制器、數據轉換器、接口、緩存等幾個部份組成。

硬盤的外部結構接口、控制電路板、固定面板幾個部份組成。

硬盤的內部結構磁頭組件、磁頭驅動機構、磁盤片、主軸組件、前置控制電路幾個部份組成。

3 硬盤的工作原理

硬盤將所有的盤片固定在一個旋轉軸上，這個軸即盤片主軸。而所有盤片之間是絕對平行的，在每個盤片的存儲面上都有一個磁頭，所有的磁頭連在一個磁頭控制器上，由磁頭控制器負責各個磁頭的運動。當磁盤以每分鐘數千轉的速度在高速旋轉時，由于空氣動力學原理磁頭將在磁盤表面極低的高度“飛行”同時可沿盤片的半徑方向動作，這樣磁頭就能對盤片上的指定位置進行數據的讀寫操作，利用特定的磁粒子的極性來記錄數據。磁頭在讀取數據時，將磁粒子的不同極性轉換成不同的電脈沖信號，再利用數據轉換器將這些原始信號變成電腦可以使用的數據，寫的操作正好與此相反。

4 硬盤的固件

固件相當于硬盤的BIOS和操作系統，因為固件里包括了引導命令，控制語句，和執行語句等，硬盤的型號容量大小都 包括在里面，這些稱為廠家信息，這些命令語句，信息等有的是保存在芯片之中，有的則是部分保存在電路板的芯片中部分保存在硬盤的負磁道，就是零磁道前面的磁道，（這部分的內容是一般的軟件不能讀取的），有的硬盤就是將所有的命令語句，信息全都保存在負磁道，這樣一樣，成本可以大大降低。

大多數的硬盤出問題 是出在這命令語句，信息上（固件），因為每次硬盤引導，都要讀這些語句，久而久之就會出錯，我們知道硬盤用長了就會出錯，要么是邏輯壞道，要么是物理壞道，要么分區表丟了，總之是一大堆的問題，同樣負磁道 也會出這樣的問題，如果不是負磁道物理壞道，那么硬盤修復的成功率將是很高的，只要用專門的工具把那固件寫一遍就可以了。

5 硬盤的故障分類

硬盤常見故障缺陷分為六大類：

（1）壞扇區(也稱缺陷扇區)

指不能被正常訪問或不能被正確讀寫的扇區。一般表現為：高級格式化后發現有“壞簇(Bad Clusters)”，用SCANDISK等工具檢查發現有\"B\"記錄，或用某些檢測工具發現有“扇區錯誤提示”等。

（2）磁道伺服缺陷

現在的硬盤大多采用嵌入式伺服，硬盤中每個正常的物理磁道都嵌入有一段或幾段信息作為伺服信息，以便磁頭在尋道時能準確定位及辨別正確編號的物理磁道。如果某個物理磁道的伺服信息受損，該物理磁道就可能無法被訪問到。這就是“磁道伺服缺陷”。一般表現為，分區過程非正常中斷；格式化過程無法完成；用檢測工具檢測時，中途退出或死機，等等。

（3）磁頭組件缺陷

指一個硬盤中磁頭組件的某部分不正常，造成部分或全部物理磁頭無法正常讀寫的情況。包括磁頭磨損、磁頭接觸面臟、磁頭擺臂變形、音圈受損、磁鐵移位等。一般表現為通電后，磁頭動作發出的聲音明顯不正常而無法被系統BIOS檢測到；無法分區格式化；格式化后發現從前到后都分布有大量的壞簇，等等。

（4）系統信息錯亂

每個硬盤內部都有一個系統保留區(service area)，里面分成若干模塊保存有許多參數和程序。硬盤在通電自檢時，要調用其中大部分程序和參數。如果能讀出那些程序和參數模塊，而且校驗正常的話，硬盤就進入準備狀態。如果某些模塊讀不出或校驗不正常，則該硬盤就無法進入準備狀態。一般表現為，PC系統的BIOS無法檢測到該硬盤或檢測到該硬盤卻無法對其進行讀寫操作。如某些系列硬盤的通病：Maxtor美鉆二代系列硬盤通電后，磁頭響一聲，馬達停轉；Fujitsu MPG系列在通電后，磁頭正常尋道，系統BIOS卻檢測不到；Quantum 火球系列，系統能正常認出型號，卻不能分區格式化；Western Digital的EB BB系列，能被系統檢測到，卻不能分區格式化，等等。

（5）電子線路缺陷

指硬盤的電子線路板中部分線路斷路或短路，某些電氣元件或IC芯片損壞等。有部分可以通過觀察線路板發現缺陷所在，有些則要通過儀器測量后才能確認缺陷部位。一般表現為硬盤在通電后不能正常起轉，或者起轉后磁頭尋道不正常，等等。比較常見如：Quantum火球系列的線路板中的TDA5427芯片燒毀；Maxtor的星鉆系列美鉆系列的伺服芯片燒毀，等等。

（6）綜合性能缺陷

有些硬盤在使用過程中部分芯片特性改變；或者有些硬盤受震動后物理結構產生絲微變化（如馬達主軸受傷）；或者有些硬盤在設計存在缺陷而導致硬盤穩定性差，或部分性能達不到標準要求。一般表現為，工作時噪音明顯增大；讀寫速度明顯太慢；同一系列的硬盤大量出現類似故障；某種故障時有時無，等等。

6 應用實例

下面我們將以對一塊西部數據硬盤關閉磁頭（以下簡稱為“砍頭”）操作為例，介紹如何利用對固件區的操作來達到修復硬盤的目的。通過上面的介紹相信您已經對硬盤的基本概念和原理有了一個較為清晰的認識。由于固件區的重要，硬盤廠商大多把固件區存放在普通用戶無法訪問區域內，因此要對固件區進行操作，就必須借助一些專業的軟件工具，這里我們將以俄羅斯Acelab實驗室開發的pc3000為例進行演示。

西部數據硬盤磁頭損壞，多表現在認盤慢（BIOS識別慢），多等一會西部數據硬盤型號系列就可以識別了。下面開始進行砍頭操作。

（1）西部數據硬盤固件檢測。

在菜單第一項選\"SA structure test\"進行固件檢測。發現西部數據硬盤1頭固件是壞的，再次確認西部數據硬盤頭壞。

接下來進行磁頭檢測西部數據硬盤測試結果如下：西部數據硬盤0頭好，西部數據硬盤1頭壞了。確認了就砍掉西部數據硬盤磁頭。砍西部數據硬盤磁頭之前先清除譯碼表。

（2）清除譯碼表

在菜單第一項選\"Translator deactivetation\"執行清除譯碼表操作。西部數據硬盤譯碼表清除成功。

提示：Translator deactivation

Translator deactivation completed

操作成功。

（3）修改磁頭配置

西部數據硬盤斷電；調西部數據硬盤安全模式！（注意：關頭的電路板必須是M29或M28開頭的BIOS芯片）打開PC3000進入程序！提示超時，點YES進入。進入后選Kernel 要自己選系列點Utility start 開始工具。點Head map changing（修改磁頭配置）要選取使用的磁頭。點OK鍵出來提示點YES。退出程序正常模式。

（4）編輯ID信息

在菜單第一項選\"Edit HDD ID\"砍一個西部數據硬盤磁頭。西部數據硬盤變成20GB了，修改ID信息為：WDC-WD200EB-00CPF0點OK后點兩下YES，進入主程序。

（5）清除SMART

在菜單第二項Tests下選則\"Clear S.M.A.R.T.log\"清除西部數據硬盤SMART LOG。

（6）清空西部數據硬盤G表

在菜單第一項下選擇\"Erase defect list\"一項下的g-list項，這樣便將G表清空了。

（7）清空P-LIST記錄

在菜單第一項下選擇\"View P-list\"一項。在西部數據硬盤缺陷列表里面單擊右鍵出現\"Select specified head\"一項。選擇西部數據硬盤顯示缺陷在磁頭。選西部數據硬盤1頭，出現西部數據硬盤1頭全選。然后按刪除鍵點YES刪掉。然后點西部數據硬盤寫缺陷P表到硬盤。出現YES 點下。現在G 表清空了，SMART 也清了。SMART LOG也清了，現在缺陷列表里面全是0頭壞道。現在點重建譯碼表。出現\"Translator regeneration\"點YES，完成西部數據硬盤重建操作。

到此為止，西部數據硬盤砍頭完成了。

7 結束語

通過對硬盤底層固件的操作，還可以完成很多專業的操作，如打開/關閉磁頭，修改硬盤容量、型號。增加/刪除硬盤內部缺陷列表等。從而達到對硬盤物理缺陷的修復和數據恢復的目的。

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收稿日期：2007-12-24

基金項目：河北省科學技術研究與發展項目(06213559)，石家莊經濟學院教改項目(2006J47)

作者簡介：秦彭（1978-），男，河北石家莊人，助理工程師，學士，研究方向：嵌入式操作系統及體系結構；張有華（1970-），男，安徽天長人，講師，碩士，研究方向：智能算法、數據庫；常振中（1982-），男，江西南昌人，助理工程師，學士，研究方向：計算機應用。