BootSwitch - Damit der Systemwechsel sauber und diskret abläuft


Bootmanager ermöglichen das wahlweise Starten verschiedener Betriebssysteme auf demselben Computer. Leider können Software-Lösungen, zu denen auch Bootmenüs in BIOS oder UEFI zählen, keinen echten gegenseitigen Zugriffsschutz garantieren. Häufig kommt es durch die Abhängigkeit vom gemeinsamen Bootmechanismus zu weiteren Kompatibilitäts- und Sicherheitsproblemen.
Eine konsequente Trennung ist eben nur in Hardware möglich: Wir installieren unsere Betriebssysteme auf separate Festplatten, die unabhängig voneinander bootfähig sind. Später verbinden wir nur eine dieser Festplatten mit dem Bordnetz, um das gewünschte Betriebssystem zu starten!
Der vorgestellte Festplattenumschalter ermöglicht die Auswahl von einer aus vier Bootfestplatten in einem Desktop-PC. Seine Logik garantiert ein sicheres Aufschalten von Festplatten und kann zusätzlich den PC-Einschaltvorgang steuern. Als unauffälliges Eingabegerät nutzen wir den bereits vorhandenen Power-Knopf.


Festplattenumschalter BootSwitch - Musteraufbau (Foto: jt)


Der gemeine
Bootmanager


Hardcore-
Lösung


BootSwitch

Pro und Contra

Zu dieser Methode

Hardware-
details


Firmware

Nachbau

Anmerkungen

Download

Links

Index



Sei auf der Hut mit Multi-Boot ...!

Bootmanager sind eine tolle Sache. Vor allem für Nerds, die gern mit einem halben Dutzend Linux-Distris herumspielen...

Der Pragmatiker wünscht sich wohl eher zwei oder drei maßgeschneiderte Installationen, die er für verschiedene Bereiche seines digitalen Lebens auch produktiv nutzen kann. Eine zum Arbeiten und Lernen; eine zum Surfen und Spielen; eine zum Hacken und Cracken, wie auch immer.
Denn leider gibt es sie noch: scheinbar "unverzichtbare" proprietäre Software (CAD, MS-Office, Games), die in einem Emulator oder in einer Virtuellen Maschine einfach nicht so recht in die Puschen kommen will. Mit einem Bootmanager lässt sich da so manche Extrawurst braten. Die verschiedenen Betriebssysteme laufen jeweils nativ auf der gegebenen Plattform, also mit bestmöglicher Performance. Nebenbei erreichen wir eine klare (wenn auch nur logische) Trennung zwischen den verschiedenen Installationen. Das verbessert die Übersicht über unsere Daten und Anwendungen und bedeutet mehr Sicherheit. Jedenfalls theoretisch...

Installations- und Wartungsrisiken

In der klassischen Single-Boot-Konfiguration leitet der Master Boot Record direkt an den Bootloader in der Startpartition des (einzigen) installierten Betriebssystems weiter. Der gesamte Sektor 0, also MBR-Maschinencode und Partitionstabelle, lässt sich schon auf BIOS-Ebene gegen ungewollte Schreibzugriffe schützen; die entsprechende Option nennt sich meist "Virus Protection", und bietet zumindest gegen sogenannte Bootsektorviren einen sehr effektiven Schutz.
Für Dual-Boot- oder Multi-Boot muss der MBR jedoch in einer Weise verändert werden, dass er zunächst ein Bootmenü anzeigt bzw. den eigentlichen Bootmanager startet. In Sektor 0 stehen aber gerade einmal 446 Bytes für Maschinencode zur Verfügung. Ein "moderner" Bootmanager, wie etwa der GRUB, passt da bei Weitem nicht mehr rein. Der MBR kann also nur die allererste Stufe im Multi-Boot-Ablauf übernehmen und muss zum eigentlichen Programmcode des Bootmanagers weiterleiten. Diese zweite Stufe befindet sich notgedrungen in ganz regulären Sektoren und leitet später (wie bei GRUB2), direkt an Programmcode in einer separaten Partition weiter. Das sind nun alles Speicherorte, die sich nicht per BIOS schützen lassen. Von den Linux-Fanboys wird immer gern hervorgehoben, wie flexibel und mächtig dieses mehrstufige Bootloader-Konzept doch wäre. Das mag ja sein, aber welcher Normalo-User möchte alle paar Tage etwas an seiner Bootkonfiguration ändern? Jetzt aber mal ohne Scheiß: Wenn ein Nutzer mit entsprechenden Zugriffsrechten aus dem laufenden Betriebssystem heraus wesentliche Änderungen am Bootmanager oder an der Kernelkonfiguration vornehmen kann, dann kann das eine Schadsoftware ebenfalls!!!
Die Zwischenstation Bootmanager bedeutet in jedem Fall ein zusätzliches Sicherheitsrisiko, das es in einer Single-Boot-Installation so nicht gäbe. Durchaus vorstellbar, dass bei einem "faulen" Bootmanager-Update ein paar "undokumentierte Sonderfunktionen" gleich mitinstalliert werden. Wie wär's zum Beispiel mit einem Keylogger, der Passworteingaben mitschneidet, die noch VOR dem Laden eines bestimmten Betriebssystems gemacht werden? Das wäre dann ein konkreter Angriff gegen Betriebssysteme mit vollverschlüsselter Systempartition.
Doch schon bei Wartungsarbeiten am Multi-Boot-Gesamtkunstwerk kann bekanntlich so einiges schief gehen. Danach lässt sich dann oftmals gar kein System mehr starten. Manch unbedarftem User wird erst in diesem Moment bewusst, wie sehr doch in der Software-Welt alles voneinander abhängt. Ein kühler Kopf und ein aktuelles Komplett-Backup wären einmal mehr von unschätzbarem Wert...
Beliebte Abschuss-Szenarien: Hinzufügen weiterer Betriebssysteme; Partitionierungs-Pannen; Scheinbar harmloses "Upgrade" des Bootmanagers; Falsches Vorgehen bei der Datensicherung; Reparaturversuche mit einer ungeeigneten Recovery-CD; versehentliches Überschreiben der ersten Sektoren (Drive-Overlay, Krypto - futsch!); dedizierte Virenangriffe; Zurückspielen veralteter Backups; versehentliches Formatieren einer vermeintlich freien Partition, usw. usw. Die gemeinsame Abhängigkeit vom nicht-standardgemäßen Bootmechanismus ist im Übrigen der Hauptgrund, weshalb sich manche Betriebssystem-Kombination nur mit Biegen und Brechen in eine Multi-Boot-Umgebung zwängen lässt (oder gar nicht).


Alltägliche Betriebsrisiken

Bootmanager oder integrierte Bootmenüs von BIOS und UEFI setzen stillschweigend voraus, dass die zur Auswahl stehenden Bootmedien von Anfang an am System angeschlossen und betriebsbereit sind. Wählt der Nutzer dann ein bestimmtes Betriebssystem aus, wird dieses von einer bestimmten Partition gebootet, nämlich dort, wo sich Bootloader und Systemdateien des gewünschten Systems befinden. Doch was ist mit den Bootloadern und Systemdateien der anderen, nicht genutzten Betriebssysteme? Die bleiben natürlich auf der Platte. Und nicht nur das, sie bleiben auch für die gesamte weitere Betriebsdauer technisch ansprechbar. Unter diesen Bedingungen kann es einen echten Zugriffsschutz, eine sichere Trennung zwischen "aktiven" und "inaktiven" Betriebssystemen gar nicht geben. Schon gar nicht, solange sich alles auf derselben größeren Festplatte abspielt oder alle bootfähigen Festplatten fest mit der Systemhardware verdrahtet sind.
Zudem hat manches Betriebssystem die lästige Angewohnheit, alle beim Hochfahren vorgefundenen Laufwerke und Partitionen ins eigene Dateisystem einbinden zu wollen. Bei unbekannter Partitionsart wird auch gern mal das Formatieren vorgeschlagen. Dieses Verhalten müssen wir in einer Multi-Boot-Umgebung so gut es geht wegkonfigurieren. Versehentliche Schreibzugriffe auf fremde Systemdateien können das betroffene System später unbrauchbar machen. Besser wäre es, wenn "Fremdpartitionen" gar nicht erst im Explorer auftauchten und hierfür auch sonst ein wirkungsvoller Schreibschutz existierte. Ja, wenn...
Der einschlägige "Expertentipp": Partitionen verstecken, Zugriffsrechte einschränken! Für den Datenaustausch zwischen den Systemen soll man eine gesonderte Datenpartition (oder ein Netzlaufwerk) einrichten, worüber dann alle beteiligten Betriebssysteme ihren "Transitverkehr" abwickeln können. Klingt schlüssig, ändert aber nicht das Geringste am Grundproblem:
Der ganze "Zugriffsschutz" ruht auf soften Illusionen:
Es hängt allein vom Schutzkonzept des aktuell laufenden Betriebssystems und von der Wachsamkeit des Nutzers ab, wie gut oder schlecht die Daten der jeweils inaktiven Systeme vor ungewollten oder unberechtigten Zugriffen geschützt sind. Spätestens dann, wenn wir für Installations- oder Backup-Sitzungen "nur mal eben" mit Administrator-Rechten arbeiten müssen, ist wieder alles möglich...
Für eine Schadsoftware, die unerkannte Sicherheitslücken (oder geheime Hintertürchen) ausnutzt, gelten die ganzen Spielregeln sowieso nicht. In einer Multi-Boot-Umgebung können ambitionierte Trojaner oder Viren selbst solche Daten ausspionieren oder beschädigen, die sich auf vermeintlich "schreibgeschützten" oder "unsichtbaren" Partitionen befinden!


Zusammenfassung:


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Teile und herrsche!

Wir haben also gesehen, oder wussten es längst: Softe Bootmanager sind eine nette Spielerei, aber in puncto gegenseitiger Zugriffsschutz ganz großer Mist!

Aber wie ginge es wohl besser? Natürlich in Hardware! Betriebssysteme "wohnen" ja auf einer Festplatte oder einem vergleichbaren Speichermedium. Warum sollten die Betriebssysteme wie im Knast zusammenwohnen, wenn es durchaus möglich ist, jedem sein eigenes Haus zu spendieren...! Oder technischer formuliert: Festplattenlaufwerke sind eigenständige, modulare Hardwarekomponenten, die sich relativ unkompliziert vom übrigen PC-System trennen oder mit ihm verbinden lassen. Die konsequenteste Option des Bootmanagements ist daher eine physische Festplatten-Umschaltung!

Mit dieser im besten Sinne "primitiven" Methode erreichen wir einen Schutz, der weit über das hinausgeht, was Zugriffsrechte, Partitions-Versteckspiele, Schlafenlegen einzelner Laufwerke oder auch Virtualisierung leisten können.

Die Trennung kann per Software nicht überwunden werden. Angriffe aus dem Netzwerk, Schadsoftware oder Installations-Pannen betreffen immer nur das laufende System bzw. die eingeschaltete Festplatte. Sollte ein Betriebssystem mal verrückt spielen oder sich nicht mehr starten lassen, dann ist es äußerst beruhigend und hilfreich, dass die übrigen Installationen weiterhin zur Verfügung stehen, um Rettungsaktionen vorzubereiten oder im Internet nach Tipps zu suchen.

Vollverschlüsselte Systempartitionen sind auf hardwaremäßig geschalteten Bootfestplatten relativ unproblematisch. Jede geschaltete Festplatte bleibt für sich genommen eine Single-Boot-Installation. Insbesondere stehen die Sektoren direkt hinter dem MBR uneingeschränkt für Low-level-Treiber (Krypto) zur Verfügung.

Betriebssicherheit: Eine Festplatte kostet heute nicht mehr die Welt. Wenn wir uns pro Platte auf ein Betriebssystem beschränken, kann diese für den entsprechenden Anwendungszweck maßgeschneidert werden. So reicht für die Office-Installation eine relativ kleine Festplatte, die wenig Strom verbraucht, kaum Geräusche macht und tendenziell sehr langlebig ist. Für eine Multimedia-Installation gönnen wir uns eine dicke terabytegroße 3,5er, die zwar ein paar Watt mehr verheizt, dafür aber auch gleich unsere wichtigsten Musik- und Filmdateien bereithält.

Voneinander unabhängige, zweckoptimierte und schlanke Installationen bleiben übersichtlich, ermöglichen einen konsequenten Selbstdatenschutz und abgestufte Backup-Strategien. Das ist etwas ganz anderes, als die große Windows-Müllkippe, auf der sich mit der Zeit immer mehr Ballast und belastendes Material ansammelt..


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Bootmanager vs. Festplatten-Umschalter

Methode
Vorteile Nachteile
Software

(Bootmanager)

  • Scheinbar leicht einzurichten...
  • Keine Zusatzkosten, da meist Bestandteil von Installationspaketen.
  • Viele Konfigurationsmöglichkeiten
  • Übergabe von Boot-Parametern.
  • Anzahl der verwaltbaren BS "unbegrenzt".
  • Bootmenü mit allerlei Schnickschnack.
  • Alle Betriebssysteme können auf einer größeren Festplatte untergebracht werden...
  • Datenaustausch über dieselbe Festplatte
  • Auf Laptops/Netbooks usw. verwendbar.

  • Wechsel in 3 Schritten:
    1. Einschalten oder Neustart
    2. Menüauswahl
    3. Bootvorgang fortsetzen



  • Keine echte Trennung.
  • Funktioniert oft nur in "Monokultur".
  • Installationsreihenfolge wegen Abhängigkeiten vom Bootmanager nicht egal.
  • Startfähigkeit der einzelnen Betriebssysteme abhängig von gemeinsam genutzten Softwarekomponenten.
  • Viele Gelegenheiten, sich auszusperren
  • Neuinstallation, Neupartitionierung oder Reparaturen erfordern Expertenwissen und gefährden bei jedem Eingriff die gesamte Multi-Boot-Umgebung.
  • Partitionierungsschema wird schnell unübersichtlich.
  • Schadsoftware oder Trojaner können vollen Zugriff auf alle verwalteten Systeme und Daten erlangen.
  • Backup nur als Komplettsicherung auf eine zweite, gleichgroße Festplatte sinnvoll (kann sehr lange dauern).
  • Festplattenschaden betrifft meist die gesamte Multiboot-Installation.
Hardware

(Festplatten-
umschalter)

  • Wie separate PCs.
  • Beschädigung der inaktiven Systeme praktisch ausgeschlossen.
  • Aufsetzen und Instandhaltung von Betriebssystemen ohne gegenseitige Abhängigkeiten.
  • Direkte Zuordnung zwischen Betriebssystem und physischem Medium (ein System pro Festplatte).
  • Partitionierungen bleiben übersichtlich; klassisches MBR-Schema mit vier primären Partitionen reicht i.d.R. aus.
  • Einfaches Entfernen oder Hinzufügen von Betriebssystemen durch Festplattentausch.
  • Reparaturen mit Standardtools des jeweiligen Betriebssystems möglich.
  • Kein Zwischenschritt beim Booten,
    keine zusätzlichen Angriffsvektoren!
  • Einzelne Betriebssysteme bleiben auch nach Entfernung des Umschalters funktionsfähig.
  • Kleine, günstige, robuste oder stromsparende Festplatten einsetzbar (auch SSDs).
  • Keine Probleme mit Vollverschlüsselung.

  • VARIANTE "BOOTSWITCH 4.1":
    EIN-KNOPF-BEDIENUNG und schonende Aufschaltung im AUSGESCHALTETEN PC.

  • Wechsel in 1 oder 2 Schritten:
    0. Herunterfahren, Ausschalten
    1. Tasterauswahl und direkter Neustart

  • Extra Hardware-Aufwand und Platzbedarf
    (nur Desktop-PC)
  • Herunterfahren und Ausschalten für jeden Betriebssystem-Wechsel
  • Je eine Festplatte pro BS
  • Je ein SATA-Port pro Festplatte
    (Datenleitungen nicht geschaltet)
  • Technische Risiken bei "heißen" Schaltvorgängen" (... nicht hier!)
  • Datenaustausch nur über Drittmedium
  • Angriffe über korrumpierbares UEFI oder Graka-BIOS theoretisch denkbar.


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Kaltstart-Methode

Um auf dem PC (x86-Plattform) ein Betriebssystem zu booten, ist bekanntlich ein Warmstart, Reset oder Kaltstart erforderlich.

Beim "harten Bootmanagement" wechseln wir zwischen den Betriebssystemen, indem wir das physische Bootmedium wechseln. Hier verändert sich die Hardwarekonstellation. Die technisch sauberste Neustartmethode ist somit ein Kaltstart.

Für den Betriebssystem-Wechsel schalten wir den PC aus ("Soft-Off" bzw. "S5" genügt). Im ausgeschalteten PC verbinden wir die gewünschte Bootfestplatte mit der übrigen Hardware und schalten den PC wieder ein. Das BIOS wird die eingewechselte Festplatte sicher erkennen und anschließend von ihr booten (entsprechende Optionen auf "AUTO").

Eigentlich nichts Neues! Risikofreudige User praktizierten dieses Verfahren schon vor vielen Jahren in mehr oder weniger angenehmen Varianten ...

Elektrisch gesehen war schon das manuelle Umstecken der Kabel oder ein hochwertiger mechanischer Schalter eine passable Festplattenumschaltung. Mit dem gewissen Nervenkitzel... Einmal auf einen sogenannten Energiesparmodus hereingefallen oder den Shutdown nicht ganz abgewartet - schlecht fürs Dateisystem! Voreiliges Umschalten unter voller Betriebsspannung - vielleicht schon der Todesstromstoß für allzu empfindliche Laufwerkselektronik...!

Die viel gepriesenen Wechselrahmen sind in der Hinsicht auch nicht besser. Vom Prinzip her für Datenfestplatten ausgelegt, erlaubt so ein Wechselrahmen zu jedem Zeitpunkt das Entfernen oder Einschieben einer Festplatte. Auch im laufenden System, also zum denkbar ungünstigsten Zeitpunkt. Davor bewahrt uns auch kein chromglänzendes Spielzeugschloss...

Wenige kommerzielle Festplattenumschalter (neudeutsch "SATA-Switch") sind tatsächlich für die Umschaltung von Bootfestplatten ausgelegt. Wenn es hier einen speziellen Modus für Bootfestplatten gibt, dann müssen Schaltvorgänge zur Laufzeit des Systems konsequent gesperrt sein. Allerdings sind die Produktbeschreibungen scheinbar bewusst schwammig formuliert. Wo nämlich die Vorteile von "Hot Swap" über den Klee gelobt werden, handelt es sich vielleicht nur um einen Multiplexer für reine Datenfestplatten. Ohne "Kindersicherung" sind solche Spitzenprodukte genauso gefährlich, wie die ganz billigen Bastellösungen. Daran ändert auch ein chromglänzender Schlüsselschalter nicht viel...


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Projekt "BootSwitch"

Der vorgestellte Festplattenumschalter ist für das wahlweise Booten von einer aus maximal vier Festplatten konzipiert. Er schaltet nur die Stromversorgung der angeschlossenen Festplatten. (Zu dieser Methode)

Viele Umschalterkonzepte schützen nicht wirklich vor unzulässigen Schaltzuständen und sind relativ umständlich in der Bedienung.
Die vorliegende Schaltung ist auf den Einsatz als Bootmanager zugeschnitten. Schaltvorgänge sind technisch überhaupt nur am ausgeschalteten PC (im Standby-Modus) möglich. Der Neustart mit einer anderen Bootfestplatte ist immer ein Kaltstart, jedoch ohne die Gefahr von fatalen Irrtümern und Fehlentscheidungen.

Auf klobige Schalter und LED-Spielereien, die einen ganzen Laufwerksschacht blockieren und in der Selbstbauvariante doch irgendwie nach Bastelpfusch aussehen (oder in der kommerziellen Variante nach "Stereoanlage aus der DDR") verzichtet dieser Festplattenumschalter komplett.

Denn zur Bedienung reicht ein einziger Taster, und dafür können wir sogar den vorhandenen "Power-Knopf" des PC-Systems mitnutzen. In diesem Fall steuert der Festplattenumschalter nicht nur das Aufschalten der Festplatte, sondern auch gleich noch den anschließenden Einschaltzyklus des PCs. Festplattenauswahl und Hochfahren sind ein einziger Bedienschritt.

Nur ein Taster! Die Auswahl der gewünschten Bootfestplatte geschieht über einen waahnsinnig komplizierten Zählcode:

Im laufenden PC hat der Power-Knopf wieder seine übliche Funktion. Ein Knopfdruck im laufenden PC wird praktisch direkt zum Mainboard durchgeleitet. Auf diese Weise können wir ACPI-Funktionalitäten weiterhin nutzen, also den PC bequem per Power-Knopf herunterfahren ("S5") oder in einen Energiespar-Modus ("S3", "S4") bringen.

Eine Umschaltung ist jedoch immer nur nach dem Ausschalten des Rechners möglich. Nur dann lässt sich per Zählcode eine andere Bootfestplatte auswählen, mit der der Computer anschließend hochstartet. Schaltvorgänge zur Laufzeit des Systems werden durch mehrere Maßnahmen (in Hardware und Software) verhindert.

Wird ein Neustart jedoch über die Soft-Power-Funktion "Neustarten" oder per Reset-Taster ausgelöst, dann findet selbstverständlich kein weiterer Schaltvorgang statt. Die bereits aufgeschaltete Festplatte bleibt unterbrechungsfrei am Bordnetz, und das System bootet noch einmal von dieser Festplatte. Das Warmstartverhalten entspricht also genau einem System mit dauerhaft angeschlossener Bootfestplatte. (Praktisch bei Installations-Orgien, die mehrfache Neustarts verlangen.)

Außerdem besteht die Möglichkeit, gar keine Bootfestplatte aufzuschalten. Dazu drücken wir den Power-Knopf einmal mehr, als schaltbare Festplatten vorhanden sind. Es wird dann überhaupt nur der PC-Einschaltzyklus ausgelöst. Auf diese Weise können wir ein Live-System von CD oder USB-Stick starten, ohne vorher Boot-Prioritäten im BIOS zu ändern und ohne die Gefahr, dass in der Live-Sitzung irgendwelche Zugriffe auf eingebaute Festplatten stattfinden.

Die logische Steuerung übernimmt der AVR-Mikrocontroller ATtiny2313 [5]. Programm und Schaltung sind für einen extrem zuverlässigen Betrieb ausgelegt.


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Zu dieser Methode

Bootfestplatten-Umschaltung nur über die Stromversorgung? Mit SAS oder SATA flutscht es!

Die Älteren werden sich noch erinnern... Auf einem System mit Parallel-ATA stürzte der PC auch gern mal ab, wenn ein Laufwerk aus der Konfiguration entfernt wurde oder defekt ging. Das olle PATA-Interface war eben weder physikalisch noch logisch auf solche Ereignisse eingestellt!
Zur Festplatten-Umschaltung gab es nur eine praxistaugliche Lösung, nämlich die kostspieligen und mechanisch anfälligen Wechselrahmen. Selbst damit war der "Umschaltvorgang" in Ermangelung echter Hot-Plug-Verträglichkeit meistens auf den heruntergefahrenen Rechner beschränkt. (Bei Bootfestplatten sowieso.)
Eine andere Variante, die Festplattenauswahl  durch Umschaltung der Stromversorgung, funktionierte in einigen Glücksfällen recht gut. (Ich selbst habe jahrelang ein Dual-Boot-System mit PATA/IDE Festplatten nach dieser Methode "gebootswitcht"!)
Reibungslos funktionierte es aber meist nur dann, wenn man sich den Luxus leistete, und jeder Platte einen eigenen IDE-Controller spendierte. In der sonst üblichen Parallelschaltung blockierte oder bremste die ausgeschaltete Festplatte die Datenübertragung, sodass entweder von der eingeschalteten Platte nicht richtig gebootet werden konnte, oder der Controller stillschweigend auf den niedrigsten PIO-Modus herunterschaltete, und man sich dann über ein in Zeitlupe laufendes System freuen durfte...
Und dann gab es noch diese mysteriösen Fälle, wo eine PATA-Festplatte oder ein CD-ROM-Laufwerk beim Neustart vom BIOS "erkannt" wurde, obwohl die Stromversorgung der betreffenden Komponente unterbrochen war. Bei PATA war das auch tatsächlich möglich, ich habe es selbst erlebt. Die Erklärung ist  eigentlich trivial: Offensichtlich zogen manche PATA-Geräte aus den logischen High-Pegeln auf dem Datenkabel ausreichend Strom, damit sich der eigene Interface-Controller melden konnte. Wenn aber anschließend die regulären 5- und 12-Volt Spannungen fehlen, war das betreffende Laufwerk natürlich nicht wirklich betriebsbereit. Zu viel für ein begriffsstutziges BIOS...
Eine andere, ebenfalls unbefriedigende Variante für Dual-Boot-Systeme lag in den Zeiten von PATA/IDE darin, nur die Master-Slave-Jumper an den Festplatten umzuschalten. Damit erreichte man, dass jeweils die eine oder die andere Platte zum "Master" wurde, und das BIOS dann beim Neustart von dieser Platte bootete. Allerdings war der jeweilige "Slave" durchgängig in Betrieb und somit die ganze Zeit im System "sichtbar". Nix da mit Zugriffsschutz! Und wenn es sich um zwei Windows-Installationen handelte, war ein Datenchaos quasi vorprogrammiert. Mit tödlicher Sicherheit kam es irgendwann zu einem lustigen Laufwerksbuchstaben-Verwirrspiel und gegenseitigen Zugriffen auf wichtige Systemdateien oder Registry. Das machte eine spätere getrennte Weiterverwendung dieser Installationen nahezu unmöglich.


In allen vorgenannten Punkten brachte Serial-ATA einen echten Fortschritt:
SATA verfügt bereits auf Hardwareebene über echte Hot-Plug-Fähigkeiten.


Die Steckverbinder:SATA-Laufwerksstecker (Foto: jt) Alle normgerechten SATA- und eSATA-Stecker an Laufwerken und Mainboards haben "voreilende Massekontakte", die beim Anschluss einer SATA-Komponente zuerst die Verbindung mit Gerätemasse (GND) herstellen, bevor die Signal- oder Stromversorgungsleitungen zusammenkommen. Beim Abziehen wird Masse zuletzt getrennt. Genial, oder?!
Mit diesem uralten Trick vermeidet man undefinierte Spannungssprünge beim An- und Abstecken unter Strom. Das beruhigt die Nerven und schont die Laufwerkselektronik.
So können SATA-Wechselrahmen direkt mit den Laufwerkssteckern der Festplatten arbeiten; ein Adapterstück, wie noch bei PATA-Wechselrahmen, ist in vielen Fällen nicht mehr notwendig.
Die Methode funktioniert sehr zuverlässig, solange die Kontaktfedern auf der Gegenseite noch nicht vollkommen ausgeleiert sind...
Davon abgesehen soll die Laufwerkselektronik von SATA-Festplatten auch in elektrischer Hinsicht für "hartes Schalten" geeignet sein. (Gut zu wissen, sollte man sich aber nicht drauf verlassen...!)


Die Controller:
An einem SATA-Hostcontroller darf genau ein SATA-Device  angeschlossen sein. Oder keines. Oder erst das eine, dann ein anderes. Oder sogar eines, das noch nicht oder nicht mehr betriebsbereit ist.
Die SATA-Spezifikationen sehen den Fall von unvorhergesehenen Laufwerksänderungen ("Surprise Hot Plug") ausdrücklich vor. Das bedeutet, jeder (standardgemäße) SATA-Hostcontroller kommt mit den folgenden Situationen problemlos klar:
"Datenkabel wird getrennt, Stromversorgung bleibt angeschlossen."      oder
"Stromversorgung wird getrennt, Datenkabel bleibt angeschlossen."      oder
"Stromversorgung und Datenkabel werden in beliebiger Reihenfolge getrennt."
Ergebnis: SATA-Hostcontroller meldet "No device".

"Erst wird das Datenkabel verbunden, dann die Stromversorgung."      oder
"Erst wird die Stromversorgung verbunden, dann das Datenkabel."      oder
"Stromversorgung und Datenkabel werden auf einmal verbunden."
Ergebnis: SATA-Hostcontroller erkennt neues Gerät.
Der Witz dabei ist, dass der SATA-Hostcontroller diese Veränderungen auf seinen Ports vollkommen unabhängig von einem Betriebssystem und dessen Treiberunterstützung handhabt.
Im Gegensatz zu PATA kann es normalerweise nicht zu undefinierten Betriebszuständen oder Interrupt-Blockaden kommen, nur weil eine andere Festplatte angeschlossen wurde.
Falls dennoch Probleme auftreten, sind diese in den allermeisten Fällen auf Software zurückzuführen. Es ist klar, dass ein Festplattenwechsel im laufenden System ("Hot-Swap") nur dann gutgehen kann, wenn es sich um reine Datenfestplatten handelt und die Treiberunterstützung für Hot-Swap funktioniert. Wenn man es darauf anlegt und eine SATA-Festplatte mitten in einem laufenden Schreibzugriff abklemmt, dann kann es selbstverständlich auch zu Datenverlusten kommen. Im Zusammenhang mit externen SATA-Laufwerken wird auch weiterhin das vorherige "Abmelden" des betreffenden Gerätes empfohlen ("OS-aware Hot Plug").
Übrigens sind die Hot-Plug-Features und Protokolle bei SATA  und "eSATA" spätestens ab Revision 2 genau dieselben. Ein echter eSATA-Port unterscheidet sich nur auf physischer Ebene von einem normalem SATA-Port, nämlich durch robustere Steckverbinder und höhere Signalpegel. Es ist also ziemlicher Unsinn, wenn behauptet wird, SATA-Festplattenumschalter würden eSATA voraussetzen.


Schlussfolgerungen für das "harte Bootmanagement"

Aus den SATA-Spezifikationen geht hervor, dass der Hostcontroller in allen Fällen, wo eine Festplatte entweder  komplett entfernt wird oder einfach nicht mehr betriebsbereit ist,  einen Status "No device" an die übergeordnete Protokollschicht meldet.
Damit ergeben sich spätestens nach einem Kaltstart, der das BIOS zu einer sauberen Hardwareerkennung veranlasst, ganz klare Verhältnisse:

Ist eine Festplatte betriebsbereit, wird sie vom SATA-Hostcontroller erkannt und das System kann von ihr booten, sofern ein Bootsektor gefunden wird.

Ist eine Festplatte nicht betriebsbereit, existiert sie für das System weder als potenzielle Bootfestplatte, noch als Datenträger im Allgemeinen.


Es ist bei SATA also nicht zwingend erforderlich, auch die Datenkabel per Hardware umzuschalten. Vielmehr reicht es aus, wenn die betreffende Festplatte entweder betriebsbereit oder nicht betriebsbereit ist. Dies erreichen wir bereits durch das Schalten der Stromversorgung.

Der einzige Nachteil dieser Methode liegt darin, dass wir für jede schaltbare SATA-Bootfestplatte einen eigenen SATA-Port reservieren müssen. Irgendwas ist ja immer...



Anmerkungen

Phantomspeisungs-Phantasien

In berühmt-berüchtigten Hardware-Verbastel-Foren lesen wir auch gelegentlich Beiträge, in denen die SATA-Festplatten-Umschaltung per Stromversorgung von selbsternannten Experten als "problematisch" bezeichnet wird. Zur Untermauerung dieser These werden manchmal hanebüchene Stories hervorgekramt, nach denen man selbst (oder ein Bekannter von einem Bekannten von einem Bekannten...) zu Beginn des Jahrtausends mal ein SATA-Gerät versehentlich von der Stromversorgung getrennt hatte, während das Datenkabel noch angeschlossen war. Und genau dieses Gerät sei beim anschließenden Neustart auf wundersame Weise vom BIOS erkannt worden und habe danach "seltsame Effekte" verursacht. Ja, was denn für Effekte? Heißhungerattacken? Lachflashs? Aufklärung tut Not...!

Fakten-Check: Anders, als noch bei Parallel-ATA mit seinen vielen, vielen Leitungen und satten TTL-Pegeln, arbeitet SATA mit nur zwei Leitungspaaren (Tx+Rx). Diese stellen einen Sende- und Empfangskanal für bitserielle, hochfrequente, differenzielle und relativ niedrigpegelige Daten- und Steuersignale bereit.
Für beide Leitungspaare sehen die SATA-Spezifikationen sogenannte Koppelkondensatoren ("AC Coupling Capacitors") in der Größenordnung von wenigen Nanofarad vor. Hier kommt also wirklich nur das hochfrequente Datensignal durch. Für niederfrequente Störungen (Brummschleifen) und für Gleichstrom sind diese Kondensatoren eine wirkungsvolle Sperre. Damit ist eine "Gleichstromspeisung" von SATA-Controllern übers Datenkabel technisch ausgeschlossen!
Auch für eine hypothetische "Hochfrequenzspeisung" stehen die Chancen schlecht. Wenn bei SATA keine Datentransfers stattfinden, kommunizieren die Controller nur in kurzen Impulspaketen, aber selbst in Spitzenzeiten fließen nur wenige Milliwatt an Hochfrequenzenergie zwischen Host- und Device-Controller. Wegen der hohen Signalfrequenzen findet eine definierte Leitungsanpassung über niederohmige Lastwiderstände statt. Eine zusätzliche Energierückgewinnung (á la RFID) ist bei SATA undenkbar!
Dann wären da noch diese drei Masseleitungen pro Port. Sie dienen der Abschirmung der ansonsten schon recht strahlungsarmen symmetrischen Übertragung. Die Masseleitungen sind in der Regel galvanisch durchverbunden. Sie führen von den SATA-Buchsen auf direktem Weg nach Gerätemasse (GND). Davon kann man sich durch Messung mit einem Durchgangsprüfer oder durch einen Blick auf die Platinenunterseite jederzeit überzeugen. In den flachen SATA-Kabeln sind die drei Masseleiter außerdem über die Abschirmfolie miteinander kurzgeschlossen. Auch wieder blöd für SATA-Verschwörungstheoretiker, denn für einen "geheimen Stromkreis" hätt's mindestens einen weiteren isolierten Leiter gebraucht...

SATA-Ports mit HF-Koppelkondensatoren (Foto: jt, Lizenz: CC)

Reality-Check: Die erwähnten Koppelkondensatoren, jeweils 4 Stück pro SATA-Port, befinden sich auf aktuellen Mainboards, PCI-Karten aber auch in SATA-Endgeräten, meistens in unmittelbarer Nähe zu den jeweiligen Steckverbindern (hier: Intel D525 Mainboard).

Fußnote: Ein Neustart per Reset-Taster ist für die meisten BIOSse ein gewöhnlicher Warmstart. Das bedeutet, die zeitaufwendigsten Tests  (z.B. RAM) werden einfach übersprungen. In diesem Fall geht das BIOS stillschweigend davon aus, dass sich an der Hardwarekonfiguration zwischen den Neustarts nichts Wesentliches verändert hat. Das ist bei einem "festverdrahteten" System zwar der Normalfall, aber natürlich nicht, wenn Wechselplatten oder schaltbare Festplatten im Spiel sind! War eine bestimmte Festplatte vorher im System angemeldet, und wird diese kurz vor dem Reset entfernt oder abgeschaltet, dann kann es vorkommen, dass das BIOS davon nichts mitkriegt und beim nächsten Neustart weiterhin vom Vorhandensein dieser Komponente ausgeht. Das sieht dann so aus, als wäre das betreffende Gerät "neu erkannt" worden. In Wirklichkeit war es wegen des verkürzten Warmstarts einfach nicht ordnungsgemäß aus der BIOS-Konfiguration entfernt worden. Da das betreffende Gerät zu diesem Zeitpunkt also nicht wirklich betriebsbereit ist, kommt es zu Boot-Problemen oder mindestens zu irritierenden Verzögerungen. Wie wir sehen, hat das mit einer Geräteerkennung rein gar nichts zu tun. Für eine Bootfestplattenumschaltung kommt eben nur die sichere Kaltstart-Methode infrage!




Suboptimale SATA-Signalumschaltung


Das Umschalten von SATA-Datensignalen hätte zweifelsohne den Vorteil, dass man mit einem Minimum an SATA-Ports auskäme. Ein einzelner SATA-Hostcontroller könnte zahlreiche schaltbare Festplatten bedienen. Die Idee klingt verlockend...  aber nur auf den ersten Blick...
SATA arbeitet bekanntlich mit bitserieller Datenübertragung, und das bedeutet, bei den hohen Übertragungsraten gehen die Signalfrequenzen bis in den Gigahertz-Bereich.
Eine Parallelschaltung von zwei Geräten wäre schon wegen der undefinierten Leitungsimpedanzen der reine Wahnsinn. Daher sind von Anfang an nur "Punkt-zu-Punkt-Verbindungen" zwischen SATA-Controllern vorgesehen.

Obwohl die SATA-Übertragung mit Fehlerkorrektur und Spread-Spectrum-Tricks arbeitet, können sich Qualitätsunterschiede am Kabel und an den Verbindungsstellen messbar auf die effektive Übertragungsrate auswirken. Die Auswirkungen lassen sich schon mit einem einfachen Benchmark-Tool nachweisen.

Es ist kein Zufall, dass kommerzielle "SATA-Switches" und "SATA-Multiplexer" mit teuren und hochminiaturisierten Spezial-ICs aufwarten. Diese enthalten unter anderem breitbandige Regenerierverstärker zur Signalweiterleitung. Mit passiven Umschaltmethoden lässt sich da offensichtlich nicht mehr viel machen!

...was den Julien Thomas natürlich nicht davon abhielt, es trotzdem zu versuchen! Ich experimentierte mit hochminiaturisierten ("HF-tauglichen") Kleinrelais und mit koaxial geschirmten Reed-Röhrchen. Die zweite Variante funktionierte sogar mit SATA-3. Aber leider nur in ganz bestimmten Hardware-Konstellationen! Anderes Mainboard, andere Laufwerke, schon sank die Übertragungsrate auffällig stark ab im Vergleich zur direkten Verbindung. Wenn es also trotz kompetenten HF-tauglichen Aufbaus bereits solche "Schmutzeffekte" gibt, was ist dann wohl von den verdächtig einfachen Konzepten aus dem Internet zu halten, wo klobige Signalrelais oder mechanische Schalter in Freiluftverdrahtung zum Einsatz kommen? Also ehrlich, mir persönlich wäre meine Hardware zu schade für solche Sabotageversuche!

Wenn wir andererseits die Punkt-zu-Punkt-Verbindungen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen sein lassen, dann ersparen wir uns jegliche Performance- und Stabilitätsprobleme! Immerhin gibt es Mainboards mit 4 oder 6 SATA-Ports. Auch die Anschaffung einer SATA-Controllerkarte für PCI wäre in manchen Fällen eine überlegenswerte Option.



Kaum benutzt, schon kaputt!

Die gutmütigen Eigenschaften der SATA-Controller nutzen wenig, wenn sich ein Device zunächst betriebsbereit darstellt, es dann aber nicht wirklich ist. Dann können sie ebenfalls den Bootablauf massiv verzögern, weil das BIOS mit großzügigen Timeouts recht lange auf eine Antwort wartet. (BIOS-Fehlercodes und Beep-Signale liefern oft einen konkreten Hinweis auf ein SATA-Problem!)
Vielleicht haben wir einfach nur eine CD im Laufwerk vergessen. Ärgerlich wird es, wenn ein Laufwerk ohne ersichtlichen Grund auf stur schaltet, obwohl es praktisch nie benutzt wurde. Bei CD/DVD-Laufwerken kommt das auffällig oft vor. Es drängt sich der schlimme Verdacht auf, dass hier ein Betriebsstundenzähler sein Unwesen treibt. Das riecht doch alles sehr nach geplanter Obsoleszenz!
Mögen diese Hersteller und ihre heldenhaften Ingenieure schon bald für ihre Wohltaten am Kunden und an unseren gemeinsamen Ressourcen eine angemesse Belohnung erhalten!



"Hilfe, mein Uralt-Mainboard 'ASFuck 08/15' will iwie nicht mit dem neuen Blu-ray-Brenner...
"

Von SATA-Controllern der 1. und 2. Generation und dubioser China-Hardware ist bekannt, dass die physische Anbindung und/oder erste Protokollschicht nicht immer ganz sauber implementiert war.
Da müssen wir wohl noch mehr Verständnis für die armen Hardwarehersteller aufbringen...!
Damals, Mitte der Nuller, steckte SATA noch in den Kinderschuhen. Zunächst einmal sollten Millionen von Deppen (engl. "Early Adopter") den  brandneuen Elektroschrott aufkaufen und als zahlende Beta-Tester herhalten. Anhand von Rückläufern und Beschwerden, vor allem von Großkunden, hat die Industrie dann wohl doch die eine oder andere Nachbesserung vorgenommen...
Konkret waren die erwähnten AC-Koppelkondensatoren bei SATA-Implementierungen der ersten Generation nicht zwingend vorgeschrieben. Sie wurden auf manchem sehr alten Mainboard auch glatt weggelassen... Das brachte dem Platinenbruzzler gut und gern ein paar Zehntelcent an Einsparungen.  Mit den technischen Unverträglichkeiten durften sich, wie üblich, die Endanwender herumschlagen. Dumme Kunden. Sollen sich doch gefälligst alle paar Monate neue Hardware und Software zulegen! Nur so kann die Verschwendungswirtschaft weiterlaufen.



Download-Tipp

Um Performanceproblemen von SATA-Controllern und Festplatten auf die Spur zu kommen, bedarf es nicht unbedingt aufwendiger Messtechnik. Schon ein Geschwindigkeitstest unter reproduzierbaren Bedingungen liefert wertvolle Hinweise auf mögliche Konfigurations- oder Hardwareprobleme. Ein empfehlenswerter Download ist das kostenlose Benchmark-Tool CrystalDiskMark.

jt 2013/2014


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Schaltplan

Schaltplan Festplattenumschalter "BootSwitch 4.1"
BootSwitch 4.1, Schaltungsversion 12/2013 - vereinfachte Darstellung mit nur einer Relais-Schaltstufe.
(Download enthält Schaltplan in höherer Auflösung sowie alle weiteren Materialien.)


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Hardwarebeschreibung

Prinzip: Der Festplattenumschalter verbindet eine Festplatte mit dem Bordnetz, bevor der PC wieder eingeschaltet wird. Für die geschaltete Festplatte, PC-Netzteil und BIOS ergeben sich dieselben Verhältnisse, wie in einem "festverdrahteten" System. Insbesondere kann der Einschalt-Stromstoß für die aufgeschaltete Festplatte nicht härter sein, als bei einer fest angeschlossenen Komponente.
Doch woher nimmt der Festplattenumschalter seinen Strom für die Elektronik, während der PC noch ausgeschaltet ist? Extra-Netzteil? Akkus, die zur Laufzeit nachgeladen werden?
Ach was! Jedes ATX-Netzteil liefert uns doch im "ausgeschalteten" Zustand weiterhin eine Standby-Spannung von 5 Volt, solange es primärseitig am Stromnetz angeschlossen ist.
Wichtigste Aufgabe ist es, dass die kleine grüne LED auf dem Mainboard weiter vor sich hinleuchtet. Abgesehen davon versorgen diese 5 Volt noch ein paar Hardwarekomponenten, die das "Aufwecken" des Rechners aus dem Standby-Zustand veranlassen können. Das ist zum Beispiel die Stromschleife für den Power-Knopf, aber auch bestimmte Timer, Tastaturen, Netzwerkkarten und andere Komponenten.
Die Standby-Spannung wird im PC-Netzteil oft über einen separaten Wandler erzeugt, sodass der Wirkungsgrad akzeptabel bleibt. Laut ATX-Spezifikationen ist die 5-Volt-Spannung aber immerhin bis 1 Ampere belastbar.
Somit stellt der Anschluss einer kleinen Zusatzelektronik, die im Standby mitversorgt wird, kein elektrisches, sondern eher ein mechanisches Problem dar. Es gibt leider an serienmäßigen PC-Netzteilen keinen separaten Stecker, der die Standby-Spannung bereitstellen würde. Wir können die Spannung aber relativ einfach vom ATX-Hauptplatinenstecker abgreifen. Alternativ dazu ließe sich möglichwerweise auch ein PS/2-Anschluss oder ein interner USB-Port anzapfen. (Dokumentation zum Mainboard beachten!)

In diesem Dokument verwende ich den Begriff "Standby" ausschließlich für den technischen Standby, also den "ausgeschalteten" PC, bei dem das Netzteil nur noch die Standby-Spannung liefert und die übrige Hardware stromlos ist (ACPI-Modus "S5"). Mit "Power-On" bezeichne ich den voll eingeschalteten PC, bei dem alle regulären Bordspannungen vorhanden sind und ein Betriebssystem gebootet werden kann (ACPI-Modus "S0").


Mikrocontroller: Ein Bootfestplattenumschalter muss jederzeit den tatsächlichen Betriebszustand des PC-Systems erkennen, damit eine Umschaltung wirklich nur im Standby-Zustand zugelassen wird. Eine klare Unterscheidung zwischen "Power-On" und "Standby" ist anhand der regulären Bordspannungen möglich.
Im "Standby"-Modus soll der Festplattenumschalter erst die Knopfdrücke zählen und dann das Schaltrelais für die ausgewählte Festplatte betätigen. Danach soll er ein kompatibles Einschaltsignal für das Mainboard generieren.
Wenn die regulären Spannungen vorliegen, befinden sich PC-System und Festplattenumschalter im "Power-On"-Modus. Weitere Knopfdrücke dürfen jetzt auf gar keinen Fall einen weiteren Schaltvorgang auslösen. Stattdessen soll das Knopf-Signal zum Mainboard durchgeleitet werden, damit wir die Soft-Power-Funktionen (Herunterfahren oder Energiesparmodus) nutzen können.
An dieser Beschreibung wird schon klar, dass die Grundfunktion durchaus noch mit diskreten Logikbausteinen realisierbar gewesen wäre. Doch gerade die Auswertung einiger Randbedingungen, das genaue Timing und die Vermeidung gefährlicher Betriebszustände (Einschaltvorgang, Spannungsschwankungen, Dauerstabilität) hätten einen erheblichen Mehraufwand bedeutet. (Außerdem war zu Beginn es Projektes noch nicht ganz klar, wie der optimale Ablauf aussehen sollte ;-)
Diese Aufgaben kann ein kleiner Mikrocontroller heute mindestens ebenso zuverlässig und sicher erledigen. Ich wählte den ATtiny2313 nichtzuletzt wegen der hervorragenden Langzeiterfahrungen aus anderen Projekten (z.B. LED-Uhr, Codeschloss). Wie die meisten AVRs, so hat auch der ATtiny2313 ein paar äußerst nützliche Hardware-Features bereits "on chip", die ein sicheres Start- und Betriebsverhalten unterstützen. Darüber hinaus enthalten Schaltung und Programmierung so einige Kniffe, die diese Anwendung besonders zuverlässig machen.


Schaltstufen: Das Aufschalten der Wunsch-Festplatte an das Bordnetz erfolgt über monostabile Relais, und zwar noch bevor die Bordspannungen wieder erscheinen. Wenn wir in dieser Anwendung Relais verwenden, müssen wir uns, im Gegensatz zu Halbleiterschaltern, keine Gedanken um Nichtlinearitäten und Spannungsverluste machen. Ein Relais kann den Arbeitsstromkreis bereits durchschalten, während dieser noch vollkommen spannungsfrei ist. Dabei verhält sich der Kontaktsatz eines guten Relais wie eine gute Steckverbindung oder ein guter mechanischer Schalter.
Der Festplattenumschalter soll universell verwendbar sein und zum Beispiel auch wuchtige 3,5-Zoll-Festplatten mit mehreren Ampere Anlaufstrom bedienen können. Mit dem vorgeschlagenen Relaistyp (Kontaktbelastbarkeit: 8 A) ist das kein Problem.
Schaltrelais dieser Leistungsklasse sind für 5 V Spulenspannung jedoch kaum zu beschaffen. Ein gewöhnliches 6-V-Relais an 5 V zu betreiben, wäre eine wackelige Angelegenheit, wenn man die Spannungstoleranzen gewöhnlicher PC-Netzteile und den Spannungsabfall am Schalttransistor berücksichtigt. Schlimmstenfalls würde die sichere Ansprechspannung für ein 6-V-Relais nicht mehr erreicht.
Dieses Risiko lässt sich umgehen, indem wir 12-V-Relais verwenden. Die können im eingeschalteten PC problemlos über die reguläre 12-V-Schiene mitversorgt werden. Der Toleranzbereich für Ansprechspannung und Haltespannung ist bei 12-V-Relais größer, als bei 5-V- oder 6-V-Typen. Ganz nebenbei erreichen wir die allemal wünschenswerte Trennung zwischen Logik- und Steuerstromkreis.
Stellt sich noch die bange Frage: Wie kommen wir an 12 V für unsere Relais, wo doch im ausgeschalteten PC gerade einmal 5VSB zur Verfügung steht? Siehe nächster Abschnitt!


Ladungspumpe: Meine Trickschaltung mit IC3, dem bewährten MAX232, nutzt dessen Ladungspumpe, Inverter, Schaltfrequenz und beide parallel geschalteten Sendetreiber, um aus der Versorgungsspannung von nominell 5 V zunächst ein Rechteck von ca. +/- 8 V (ca. 50 kHz) zu gewinnen, welches schließlich über den Spannungsverdoppler (Villardschaltung mit C11, D2, D3) den Elko C12 (1000 µF/25 V) innerhalb weniger Sekunden auf maximal +16 V gegen Massepotenzial auflädt.
Die im Kondensator gespeicherte Energie reicht locker aus, um selbst kräftige 12-V-Relais sicher durchzuschalten. Bezüglich der Versorgungsspannung gibt es noch erheblichen Spielraum nach unten (4 V würden noch ausreichen).
Die RS232-Leitungstreiber im MAX232 sind dauerkurzschlussfest; d.h. der Baustein kann in dieser Beschaltung nicht überlastet werden. Aber er kann auch nur einen begrenzten Strom nachliefern. Im Zusammenspiel mit einem größeren Relaistyp könnte es nach einigen Sekunden wieder zum Abfall des Relais kommen, falls die regulären 12 V einfach nicht erscheinen wollen.
Der Bypass von 5VSB über D1 verhindert das. Er stellt sicher, dass die Ladespannung am Elko niemals deutlich unter ca. 4,7 V zusammenbrechen kann. Letztlich steht immer eine ausreichende Haltespannung für das Relais zur Verfügung. Hysterese sei Dank, können wir ein einmal durchgeschaltetes Relais allein mit Strom aus 5VSB unbegrenzt lange halten.
Aber das wird nicht notwendig sein, wenn kurze Zeit später die regulären 12 V kommen und den Spulenstrom übernehmen. Ist dies jedoch nicht der Fall, dann lässt der Controller das Relais nach einem großzügigen Timeout von 5 Sekunden kontrolliert abfallen. Damit ist auch für ein manuelles Hochstarten (über den angestammten Power-Knopf) genügend Zeit. (Nebenbei erlaubt der Timeout einen bequemen Funktionstest der Schaltung.)
Um den Spannungsabfall zu minimieren, müssen D1 bis D4 Schottkydioden sein. Die Wahl fiel auf die robuste SR160 (60V/1A), um unter allen Betriebsbedingungen genügend Sicherheitsreserven zu haben. (D1 entkoppelt die hohe 12-V-Bordspannung von 5VSB. Hier sollten wir vor der Inbetriebnahme in einem Rechnersystem lieber dreimal kontrollieren, ob diese Diode richtig herum eingebaut ist...)
Im Gegensatz zu Step-up-Reglern oder miniaturisierten Spannungswandlern erzeugt die Ladungspumpe praktisch keine EM-Störungen und keine ausgeprägte Stromspitze auf der 5VSB-Schiene. Die Energie zum Durchschalten eines Relais wird in erster Linie aus dem Ladeelko abgerufen, und im Normalfall wird nach ca. einer Drittelsekunde schon das PC-Netzteil mit seiner regulären 12-V-Spannung den gesamten Spulenstrom übernehmen. Der Leerlaufstrom der MAX232-Ladungspumpe liegt dann bei nur noch wenigen Milliampere.
Die Schaltung wurde mit verschiedenen Exemplaren des MAX232N (Industrie-Standardausführung) ausgiebig getestet. Auch mit Exemplaren eines Drittherstellers zeigte die Schaltung ein stabiles Betriebsverhalten. Nicht geeignet sind die Typen MAX232A oder MAX232CPE!
Die Standardschaltung verwendet 1-µF-Kondensatoren in der Ladungspumpe und kann einen etwas höheren Sendestrom liefern, als die Sparvarianten mit 0,1-µF-Kondensatoren.
Die Elkos C7-C11 sollten sogenannte 105-Grad-Typen sein, die durch thermische Belastung nicht so schnell altern. Gerade in PC-Gehäusen kann es durchaus mal etwas hitziger werden. Oder wir spendieren der Ladungspumpe hochwertige Folienkondensatoren, wie auf dem Foto zu sehen (1µF/63V, MKS, RM 5 mm). Die gehen in dieser Anwendung wahrscheinlich niemals kaputt, und der Festplattenumschalter dürfte so manches Mainboard überdauern...


Relais-Treiber: Die Relais werden über großzügig dimensionierte NPN-Schalttransistoren T1x (BC337-25) in Emitterschaltung angesteuert. Über den Vorwiderstand R8x (1k0) stellt sich ein Treiberstrom von ca. 4 mA ein, wenn der Controller den jeweiligen PORTB-Ausgang auf HIGH zieht. Für diesen Transistor ist das ein angemessener Übersteuerungsfaktor, und das Relais im Kollektorzweig spricht schnell und sicher an. Aufgrund der leichten Überspannung im Ladekondensator fließt für etwa 10 ms ein kurzzeitiger Spulenstrom von etwa 50 mA (gemessen). Da das Bordnetz zu diesem Zeitpunkt noch spannungsfrei ist, bekommt die Festplatte im Arbeitsstromkreis vom eigentlichen Schaltvorgang nichts mit.
Nachdem sich das PC-Netzteil einige Zehntelsekunden später aufgeschaltet hat, stehen die regulären 5- und 12-V-Spannungen wieder zur Verfügung. Über die 12-V-Schiene stellen sich dann ca. 40 mA Spulenstrom ein. Außerdem bekommt jetzt T1x über D5x und R9x einen permanenten Basisstrom aus der nun durchgeschalteten 5-V-Schiene. Damit ist die Selbsthaltung des betreffenden Relais schonmal gesichert. Normalerweise kann das Relais erst dann wieder abfallen, wenn auch die regulären PC-Bordspannungen fast auf null Volt abgefallen sind, der PC also ausgeschaltet wurde.
Alle Ströme sind so berechnet, dass die im Datenblatt (siehe Linkliste) angegebenen Transistorgrenzwerte mit mehrfacher Sicherheit eingehalten werden.


Knopf-Eingang:  Wir können auf der Platine des Festplattenumschalters an X2 (BTN-IN) einen beliebigen Taster (Schließer) anschließen. Über diesen Taster können wir per Zählcode die gewünschte Bootfestplatte auswählen. Das entsprechende Relais wird durchgeschaltet und danach bleiben etwa 5 Sekunden Zeit, um den PC manuell einzuschalten. Ansonsten fällt das betreffende Relais wieder ab (Timeout).
Doch warum mit zwei Knöppen herummachen? Ebensogut können wir den bereits vorhandenen Power-Knopf in Doppelfunktion nutzen! Erst zur Eingabe des Zählcodes, später zum Herunterfahren über die gewöhnliche Soft-Power-Funktion. Und das geht so: Der Power-Knopf ist über eine zweiadrige Strippe mit Pfostenstecker im 2,5-mm Raster normalerweise auf dem Mainboard angestöpselt. Der entsprechende Stecker ist manchmal an der Seite mit "PWR" gekennzeichnet. Diesen Stecker ziehen wir vom Mainboard ab und verbinden ihn direkt mit X2 auf der Platine des Festplattenumschalters (Polung egal). Über PD4 wertet nun also der Controller die Knopf-Betätigungen aus. Dann löst er das stromlose Aufschalten einer Festplatte aus und schließlich erzeugt er ein Power-On-Signal für das Mainboard. Dieses geht natürlich an den Power-Knopf-Ausgang...


Knopf-Ausgang: Nachdem der Festplattenumschalter eine Festplatte per Relais aufs Bordnetz geschaltet hat, liefert der Controller ein Einschaltsignal für den PC, das über X3 (BTN-OUT) ausgegeben wird. Diesen Ausgang verbinden wir über eine weitere zweiadrige Strippe mit den freigewordenen Stiften für den Power-Knopf auf dem Mainboard!
Das Signal wird über einen Optokoppler IC2 (PC817) bereitgestellt. Es ist potenzialfrei, sodass keine Probleme mit der Masseführung und Spannungslage zu erwarten sind. Die Polung muss natürlich stimmen, da der Ausgang ein gewöhnlicher Fototransistor ist. Statt nun mit einem hochohmigen Multimeter am PC herumzufummeln, empfehle ich, es einfach auszuprobieren. Dabei kann normalerweise nichts kaputt gehen, und die Chance, dass wir den Stecker auf gut Glück richtig herum anschließen, liegt - rein rechnerisch - bei immerhin 50 Prozent... (Laut Murphy wird der Stecker beim ersten Versuch garantiert falsch herum angeschlossen. Kein Grund zur Beruhigung ;-)
Aus Sicherheitsgründen erfolgt die Ansteuerung des Optokopplers natürlich "low-active". Die Anode der Sende-LED von IC2 liegt direkt an der Plusleitung, die Kathode geht über den Vorwiderstand R4 an den Port PD5. Auf diese Weise ist es praktisch unmöglich, dass der Optokoppler "versehentlich" angesteuert wird. Um ein Signal auszugeben, muss PD5 auf Ausgang geschaltet UND auf Low-Pegel (0 V) gesetzt werden. Nur dann fließt über R4 (220 Ohm) ein Treiberstrom von ca.15 mA durch die Sende-LED im Koppler. Der Fototransistor auf der potenzialfreien Seite schaltet sicher durch, das Mainboard registriert einen gedrückten Power-Knopf.
Durch einen Hardware-Reset werden bei den AVR-Controllern alle Ports sofort auf Eingang geschaltet und damit hochohmig. In der low-aktiven Beschaltung kann kein ausreichender Strom fließen, falls ungewollt ein Reset ausgelöst wurde. Beim echten Kaltstart oder unter massiven Spannungsschwankungen werden somit garantiert keine unkontrollierten PC-Einschaltimpulse ausgegeben. Programmiertechnische Details sind unter Firmware erläutert.


Datenblätter zu den wichtigsten Komponenten siehe Linkliste.



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Firmware

Das Programm für den Mikrocontroller wurde von Grund auf in Assembler geschrieben, um maximale Transparenz und Betriebssicherheit zu erreichen. Wer möchte schon das Wohlergehen seiner Festplatten einer in AVR-GCC oder gar BASCOM zusammengepfuschten Steuerung voller seltsamer Code-Artefakte überlassen? Abgesehen davon wären einige Maßnahmen zur Abhärtung der Firmware in sogenannter hochsprachlicher Programmierung wesentlich umständlicher oder sogar unmöglich gewesen.


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Software

Der Festplattenumschalter funktioniert unabhängig von PC-Betriebssystem oder Software.



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Nachbauhinweise


Platine: Das Layout ist für einseitig kupferkaschierte Leiterplatten im Format 100 x 75 mm (oder 100 x 80 mm) entworfen. Die Anforderungen an den Belichtungs- und Ätzprozess sind vergleichsweise gering. Druckfertige Vorlagen mit 300 und 600 dpi stehen im Download zur Verfügung.

Falls wir den Betrieb stromhungriger 3,5-Zoll-Festplatten planen, ist es sinnvoll, die 5- und 12-Volt-Leiterbahnen mit ein wenig Kupferdraht zu verstärken. Oder wir nehmen Basismaterial mit stärkerer Kupferauflage, falls verfügbar.

Beim Bestücken keinesfalls die 2 Drahtbrücken unter den Relais Re1-3 und Re1-4 vergessen! Über sie bekommt unser Controller die überaus wichtige Information, wann die Relais-Spannung ausreichend und wann das PC-Netzteil angesprungen ist.

Anmerkung: Meine Layouts sind anhand von real existierenden Prototypen rein grafisch erstellt. Proprietäre Formate und pseudoprofessionelle Software mit Hang zur Versionitis lehne ich grundsätzlich ab. Bei meinen Layoutvorlagen handelt es sich um exakt skalierte Pixelgrafiken. Der Ausdruck wird mit jeder brauchbaren Kombination aus Grafikprogramm und Druckertreiber automatisch maßhaltig sein. Das Layout habe ich in einem Copy-Shop per Laserdruck auf Overhead-Folie ziehen zu lassen. Kostenpunkt: sage und schreibe 50 Cent! Obwohl der Typ null Ahnung hatte, was er da ausdruckte, lieferte bereits der erste Versuch eine kontraststarke und präzise Belichterfolie für das Photoresist-Verfahren!


Hey, was für'n Relais?
Das Foto zeigt den Aufbau mit kräftigeren Standardrelais 12V, 2 Wechsler, 8 A Belastbarkeit (Finder 41.52.9-12V).
Falls wir ausschließlich Notebook-Festplatten oder SSDs nutzen, gehen auch die noch kleineren DIL-Relais mit 2 A Belastbarkeit (Finder 30.22.9-12V). Ich habe das Platinenlayout vorsorglich für beide Relaistypen ausgelegt.
Für das größere Relais spricht die hohe magnetische Haltekraft, der sattere Ton beim Durchschalten, und vor allem die hervorragende Haltbarkeit der Kontakte.
Der Kontaktsatz wird durch das stromlose Schalten recht schonend behandelt. Vielleicht ist das schon zuviel des Guten? Brauchen Relais nicht eine Mindestlast auf dem Arbeitsstromkreis, damit Oxydschichten auf den Kontaktpillen "weggebrannt" werden ...?
Die pensionierten Fernmeldetechniker, Halbleiterfanatiker und von Dyskalkulie Gebeutelten mögen sich wieder beruhigen!
Also erstmal ist die übliche PC-Technik nicht wirklich für den Einsatz in Feuchträumen vorgesehen. Die Gefahr, dass einem unter Wohnraumbedingungen irgendwelche Kontakte "weggammeln", ist hingegen äußerst gering...
In der Tat schaltet dieser Festplattenumschalter zunächst spannungsfrei. Doch schon die erhebliche Kontaktkraft dieses Relaistyps und das resultierende Prellen der Kontakte im Einschaltmoment haben eine mechanische "Reinigungswirkung". Mit dem Aufschalten des PC-Netzteils fließt dann ein kräftiger Betriebsstrom, der spätestens jetzt zum Fremdschicht-Durchschlag führt. Werfen wir doch mal einen Blick ins Datenblatt zu den Finder-Relais der "Serie 41": Die Mindest-Schaltlast beträgt bei diesem Relaistyp ca. 300 mW. Das erreichen wir mit 60 mA auf der 5-V-Schiene und nur 25 mA auf der 12-V-Schiene. Bei einer konventionellen 2,5-Zoll- oder gar 3,5-Zoll-Festplatte bewegen sich die Betriebsströme zwischen einigen hundert Milliampere bis hin zu mehreren Ampere. Mit stromsparenden SSDs wird's schon etwas bescheidener, aber auch damit liegen wir noch deutlich über dem Mindeststrom. Laut Datenblatt zur Serie 330 von Intel liegt der Leistungsbedarf einer SSD bei ca. 600 mW in Bereitschaft und 850 mW im aktiven Zugriff.
Damit ist klar: Wir setzen hier kein Moos an und der Frittstrom reicht locker aus!


Stromversorgungsstecker: Die Stromzufuhr für geschaltete Festplatten erfolgt über Anschluss X4, der vorzugsweise als "Molex"-Platinenstecker für Lötmontage ausgeführt sein sollte. Oder wir löten einen Kabelstrang mit einem entsprechenden Kupplungsstück (männlich) ein. Dabei unbedingt auf die Zuordnung von Pin 1 (gelbes Kabel) achten. Die weiteren Adern sind fortlaufend durchnummeriert, siehe Bild rechts. Die Masseleitungen (schwarz) dürfen auch vertauscht werden.
Molex 8981 (weiblich) Stromversorgungsstecker Laufwerke [Foto: jt]

Für die abgehenden Strompfade X5x ist kein Stecksystem vorgesehen.
Die zierlichen "Floppy"-Steckverbinder im 2,54-mm-Raster, wie wir sie an kommerziellen Festplattenumschaltern recht häufig sehen, sind allerdings nur bis ca. 1 A belastbar. Das kann für "dicke" Festplatten schon reichlich knapp werden!
Besser: Entweder wir verwenden hier ein kräftigeres Stecksystem im 3,81-mm-Raster, oder wir fertigen maßgeschneiderte Kabelstränge mit Molex- oder SATA-Stromsteckern an, die wir direkt auf der Platine des Festplattenumschalters einlöten. Siehe Musterplatine!
Diese Maßnahme spart eine unnötige Kontaktstelle auf dem Strompfad zur Festplatte. Wenn wir uns dabei an der Pin-1-Markierung und den genormten Kabelfarben orientieren, kann eigentlich nichts schief gehen. Im Bestückungsplan und im Platinenlayout ist Pin 1 außerdem durch ein kleines Dreieck gekennzeichnet.


Bohrungen:
0,8 mm für die meisten Bauteile; 1,0 mm für Steckverbinder X1-X3 und Relais;
1,2 - 1,5 mm für alle Stromanschlüsse; 3,0 mm für Schraubbefestigungen (M3).



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Gewinnung der 5-Volt-Standby-Spannung aus dem ATX-Netzteil

(1)   Am 20- oder 24-poligen ATX-Netzteilstecker
die Leitung 5-Volt-Standby
(5VSB - violett - Pin 9)

und beliebige Masseleitung
(GND - schwarz - Pin 7)
ausfindig machen!
(2)    Abisolierzange auf ca. 1 mm einstellen.
Leiter einige Zentimeter
oberhalb des Steckers freilegen.
Abzweigung anlöten.
(3)    Lötstellen isolieren,
Abzweigung am Kabelstrang fixieren.



EINGRIFFE IN DEINER PC-HARDWARE
SIND DEIN GUTES RECHT
ABER AUCH DEIN RISIKO!


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Test und Inbetriebnahme

Die Funktion eines frisch zusammengebauten Festplattenumschalters lässt sich recht unkompliziert "auf dem Trockenen" testen:


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Anmerkungen


Überlegenheit dieses Konzeptes: Der vorgestellte Festplattenumschalter verbindet die ausgewählte Festplatte mit dem Bordnetz lange bevor die regulären Spannungen wieder hochlaufen. Im Unterschied dazu arbeiten praktisch alle Bastelkonzepte, aber auch viele kommerzielle Festplattenumschalter offensichtlich nur mit den regulären Bordspannungen. Die Elektronik eines solchen Umschalters kann frühestens mit dem Wiedereinschalten des PCs eine Festplatte aufschalten. Weitere Verzögerungen in der Größenordnung von Hundertstel- bis Zehntelsekunden entstehen selbst bei optimiertem Timing, weil die Logik erst noch stabile Betriebsspannungen abwarten muss. Mit einem solchen Umschalter geht die ausgewählte Festplatte also erst dann ans Bordnetz, wenn die 12- und 5-V-Spannung bereits ihre volle Höhe erreicht haben. Sie bekommt dann wahrscheinlich einen bedeutend härteren Stromstoß verpasst, als wenn sie von Anfang an am Bordnetz angeschlossen gewesen wäre. Die Laufwerkselektronik wird also unnötig gestresst. Auch eine umständliche und fehlerträchtige Bedienung aus mehreren Schritten (erst Umschalter bedienen, dann Power-Knopf) ist nicht gerade die sicherste Variante. Man sollte meinen, dass die "professionellen" Festplattenumschalter das Problem des erhöhten Einschaltstroms durch Filtermaßnahmen gelöst haben. Also bei Relais als Schalter ein paar dickere Elkos am Ausgang. Bei MOSFETs Siebdrosseln und ebenfalls Kondensatoren am Ausgang, um den Einschaltstromstoß zu mildern. Nun geben aber Beschreibungen, Datenblätter und Platinenfotos von namhaften Produkten überhaupt keinen Hinweis auf solche Schutzmaßnahmen. Wenn sie vorhanden wären, hätte man das marketingwirksam ausschlachten können. Stattdessen hüllt man sich in Schweigen - auch wieder sehr aufschlussreich.
Ich habe einige Hersteller/Distributoren wegen dieser Frage wie auch zum Vorhandensein einer "Kindersicherung" für Bootfestplatten angeschrieben. Die meisten E-Mails blieben unbeantwortet. Ein Vertrieb für den deutschsprachigen Raum wollte gar nicht auf die konkrete Anfrage eingehen, sondern versuchte dreist, ein Verkaufsgespräch anzuleiern. Soviel zum Thema "Kundenservice" und "Transparenz"...!


Echte Kaltstarts: Wenn wir den Computer komplett vom Stromnetz trennen, etwa über eine schaltbare Steckdosenleiste, dann ist der Rechner wirklich ausgeschaltet, es steht nun auch keine Standby-Spannung mehr zur Verfügung. Für diesen Festplattenumschalter kein Problem! Die Schaltung ist keineswegs auf eine permanente Standby-Stromversorgung angewiesen. Schaltung, Controller und Firmware lassen sich von echten Kaltstarts nicht beirren!
Der Controller startet dank Brown-Out-Detektor erst, nachdem 5VSB wieder einigermaßen stabil vorliegt. Die Ladungspumpe läuft schon ab ca. 3 Volt an. So kommt es, dass bereits nach ca. 2 Sekunden wieder ausreichend Energie für einen Relais-Schaltvorgang zur Verfügung steht. Da schon das Anwählen der ersten Festplatte per Zählcode ein paar Sekunden dauern kann, gibt es bei einem echten Kaltstart kein Timing-Problem. Wie weiter oben erwähnt, wird die Firmware nur dann einen Schaltvorgang zulassen, wenn ausreichend Energie zur Verfügung steht.
Falls sich der PC beim Wiederanschluss an das Stromnetz immer sofort einschaltet, ist vermutlich noch die BIOS-Option "AC Power on failure" aktiviert. Diese bitte deaktivieren - der Computer soll ja zunächst im Standby-Modus verbleiben.


Konkurrierende Einschaltverfahren: Der PC-Einschaltvorgang kann ungewollt über Tastatur, Netzwerkkarte oder ein anderes Ereignis ausgelöst werden, falls dies so im BIOS konfiguriert war ("Wake-up Events").
Der Festplattenumschalter erkennt den veränderten Betriebszustand anhand der plötzlich vorhandenen Bordspannungen und geht ebenfalls in den Power-On-Modus. Dabei wird selbstverständlich KEINE Festplatte mehr aufgeschaltet, da es für die sichere (stromlose) Methode zu spät wäre. Falls das BIOS kein anderes Bootmedium findet, werden wir in diesem Fall nach wenigen Sekunden die Fehlermeldung sehen ("Non-bootable disk" oder ähnlich). In diesem Fall ist das kein Grund zur Panik! Einfach per (durchgeleitetem) Power-Knopf den PC wieder ausschalten und anschließend einen neuen Anlauf starten.


Energiebedarf: Beim echten Kaltstart (PC war einige Zeit vom Netz getrennt, alle Kondensatoren entladen) zieht der Festplattenumschalter einen kurzzeitigen Spitzenstrom von 60 mA aus der Standby-Stromversorgung. Auch das liegt also noch deutlich unterhalb der Spezifikationen. Wenige Sekunden später hat sich der Ladekondensator bereits auf die Maximalspannung von ca. 14...16 V aufgeladen. Der Bereitschaftsstrom des Festplattenumschalters an 5VSB sinkt auf nurmehr 25 mA. Im Power-On-Zustand (PC läuft, ein Relais wird gehalten) liegt der Betriebsstrom an 5VSB kaum höher. Wenige Milliampere kommen dazu, weil die Portleitung für die ausgewählte Relais-Schaltstufe aktiv auf High gezogen wird. Auf der 12-Volt-Schiene kommt noch ein Strombedarf von etwa 40 mA hinzu, um das Relais zu halten.
Standby-Zustand: ca. 0,13 W, Power-On-Zustand: ca. 0,6 W
.



UEFI-BIOS: Tut mir leid - wenn's offen totalitär wird, hört meine Begeisterung für den sogenannten technischen Fortschritt auf!
Wer sich auf Secure Boot einlässt, ist faktisch auf die neuesten Mickymaus-Betriebssysteme und ganz wenige Linux-Distributionen von Gnaden der Industrie festgenagelt. Mal eben vom USB-Stick, von CD oder einer externen Festplatte ein Rettungssystem oder ein Datensicherungs-Tool booten soll unnötig kompliziert werden. Mal eben mit einer existierenden Installation auf Festplatte auf eine andere Hardware "umziehen" war schon in der Vergangenheit ein Krampf (mit Windows-Installationen), dank UEFI-Schikanen könnte es in Zukunft unmöglich werden. Das ist eben das übliche verkommene Spiel der heutigen IT-Branche: Wir sollen am besten alle paar Jahre alles neu kaufen, Hardware und Software. Wir sollen wertvolle Lebenszeit für das Erwirtschaften der nötigen Gelder opfern und dann nochmals viel Zeit für die Neuinstallation, Wiederherstellung einer brauchbaren Benutzeroberfläche und für das Abschalten diverser unnützer oder die Menschenwürde beleidigender Features. Mutwillige Verschwendung von Arbeitskraft, Energie und Ressourcen.
Denkende User sind freilich noch aus weiteren Gründen angenervt. Ein UEFI, das als "eigenständiges kleines Betriebssystem" daherkommt, eigenmächtig Netzwerkverbindungen herstellen und in laufende Datentransfers eingreifen kann, wird niemand, der noch bei Verstand ist, freiwillig auf seinem PC gewähren lassen. Wacht auf, ihr fortschrittsgläubigen Nerds und Propagandanutten des sogenannten "Webjournalismus"! Bei (U)EFI und diversen "Innovationen" der letzten Jahre ging es nie um mehr Sicherheit, sondern immer nur darum, den Anwender im Interesse der Monopolisten, der Hardwarehersteller und Geheimdienste effektiv zu versklaven.
Tipp zur Risikominderung: Mainboards für industrielle Anwendungen kommen oft noch mit einem klassischen BIOS daher - aus Sicherheitsgründen! Oder wir halten in der Zukunft gezielt nach Modellen Ausschau, die mit Coreboot bestückt werden können.


Betriebserfahrungen - Update 07/2015: Seit zwei Jahren betreibe mehrere dieser Festplattenumschalter in verschiedenen PC-Systemen, eines davon ist meine 'Produktivkiste'. Was soll ich sagen - die großen alles infragestellenden Bootprobleme oder unerwartetes Startverhalten sind bisher ausgeblieben... Keine Beanstandungen. Insbesondere zeigten die S.M.A.R.T.-Werte keinerlei Hinweise auf unsaubere Power-Zyklen.
Ein Rechner arbeitet mit toppmodernen SSDs. Hier hatte ich zunächst die Befürchtung, dass es zu den erwähnten "Schmutzeffekten" an den stromlos geschalteten Relaiskontakten kommen könnte. Ripple-Messungen hinter den durchgeschalteten Kontakten zeigten jedoch nie ein verdächtiges Kruscheln.


Lizenz: Das vorgestellte Projekt "BootSwitch" (Hardware, Software und Firmware) ist eine freie und offen dokumentierte Eigenentwicklung, die ich der Weltgemeinschaft unter den Bedingungen der Creative Commons - Namensnennung - Weitergabe unter gleichen Bedingungen kostenlos zur Verfügung stelle. Jedem steht es frei, die Entwicklung in der vorgestellten oder einer abgewandelten Form für private oder kommerzielle Zwecke weiterzuverwenden, soweit mit den Lizenzbedingungen vereinbar.



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Download




Links

  1. Wikipedia zu Bootmanagern: http://de.wikipedia.org/wiki/Bootmanager

  2. SATA-Spezifikation (Revision 3), kostenloser Download:
    http://www.lttconn.com/res/lttconn/pdres/201005/20100521170123066.pdf

  3. Wikipedia zu PC-Netzteilen: http://de.wikipedia.org/wiki/PC-Netzteil

  4. Datenblätter:
    ATtiny2313 (ATMEL/microchip): ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel-2543-AVR-ATtiny2313_Datasheet.pdf
    MAX232 (Originalhersteller MAXIM): http://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX220-MAX249.pdf
    Standard-Optokoppler PC817X: http://pdf.datasheetcatalog.net/datasheet/Sharp/mXruvuu.pdf
    Schottky-Diode SR160 (1A,60V): http://www.datasheetcatalog.com/datasheets_pdf/S/R/1/6/SR160.shtml
    NPN-Schalttransistor BC337: http://www.fairchildsemi.com/ds/BC/BC337.pdf
    Technische Erläuterungen Relais (Fa. Finder): http://gfinder.findernet.com//assets/Series/357/S41DE.pdf

  5. Download Benchmark-Tool "CrystalDiskMark": http://www.chip.de/downloads/CrystalDiskMark-Portable_47831538.html

  6. Bezugsquelle aller Komponenten: www.reichelt.de

  7. J.Thomas: "Festplattenumschalter als Bootmanager", FUNKAMATEUR 09/2014, S. 948ff  www.funkamateur.de


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