基于底层固件的硬盘修复及数据恢复技术

摘要：本文介绍了现代硬盘的基本原理和发生故障的主要类型，简介了基于硬盘底层固件的软修理软件PC-3000的使用方法。

关键词：硬盘缺陷；硬盘修复；数据恢复；固件；PC-3000

中图分类号：TP301文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)05-10ppp-0c

1 引言

硬盘以其容量大、体积小、速度快、价格便宜等优点，当之无愧地成为当今电脑最主要的外部存储器，也是我们每一台PC必不可少的配置之一。但是当这个电脑的“大脑”突然出现故障造成数据丢失时，带给用户的损失将远远超过了其自身的价值，有时甚至是灾难性的。本文将从硬盘的基本结构和工作原理谈起，阐述如何利用对硬盘底层固件的操作来达到修复硬盘和恢复数据的目的。

2 硬盘的基本结构

硬盘通常是由盘片、磁头、盘片主轴、控制电机、磁头控制器、数据转换器、接口、缓存等几个部份组成。

硬盘的外部结构接口、控制电路板、固定面板几个部份组成。

硬盘的内部结构磁头组件、磁头驱动机构、磁盘片、主轴组件、前置控制电路几个部份组成。

3 硬盘的工作原理

硬盘将所有的盘片固定在一个旋转轴上，这个轴即盘片主轴。而所有盘片之间是绝对平行的，在每个盘片的存储面上都有一个磁头，所有的磁头连在一个磁头控制器上，由磁头控制器负责各个磁头的运动。当磁盘以每分钟数千转的速度在高速旋转时，由于空气动力学原理磁头将在磁盘表面极低的高度“飞行”同时可沿盘片的半径方向动作，这样磁头就能对盘片上的指定位置进行数据的读写操作，利用特定的磁粒子的极性来记录数据。磁头在读取数据时，将磁粒子的不同极性转换成不同的电脉冲信号，再利用数据转换器将这些原始信号变成电脑可以使用的数据，写的操作正好与此相反。

4 硬盘的固件

固件相当于硬盘的BIOS和操作系统，因为固件里包括了引导命令，控制语句，和执行语句等，硬盘的型号容量大小都 包括在里面，这些称为厂家信息，这些命令语句，信息等有的是保存在芯片之中，有的则是部分保存在电路板的芯片中部分保存在硬盘的负磁道，就是零磁道前面的磁道，（这部分的内容是一般的软件不能读取的），有的硬盘就是将所有的命令语句，信息全都保存在负磁道，这样一样，成本可以大大降低。

大多数的硬盘出问题 是出在这命令语句，信息上（固件），因为每次硬盘引导，都要读这些语句，久而久之就会出错，我们知道硬盘用长了就会出错，要么是逻辑坏道，要么是物理坏道，要么分区表丢了，总之是一大堆的问题，同样负磁道 也会出这样的问题，如果不是负磁道物理坏道，那么硬盘修复的成功率将是很高的，只要用专门的工具把那固件写一遍就可以了。

5 硬盘的故障分类

硬盘常见故障缺陷分为六大类：

（1）坏扇区(也称缺陷扇区)

指不能被正常访问或不能被正确读写的扇区。一般表现为：高级格式化后发现有“坏簇(Bad Clusters)”，用SCANDISK等工具检查发现有"B"记录，或用某些检测工具发现有“扇区错误提示”等。

（2）磁道伺服缺陷

现在的硬盘大多采用嵌入式伺服，硬盘中每个正常的物理磁道都嵌入有一段或几段信息作为伺服信息，以便磁头在寻道时能准确定位及辨别正确编号的物理磁道。如果某个物理磁道的伺服信息受损，该物理磁道就可能无法被访问到。这就是“磁道伺服缺陷”。一般表现为，分区过程非正常中断；格式化过程无法完成；用检测工具检测时，中途退出或死机，等等。

（3）磁头组件缺陷

指一个硬盘中磁头组件的某部分不正常，造成部分或全部物理磁头无法正常读写的情况。包括磁头磨损、磁头接触面脏、磁头摆臂变形、音圈受损、磁铁移位等。一般表现为通电后，磁头动作发出的声音明显不正常而无法被系统BIOS检测到；无法分区格式化；格式化后发现从前到后都分布有大量的坏簇，等等。

（4）系统信息错乱

每个硬盘内部都有一个系统保留区(service area)，里面分成若干模块保存有许多参数和程序。硬盘在通电自检时，要调用其中大部分程序和参数。如果能读出那些程序和参数模块，而且校验正常的话，硬盘就进入准备状态。如果某些模块读不出或校验不正常，则该硬盘就无法进入准备状态。一般表现为，PC系统的BIOS无法检测到该硬盘或检测到该硬盘却无法对其进行读写操作。如某些系列硬盘的通病：Maxtor美钻二代系列硬盘通电后，磁头响一声，马达停转；Fujitsu MPG系列在通电后，磁头正常寻道，系统BIOS却检测不到；Quantum 火球系列，系统能正常认出型号，却不能分区格式化；Western Digital的EB BB系列，能被系统检测到，却不能分区格式化，等等。

（5）电子线路缺陷

指硬盘的电子线路板中部分线路断路或短路，某些电气元件或IC芯片损坏等。有部分可以通过观察线路板发现缺陷所在，有些则要通过仪器测量后才能确认缺陷部位。一般表现为硬盘在通电后不能正常起转，或者起转后磁头寻道不正常，等等。比较常见如：Quantum火球系列的线路板中的TDA5427芯片烧毁；Maxtor的星钻系列美钻系列的伺服芯片烧毁，等等。

（6）综合性能缺陷

有些硬盘在使用过程中部分芯片特性改变；或者有些硬盘受震动后物理结构产生丝微变化（如马达主轴受伤）；或者有些硬盘在设计存在缺陷而导致硬盘稳定性差，或部分性能达不到标准要求。一般表现为，工作时噪音明显增大；读写速度明显太慢；同一系列的硬盘大量出现类似故障；某种故障时有时无，等等。

6 应用实例

下面我们将以对一块西部数据硬盘关闭磁头（以下简称为“砍头”）操作为例，介绍如何利用对固件区的操作来达到修复硬盘的目的。通过上面的介绍相信您已经对硬盘的基本概念和原理有了一个较为清晰的认识。由于固件区的重要，硬盘厂商大多把固件区存放在普通用户无法访问区域内，因此要对固件区进行操作，就必须借助一些专业的软件工具，这里我们将以俄罗斯Acelab实验室开发的pc3000为例进行演示。

西部数据硬盘磁头损坏，多表现在认盘慢（BIOS识别慢），多等一会西部数据硬盘型号系列就可以识别了。下面开始进行砍头操作。

（1）西部数据硬盘固件检测。

在菜单第一项选"SA structure test"进行固件检测。发现西部数据硬盘1头固件是坏的，再次确认西部数据硬盘头坏。

接下来进行磁头检测西部数据硬盘测试结果如下：西部数据硬盘0头好，西部数据硬盘1头坏了。确认了就砍掉西部数据硬盘磁头。砍西部数据硬盘磁头之前先清除译码表。

（2）清除译码表

在菜单第一项选"Translator deactivetation"执行清除译码表操作。西部数据硬盘译码表清除成功。

提示：Translator deactivation

Translator deactivation completed

操作成功。

（3）修改磁头配置

西部数据硬盘断电；调西部数据硬盘安全模式！（注意：关头的电路板必须是M29或M28开头的BIOS芯片）打开PC3000进入程序！提示超时，点YES进入。进入后选Kernel 要自己选系列点Utility start 开始工具。点Head map changing（修改磁头配置）要选取使用的磁头。点OK键出来提示点YES。退出程序正常模式。