專利名稱：用于校正硬盤驅(qū)動器中的頭傾斜的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硬盤驅(qū)動器。
背景技術(shù)：
當(dāng)致動器頭組與盤組之間存在機(jī)械傾斜時，硬盤驅(qū)動器(HDD)的性能下降。這樣的傾斜可以由包括HDD盒變形等的很多因素引起。因為當(dāng)發(fā)生頭切換時，機(jī)械傾斜需要致動器的額外的物理運(yùn)動，所以出現(xiàn)性能下降。在能夠成功讀取/寫入數(shù)據(jù)之前，致動器將目標(biāo)頭定位在目標(biāo)軌道上的這一物理運(yùn)動花費(fèi)有限數(shù)量的時間。如在此認(rèn)識到的，如果系統(tǒng)未考慮由于傾斜而引起的這一額外的查找時間，則結(jié)果可能是錯過目標(biāo)數(shù)據(jù)扇區(qū)，于是需要盤的全程旋轉(zhuǎn)(revolution)以重試讀取/寫入操作。本發(fā)明理解，移動致動器以調(diào)整機(jī)械傾斜所需要的額外時間、和由于未考慮此額外時間而導(dǎo)致的增大的錯過旋轉(zhuǎn)的機(jī)會，導(dǎo)致了盤驅(qū)動器的性能降低。
如本發(fā)明進(jìn)一步認(rèn)識到的，在沒有對當(dāng)前與目標(biāo)頭之間的機(jī)械傾斜幅度的預(yù)先認(rèn)識的情況下，伺服機(jī)構(gòu)必須等待，直到形成對目標(biāo)頭的電連接，并且在盤上“看到”有效的PES值，使得可以進(jìn)行正確的查找(方向和長度)為止。這樣，傾斜問題使伺服機(jī)構(gòu)不能在形成到目標(biāo)頭的電連接之前“提早移動”?！疤嵩缫苿印迸c等待到形成電連接為止之間的延遲也花費(fèi)寶貴的時間，這使I/O性能下降。
除了上述考慮之外，本發(fā)明在認(rèn)識到可以使用旋轉(zhuǎn)定位最優(yōu)化(RPO)算法來將HDD控制器隊列中的命令重新排序以優(yōu)化執(zhí)行的同時，還認(rèn)識到為了對命令排序做出最佳選擇，RPO算法必須能夠準(zhǔn)確地估計執(zhí)行每個命令所需的時間，而這一估計取決于移動致動器以到達(dá)下一命令的正確位置所必須經(jīng)過的查找長度。如果所使用的查找長度基于“邏輯”查找長度，這意味著通過(基于格式計算)確定目標(biāo)軌道并減去當(dāng)前軌道來計算查找長度，而沒有對由于機(jī)械傾斜而引起的任何查找長度修改的校正，則估計將是錯誤的。如在此理解的，由于未能考慮真實的“物理”查找長度(其基于邏輯查找長度加上對傾斜的校正)，因此可能從用來進(jìn)行查找時間估計的表中選擇不正確的信息，或者把不正確的信息輸入到用來進(jìn)行查找時間估計的函數(shù)中。在這些情況下，RPO算法的命令排序?qū)⒉皇亲顑?yōu)的。對真實物理查找長度的不準(zhǔn)確認(rèn)識使任何自適應(yīng)RPO算法的“學(xué)習(xí)”過程惡化的事實還使得該問題進(jìn)一步加劇。結(jié)果可能是對命令隊列的不準(zhǔn)確排序，這最終導(dǎo)致更進(jìn)一步降低I/O性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實現(xiàn)硬盤驅(qū)動器(HDD)中的代碼架構(gòu)，其測量頭之間的機(jī)械傾斜，然后計算用于RPO排隊計算的真實物理查找長度(與邏輯查找長度相對)。此外，可以由伺服機(jī)構(gòu)使用該傾斜信息，以在形成與目標(biāo)頭的電連接之前開始向目標(biāo)軌道移動致動器。通過對RPO種類進(jìn)行更適當(dāng)?shù)倪x擇，并通過減小伺服機(jī)構(gòu)中的短程查找和頭切換次數(shù)，這些優(yōu)點(diǎn)均帶來優(yōu)良的性能。
因此，HDD包括盤組、頭組、和確定表示盤組與頭組之間的機(jī)械傾斜的傾斜查找距離的控制器?？刂破鲗A斜查找距離加到邏輯查找距離上，以確定對確定估計訪問時間(EAT)有用的總查找距離?？刂破鬟€使用傾斜查找距離來在形成與目標(biāo)頭的電接觸之前預(yù)先定位目標(biāo)頭。
在優(yōu)選實施例中，伺服機(jī)構(gòu)緊接形成目標(biāo)頭與控制器的電連接之前測量與控制器電接觸的當(dāng)前頭的位置。伺服機(jī)構(gòu)還在剛剛形成與目標(biāo)頭的電連接之后測量目標(biāo)頭的位置。傾斜查找距離基于目標(biāo)頭的位置與當(dāng)前頭的位置之差。
優(yōu)選的控制器訪問傾斜值表來確定平均總傾斜查找距離?？梢允褂每偛檎揖嚯x來訪問至少一個(RPO)表，并且可以使用其來修改RPO表?？偛檎揖嚯x還可以由控制器用來操縱伺服機(jī)構(gòu)，以便在目標(biāo)頭和控制器之間建立電連接之前移動致動器。
在另一方面，硬盤驅(qū)動器(HDD)包括至少一個旋轉(zhuǎn)盤、頭組、和HDD控制器，其中HDD控制器控制頭組，并進(jìn)行下面的至少一項執(zhí)行隊列中的命令，以及至少部分基于頭組與至少一個盤之間的機(jī)械傾斜而在形成其與目標(biāo)頭的電接觸之前預(yù)先定位目標(biāo)頭。
在另一方面，HDD包括盤組、頭組和控制器，其中，控制器基于當(dāng)前頭位置與目標(biāo)頭位置之差來確定機(jī)械傾斜，并進(jìn)行下面的至少一項使用所述差來確定對于確定估計訪問時間(EAT)有用的物理查找距離，以及使用所述差來在形成與目標(biāo)頭的電接觸之前預(yù)先定位目標(biāo)頭。


參考附圖，可以最好地理解本發(fā)明的細(xì)節(jié)，包括其結(jié)構(gòu)和操作，其中，相同的標(biāo)號表示相同的部分，并且其中圖1是硬盤驅(qū)動器的示意圖，其中示出了盤組，并示出了與盤組之間的傾斜被夸大的頭組；以及圖2是本邏輯的流程圖。
具體實施例方式
首先參考圖1，示出了被一般地指定為10的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，其包括盤組12，該盤組12具有支撐在主軸16上的多個等間距的盤14。盡管示出了3個盤14，但是盤組12可以有更多或更少的盤。頭組18包括多個末端安裝了各自的讀取/寫入頭22的平行臂20，其中，所述讀取/寫入頭22用于從頭22分別定位于其上方的盤14讀取和寫入數(shù)據(jù)。圖1示出頭組18可以相對于盤14的平行平面機(jī)械傾斜，即本發(fā)明所要解決的問題。
頭組18可以由響應(yīng)于來自硬盤驅(qū)動器(HDD)控制器26的命令的伺服機(jī)構(gòu)24來移動。HDD控制器26通過多路復(fù)用預(yù)放大器28而每次與一個頭22電連通(處于電接觸)。根據(jù)下面闡述的公開內(nèi)容，HDD控制器26可以訪問存儲器30，以訪問表示頭組18與盤組12之間的機(jī)械傾斜值的一個或多個表。存儲器30還可以包含根據(jù)本領(lǐng)域已知的措施來使用的RPO表(或者，等價的是，RPO函數(shù))，來確定HDD控制器28的隊列中的I/O請求的期望的訪問次數(shù)，以按照使性能最優(yōu)化的方式來給請求排序。所使用的特定RPO算法不是構(gòu)成本發(fā)明的整體所必需的。本發(fā)明適用于在算法的計算中使用查找長度的任何命令重新排序算法。存儲器30可以在HDD控制器26的存儲器中實現(xiàn)。
參考圖2可以了解本發(fā)明的邏輯。在框32，當(dāng)即將發(fā)生頭切換時，即，HDD控制器26在與當(dāng)前頭22電接觸的情況下，確定其必須形成與和盤組12中另一個盤關(guān)聯(lián)的目標(biāo)頭22的電接觸時，在框34，伺服機(jī)構(gòu)24在終止其與當(dāng)前頭的電連接之前，測量當(dāng)前頭相對于其對應(yīng)的盤的實際位置?？梢愿鶕?jù)本領(lǐng)域中已知的措施，例如，通過使用例如盤上的伺服圖案來指明當(dāng)前頭處于哪個區(qū)、柱面和扇區(qū)的上方來測量該位置。
在框36，將電接觸切換到目標(biāo)頭。然后，在框38，由伺服機(jī)構(gòu)24測量目標(biāo)頭的位置。當(dāng)前頭位置與目標(biāo)頭位置之差表示當(dāng)前頭與目標(biāo)頭之間的機(jī)械傾斜。具體地說，如果確定當(dāng)前頭在軌道95上方，則在無傾斜的情況下，目標(biāo)頭也在軌道95上方，但是在存在傾斜的情況下，目標(biāo)頭將在另一個軌道如軌道98的上方。應(yīng)當(dāng)理解，在確定傾斜時，優(yōu)選地，通過適當(dāng)?shù)丶由匣蛘邷p去眾所周知的頭上的讀取元件離開寫入元件的MR偏移量，而將該MR偏移量考慮在內(nèi)，其中，所述MR偏移量主要由于旋轉(zhuǎn)致動器的偏斜效應(yīng)而引起。
在框40，將傾斜信息存儲在例如傾斜值表中，其中，該表可以具有與頭的數(shù)量一樣多的行和列。在優(yōu)選實施例中，因為傾斜可能隨時間而改變，所以保存傾斜的移動平均(running average)，其中將最新值與為那個條目提供的其它值平均。
傾斜表可以用任意數(shù)目的方式來構(gòu)建。例如，可以保持各對頭之間的各個傾斜值。或者，可以將全部傾斜值都涉及一個基準(zhǔn)頭?？梢酝ㄟ^插值法將兩個頭之間的實際傾斜擴(kuò)展到其它頭對的傾斜值。這可以意味著每當(dāng)完成頭切換時就更新全部傾斜值，其中實際傾斜值與切換中的特定頭對相互關(guān)聯(lián)，而通過插值法來更新所有其它值。
在框42，對于HDD控制器26的隊列中的后續(xù)I/O請求排序，取代使用邏輯查找距離，在請求排序算法中計算和使用物理查找距離。物理查找距離可以與按(使用例如區(qū)-柱面-頭-扇區(qū)轉(zhuǎn)換技術(shù))常規(guī)確定的邏輯查找距離在需要頭切換時加上傾斜距離值(根據(jù)傾斜的方向，其可以為負(fù))得到的和有關(guān)。然后，例如在使用PRO表的實現(xiàn)中，當(dāng)計算EAT(估計訪問時間)時，使用物理查找距離來從RPO表中選擇適當(dāng)?shù)闹怠?br> 除了上面的內(nèi)容以外，在框44，使用傾斜表中的值來確定在新的查找命令中涉及頭切換時伺服機(jī)構(gòu)必須將致動器向哪個方向移動多遠(yuǎn)。這種對存在傾斜的情況下的實際查找方向和幅度的預(yù)先認(rèn)識使得伺服機(jī)構(gòu)即使在形成到目標(biāo)頭的電連接之前，也能夠開始移動致動器，這減少了開銷時間，從而提高了性能，特別是對于有很多短程查找的小分區(qū)或非常高的隊列深度更是如此。還使用物理查找距離取代邏輯查找距離來在RPO表的學(xué)習(xí)過程期間根據(jù)本領(lǐng)域已知的RPO學(xué)習(xí)原理來適當(dāng)?shù)馗翿PO表(或者適當(dāng)情況下為函數(shù))。更具體地說，優(yōu)選如下更新所述表通過確定緊接切換電連接之前當(dāng)前頭的位置與剛剛將電連接切換到目標(biāo)頭之后目標(biāo)頭的位置之差，加上(，或適當(dāng)情況下為減去)在框44執(zhí)行的任意致動器的預(yù)移動，來計算在確定物理查找長度時使用的“新”傾斜值。可以根據(jù)本領(lǐng)域中眾所周知的伺服原理，使用在預(yù)移動期間提供給伺服機(jī)構(gòu)的電流、已知的致動器的轉(zhuǎn)動慣量以及音圈馬達(dá)(VCM)的扭矩常數(shù)，來確定致動器預(yù)移動的量。
盡管如在此示出并詳細(xì)描述的特定的用于校正HDD中的頭傾斜的系統(tǒng)和方法完全能夠達(dá)到本發(fā)明的上述目的，但應(yīng)當(dāng)理解的是，它是本發(fā)明目前的優(yōu)選實施例，從而表示由本發(fā)明所廣泛考慮的主題，本發(fā)明的范圍完全包括可以對本領(lǐng)域技術(shù)人員變得明顯的其它實施例，因此，本發(fā)明的范圍將不受除了所附權(quán)利要求之外的任何事物的限制，其中，以單數(shù)形式提到元件并不意味著“一個且只有一個”(除非這樣明確地說明)，而是“一個或多個”。設(shè)備和方法沒有必要解決由本發(fā)明尋求解決的每一個問題，因為其將被提供的權(quán)利要求包含。此外，在本公開中沒有元素、組件或方法步驟意欲獻(xiàn)給公眾，不論是否在權(quán)利要求中明確敘述了該元素、組件或方法步驟。在這里，權(quán)利要求中的元素將不在35 U.S.C.§112第六款的規(guī)定下進(jìn)行解釋，除非使用短語“用于......的裝置”來明確地闡述該元素，或者在方法權(quán)利要求的情況下，將該元素作為“步驟”而不是“動作”進(jìn)行闡述。在沒有這里明確的限定的情況下，權(quán)利要求中的術(shù)語將被賦予與本說明書和文件歷史不相矛盾的全部普通的和慣常的含義。
權(quán)利要求
1.一種HDD，包括盤組；頭組；和控制器，其確定表示盤組與頭組之間的機(jī)械傾斜的傾斜查找距離，并進(jìn)行下面的至少一項將傾斜查找距離加到邏輯查找距離上，以確定對于確定估計訪問時間(EAT)有用的總查找距離，以及使用該傾斜查找距離來在形成與目標(biāo)頭之間的電接觸之前預(yù)先定位目標(biāo)頭。
2.如權(quán)利要求1所述的HDD，包括伺服機(jī)構(gòu)，其緊接目標(biāo)頭與控制器的電連接之前測量與控制器電接觸的當(dāng)前頭的位置，該伺服機(jī)構(gòu)還在剛剛形成與目標(biāo)頭的電連接之后測量目標(biāo)頭的位置，傾斜查找距離基于目標(biāo)頭的位置和當(dāng)前頭的位置之差。
3.如權(quán)利要求1所述的HDD，其中，控制器訪問傾斜值表來確定平均傾斜查找距離。
4.如權(quán)利要求1所述的HDD，其中，使用總查找距離來訪問至少一個(RPO)表。
5.如權(quán)利要求4所述的HDD，其中，控制器使用總查找距離和致動器預(yù)移動距離來修改RPO表。
6.如權(quán)利要求1所述的HDD，其中，控制器使用總查找距離來操縱伺服機(jī)構(gòu)，以便在目標(biāo)頭與控制器之間建立電連接之前，移動與目標(biāo)頭相關(guān)的致動器。
7.一種硬盤驅(qū)動器(HDD)，包括至少一個旋轉(zhuǎn)盤；頭組；和至少一個HDD控制器，其控制頭組，并進(jìn)行下面的至少一項執(zhí)行隊列中的命令，以及至少部分基于頭組與至少一個盤之間的機(jī)械傾斜而在形成其與目標(biāo)頭的電接觸之前預(yù)先定位目標(biāo)頭。
8.如權(quán)利要求7所述的HDD，包括伺服機(jī)構(gòu)，其緊接目標(biāo)頭與控制器的電連接之前測量與控制器電接觸的當(dāng)前頭的位置，該伺服機(jī)構(gòu)還測量目標(biāo)頭的位置，傾斜查找差基于目標(biāo)頭的位置與當(dāng)前頭的位置之差。
9.如權(quán)利要求7所述的HDD，其中，控制器訪問傾斜值表來確定平均傾斜查找距離。
10.如權(quán)利要求7所述的HDD，其中，至少部分地使用傾斜查找差來訪問至少一個(RPO)表。
11.如權(quán)利要求10所述的HDD，其中，控制器使用所述距離和致動器預(yù)移動距離來修改RPO表。
12.一種HDD，包括盤組；頭組；和控制器，其基于當(dāng)前頭位置與目標(biāo)頭位置之差來確定機(jī)械傾斜，并進(jìn)行下面的至少一項使用所述差來確定對于確定估計訪問時間(EAT)有用的物理查找距離，以及使用所述差來在形成與目標(biāo)頭的電接觸之前預(yù)先定位目標(biāo)頭。
13.如權(quán)利要求12所述的HDD，包括伺服機(jī)構(gòu)，其緊接目標(biāo)頭與控制器的電連接之前測量與控制器電接觸的當(dāng)前頭的位置，該伺服機(jī)構(gòu)還測量目標(biāo)頭的位置。
14.如權(quán)利要求12所述的HDD，其中，控制器訪問值表來確定平均差。
15.如權(quán)利要求12所述的HDD，其中，使用至少表示所述差的值來訪問至少一個(RPO)表。
16.如權(quán)利要求15所述的HDD，其中，控制器使用所述差和致動器預(yù)移動距離來修改RPO表。
17.如權(quán)利要求12所述的HDD，其中，控制器使用表示所述差的值來操縱伺服機(jī)構(gòu)，以在目標(biāo)頭與控制器之間建立電連接之前移動與目標(biāo)頭相關(guān)的致動器。
全文摘要
通過每次將電接觸從當(dāng)前頭切換到目標(biāo)頭時，(基于當(dāng)前頭的位置)確定目標(biāo)頭距離其期望位置的偏移量，來測量硬盤驅(qū)動器(HDD)中的頭組與其關(guān)聯(lián)盤組之間的傾斜。存儲移動平均傾斜值，并使用該值來修改旋轉(zhuǎn)定位最優(yōu)化(RPO)算法中使用的邏輯查找距離，以更好地對隊列中的I/O請求排序。此外，伺服機(jī)構(gòu)可以使用該移動平均傾斜值來在形成與目標(biāo)頭的電接觸之前預(yù)先定位目標(biāo)頭，以提高操作速度。
文檔編號G11B21/02GK1661711SQ20041009806
公開日2005年8月31日 申請日期2004年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月25日
發(fā)明者丹尼爾·J·奧爾巴克, 杰弗里·J·多貝克, 格雷戈里·M·弗里斯, 戴維·R·霍爾 申請人:日立環(huán)球儲存科技荷蘭有限公司