专利名称：数据存储设备和在数据存储设备中处理数据的方法
技术领域：
本发明涉及在数据存储设备上处理数据的方法，所说的数据存储设备包括数据存储介质，数据存储介质具有在其上确定的用户区和备用区，其中在检测在数据存储介质上的缺陷时，第一步是分配指定给缺陷的数据并将所说的数据映射到备用区。本发明进一步还涉及包括数据存储介质的数据存储设备，所说的数据存储介质按照预先确定的体系结构格式化，所说的体系结构包括多个至少一个格式特征并且具有在其上确定的一个用户区和一个备用区。
背景技术：
例如记录多媒体流如MPEG编码的视频信号的基于硬盘的设备需要实时文件系统来向一个盘上写入数据和读出数据。实时文件系统试图及时写入所有的文件，但有时例如因为盘的问题却不能成功。按照传统方式，通常有两种选择数据的写入非常晚或者放弃某些未写入的数据。第一种选择通常引起记录的缓冲器溢出，这可能导致明显的数据丢失。第二种选择也能导致数据丢失。传统的数据定向操作系统没有任何实时的要求，旨在谋求最大的数据完整性，延迟完成每一个命令，直到能够正确地执行时为止。
具体来说，实时音像应用要求硬盘驱动器能保证请求服务时间。这一请求不是总能满足的，因为服务时间有时有没预料到的延迟。替代的扇区，即分配给盘上远端备用区的缺陷扇区的数据，就是产生这种延迟的原因之一。延迟主要来源于对于替代的扇区的搜索以及对于已经分配了缺陷扇区数据的远端备用区的访问。这样的远端备用区定位在除了缺陷扇区初始访问的轨道以外的轨道(一个或多个)上。从而。轨道切换以及探索时间引起这样的延迟。
在美国专利6101619中，提出了一个方案，通过在通常的数据访问后的优选的晚些时间访问替代的扇区来减小搜索数目。在美国专利5166936或WO98/03970中，建议使用轨道的低电平格式化来建立良好的数据轨道，并且阻止对缺陷的进一步访问。这样一些措施要花费相当大的努力，并且只能在闲置时间进行。然而，应该保证这种事务处理系统没有电源故障。
此外，在美国专利6034831中建议如果缺陷区的大小不超过阈值大小，则向原始轨道上实质上相邻的非缺陷区写入本来计划要向缺陷区写入的数据，并且如果缺陷区的大小超过阈值大小，则向原始轨道外边的远端非缺陷区写入这样的数据。
这一方案将要求有一个轨道开关，并且只限制在有限的缺陷区阈值大小，这个阈值大小最好只是一个扇区。还有，这个方案在访问一个缺陷区或者包含有缺陷的、替代的或分配的扇区的情况下不能保证请求服务时间。
发明内容
这就是本发明要解决的问题，本发明的目的是规定一种方法，用于处理在包括数据存储介质的数据存储设备上的数据，具体来说，规定一种方法，用于处理在包括数据存盘的盘驱动器上的数据，通过所述的方法可以保证请求服务时间，即使访问包含有缺陷的或替代的扇区的存储介质的区域的情况下亦是如此。本发明的另一个目的是规定包括数据存储介质的数据存储设备，具体来说，规定包括数据存储盘的盘驱动器，从而即使访问包含有缺陷的或替代的扇区的存储介质的区域的情况下，也能保证请求服务时间。
涉及方法的目的是通过在包括数据存储介质的数据存储设备上处理数据的方法解决的，具体来说，是通过在包括数据存储盘的盘驱动器上处理数据的方法解决的，所说的数据存储介质具有在其上面确定的用户区和备用区，并且其中在检测介质上的缺陷时，第一步是将指定给缺陷的数据分配到备用区，并且其中按照本发明在下一步提供有关用户区中的一个连续自由区的大小的信息，并且如果连续自由区的大小大于或等于已确定的阈值大小，将备用区中分配的数据至少部分地重新分配到这个连续自由区内。
应该认识到，即使原本调度给缺陷区的数据分配给、重新放置到、或重新映射到远端备用区，这也可能引起严重的性能损坏。实践中，远端备用区中分配的数据通常不在分配单元的最后发生，它是文件系统中的最小可寻址单元。期望的方案是能够分配或重新映射数据到分配单元的最后的方案。因此，主要的思路就是重新分配和重新映射在远端或其它备用区中映射过的数据。优选的作法是，如果连续自由区的大小大于或等于已确定的阈值大小，则重新分配整个数据，但至少部分地把数据重新分配到用户区中的一个连续自由区内。在实践中，这样的重新分配和重新映射最好在分配单元结束时发生。因此，通过所建议的方法，可明显减小性能的损坏。总之，正是基于这种思路，将在备用区中分配、映射、或放置的数据转换成在连续自由区中(最好在用户区中)的重新分配和重新映射的数据。
在从属方法权利要求中进一步概括了连续开发的结构。
在优选的结构中，通过一个主机提供信息，所说的主机通过接口连接到设备。使用这个信息重新分配在远端或其它备用区中映射过的数据，使其进入连续自由区。这个信息可以包含连续自由区的位置和大小。最好不必追踪整个介质的一系列自由区。有效的作法是确定阈值大小，这个阈值大小实质上等于用户区中最大的连续自由区的大小。具体来说，主机可以声明最大的连续自由区不是最新的释放区。有益的作法是，还可以确定阈值大小，它与备用区中映射的数据的一个逻辑连续顺序相关联。这样就可以有效地重新分配数据。
在另一种结构中，还可以通过设备所包括的一个控制器来提供所说的信息。这一开发结果使设备负责有关缺陷处理的所有信息，因此几乎只由设备来执行缺陷处理，具体来说只由控制器单独执行缺陷处理，即，缺陷处理在空中(on-the-fly)进行，不占据主机。可由主机提供的唯一信息就是连续自由区产生的信息。
主机的文件系统可以作极其类似的事情，并且如果需要，实际上可以允许在用户区中保留或产生更多的自由区或备用区。至少，主机可以用标准的方法找出映射的扇区。
在另一个结构中，最好将缺陷数据重新映射和/或重新分配到优选的预定地址区。最简单的处理方法是，只要不是必要的，决不再检查这样的地址区。
在另一个结构中，在存储设备和主机之间的协议可以记录如以上所述的数据的重新分配的信息。
在一个优选的连续开发的结构中，可以提供多个备用区阵列，它们对于远端备用区是附加的或者是单独的，并且每个备用区阵列可以分别指定给数据存储介质的多个格式特征中的实质上每一个，因此可以用作用户区中的连续自由区。由于一个盘驱动器包括的数据存储盘上的格式特征可以被具体理解为一个区域，所以在多个盘的情况下的轨道或轨道柱面，应该被理解为一个轨道上的块或以及一个扇区。由于在每个轨道上借此可提供备用扇区，所以在不切换轨道的情况下，在每个数据传输访问到达时间内，可以重新分配曾在远端备用区中映射和分配过的任何数据。所建议的方法的这种配置可以在没有主机干预的情况下自动地进行，即，通过设备进行。还有，这种配置可以在空中进行，因为从逻辑的地址映射到物理的地址映射是在数据存储设备的控制器中进行的。即使在每个数据传输访问到达时没有任何一个备用区可以利用，数据的转换也能自动地进行。
即使这样的备用区阵列碰巧被完全占据，也可能将相应的数据重新分配到用户区中的一个连续自由区。
数据最好通过滑移(slipping)来重新分配。这就意味着，不仅有从逻辑的地址映射到物理的地址映射的移动，而且有相应扇区的内容的移动。在远端备用区中原始分配的尽可能远的数据按照前后的顺序重新分配到连续自由区。
有益的作法是，在另外的步骤中，重复地进行数据从一个备用区到用户区的重新分配和重新映射，直到在用户区的连续自由区中重新分配了至少一个逻辑连续序列的最好所有的数据时为止。优选地，数据的重新分配至少以一个分配单元为单位进行。追寻的目标是至少一个逻辑连续序列的所有数据全部重新分配。由此，基本上可以防止性能的损坏，因为对于在远端备用区中映射的数据进行轨道切换或数据搜索都是不必要的了。
在优选的结构中，不必在误差校正码(ECC)中加入逻辑块地址。具体来说，优选的作法是，对于误差校正码使用物理块地址来代替逻辑块地址。这样，在映射发生变化的情况下，就不再需要数据存储介质的整个格式化或低水平格式化。通过使用物理块地址，如果在提出的数据存储介质的逻辑地址映射到物理地址映射过程中发生了任何变化，每个扇区的误差校正码在就不必随之进行更新。在数据存储介质的误差校正码中使用物理块地址，允许有效地不断地更换介质。
此外，本发明导致包括数据存储介质的数据存储设备，具体来说，本发明导致包括数据存储盘的盘驱动器，数据存储介质按照预先确定的体系结构格式化，体系结构包括多个至少一个格式特征并且具有一个用户区和一个备用区，借此可实现涉及数据存储设备的目的。按照本发明，在这种数据存储设备中，格式的体系结构提供多个备用区阵列，每个备用区阵列分别指定给多个格式特征中的每一个。具体来说，在包括数据存储盘的盘驱动器中，可以从包括区域、柱形、和轨道的组中选择这样的格式特征。
在从属的设备权利要求中进一步概括了继续开发的结构。
有益的作法是，格式的体系结构提供多个备用区阵列，其中每个备用区阵列分别指定给多个轨道中的每一个。
此外，提出的数据存储设备最好包括读出/写入头、转动数据存储介质的驱动器、移动读出/写入头的伺服机构、具有控制电路的控制器、微处理器和存储器、和用于连接设备到主机的接口。
现在参照附图描述本发明。附图示意地表示与现有技术比较的本发明的优选实施，但不是按照比例表示与现有技术比较的的本发明的优选实施，这些附图是图1是现有技术的硬盘驱动器；图2a是具有远端备用区的现有技术的硬盘驱动器；图2b是具有常规偏斜的现有技术的硬盘驱动器；图3a是在优选实施例中扇区跳过和滑移的方案；图3b是按照本发明的优选实施例对由于产生的缺陷进入一个备用区而引起的缺陷的扇区分配和映射方案；图4是按照本发明的一个优选实施例的在一个备用区中原始映射所产生的有缺陷的数据重复地、部分地重新分配和重新映射到用户区的连续自由区中的例子；图5是在数据存储盘的基本上每个轨道上提供的有关非远端备用区阵列的另一个优选实施例的例子；图6a是在按照本发明的优选实施例的硬盘驱动器上非远端备用区阵列的一部分的一个非远端备用区扇区；图6b是在按照本发明的优选实施例的每个轨道上考虑到备用区阵列的硬盘驱动器的扩展偏斜。
具体实施例方式
图1表示一个硬盘驱动器1的结构，它包括数据存储盘2、读写头3、围绕主轴4转动数据存储盘2的驱动器(未示出)、围绕轴5移动读写头3到盘2上预先确定的位置以传送数据的伺服机构(未示出)。通过作为盘驱动器的控制器6的一部分的读写电路和伺服电路控制读写头3。控制器6进一步还包括一个格式器电路，格式器电路在数据请求时将这样的请求转换成盘2的格式特征的对应的数字。通过接口和接口电路可以从主机7接收这样的数据请求。此外，控制器6包括微处理器、ROM和RAM，如缓冲存储器。
按照一种格式体系结构，盘2包含多种格式特征，它是从区域9、10、11的组中选择出来的，每个区域都包括多个轨道8。一个轨道再分成多个块12、13、14。优选的作法是，所有的块12、13、14都具有相同的数据容量大小。因为每个轨道的块数对于不同的轨道或不同的区域是可以改变的，所以还可以通过伺服楔形块15分割某些块。伺服楔形块甚至于还可以围绕盘2径向分隔开，像轮子的轮辐一样。如果盘驱动器1包含多个盘2的多个读写头3，则一个盘2的轨道8和另外的盘的在相同的半径处的相应的轨道8称之为轨道柱面。在这种情况下，每个轨道指定一个对应的轨道柱面。此外，在常规的驱动器中，在盘2上提供远端备用区16，远端备用区即在盘2的内部圆周上的一个或多个轨道。还可以按照常规的方式提供这样的远端备用区，这样的远端备用区即是在盘的其余区域的另外的圆面上的均匀分隔开的备用轨道。
对于不同的厂家和不同的产品系列，远端备用区的数目、大小、和位置可以有所不同。例如可以是如图2a所示的在地址空间中的一系列均匀隔开的远端备用区16。还可以是定位在内部直径上的只有一个远端备用区16，在如图1所示的用户可寻址区的外部。
每个数据存储设备，具体来说就是盘驱动器，根据结构和处理方法，可以有一个最大服务时间。一个驱动器的最大服务时间就是数据传输和最大存取时间的总时间，可使用公式T＝AX+B来计算。参数A是单个扇区的传输时间，用每个扇区多少时间来表示。参数X是要传输的扇区的数目，参数B是最大存取时间，最大存取时间是寻找时间与转动等待时间(latency time)之和。转动等待时间具体来说可以产生读写头必须切换到下一个轨道的时间，但不仅如此。在本发明的优选实施例中，下一个轨道最好限于一个整圈。
还有一些情况是，在这个最大存取时间内常规的驱动器不能实现某种请求。这些情况的例子是，由于误差校正码的错误引起的重新尝试、由于冲击和振动引起的伺服差错、和硬件差借。硬件差错是由于介质缺陷引起的，并且可以由驱动器的缺陷管理按常规的方式处理。当误差校正码的错误不能利用几次重新尝试进行校正的时候，那么这个错误很可能就是由介质缺陷引起的。为了验证这个错误是由介质缺陷引起的，驱动器要在每个有缺陷的扇区上执行介质测试。介质测试包括读写头检验，其中对于怀疑的扇区要读、写几次。如果其中的任何一次出现故障，则这个扇区有缺陷产生，按照常规的方式将其分配到远端备用区。图2a就是具有读写头3和包含两个远端备用区16的轨道8的数据存储盘的示意图。
图2b示意地表示在内部轨道8b附近的外部轨道8a在盘2的转动方向19的圆周方向角度18情况下的常规的轨道偏斜。对应称之为轨道8a和8b的起始扇区的对应的第一扇区为20a和20b。
如图2b所示，在硬盘驱动器中可以使用轨道偏斜来减小转动等待时间至最小。在驱动器必须切换到下一个轨道以访问序列的数据的时候转动等待时间开始产生。按常规的作法，偏斜要足够地大，以保证读写头3在下一个轨道上8b有足够的时间确定并读出切换到下一个轨道8b后的位置信息。这样的位置信息通常包含在每个轨道上的伺服楔形块15中。伺服楔形块还可以在盘上均匀地间隔开，像轮子的轮辐一样。因此，轨道偏斜在相邻的轨道中产生对应的扇区沿圆周方向彼此相对的相互移动。例如由于轨道的偏斜，相应的轨道扇区不是沿直线方向定位在径向方向，而是沿着如图1所示的弯曲的线17定位。
按照常规的方式，只有在制造期间才能跳过有缺陷的扇区。在如图3a所示的优选实施例中，在使用数据存储设备期间发生的情况是，所说的产生的缺陷可以是有缺陷的扇区3，这个扇区3可由下一个紧挨着的备用扇区代替，从而可以维持这个逻辑数据顺序的正常顺序。这一技术不再需要寻找另一个轨道来访问在远端备用区中分配的替换的扇区。如果在硬盘驱动器的应用期间产生缺陷(称之为已产生的缺陷)，则在这个实施例中，在现场应用期间，实现这种跳过和跳过方案。这是一个在很宽的不受限制的范围内可以应用的方案，因为例如在用户区上可以提供备用区或者在多个至少一个格式特征如轨道的实质上每一个提供备用区阵列。在应用期间发生的缺陷，如果发现，就将其分配到一个备用区，远端的或者非远端的。在此之后，可以在用户区的连续自由区中重新分配这些缺陷。
在图3b所示的情况下，在优选实施例中，物理扇区PBA3分配到在远端备用区16中的替换扇区S2，例如如图1和2a所示。逻辑地址LBA3映射到替换扇区S2。如图3a所示，将物理扇区PBA3转换成滑移的扇区。这就不仅允许将逻辑的地址映射移动到物理的地址映射，而且允许移动对应的扇区的内容。在图3a的例子中，这就意味着，逻辑块地址LBA3映射到物理块地址PBA4，逻辑块地址LBA4映射到物理块地址PBA5，逻辑块地址LBA5映射到物理块地址PBA6，如此等等。同时，定位在替代扇区S2的LBA3的内容须从S2重新分配到PBA4，PBA4的内容能移动到PBA5，如此等等。在字段中的这种滑移应该继续到达到一个自由扇区如备用扇区时为止。否则，可能存在从逻辑映射到物理映射的不连续，就像例如分配一个扇区到一个替换扇区时发生的情况那样。
有缺陷的扇区就像常规的作法那样没有重新分配的单次分配过程可以在盘驱动器的服务时间中引起额外的延迟。当驱动器1碰到有缺陷的扇区并且决定将其分配给远端备用扇区16时，读写头3要从用户区中有缺陷的扇区的轨道移动到远端备用区16中分配备用区的轨道。当正确的在读写头3的作用下转动时，数据就写入到备用区中。随后，如果驱动器必须恢复读或写，则读写头返回到发现有缺陷的扇区的原来的轨道8。由于要搜索和访问在远端备用区16中分配的扇区，所以这个过程要花费额外的时间读写头3必须移动到远端备用区16中的备用扇区以便在备用区上读出或写入，并且读写头3还必须返回以便恢复读出或写入。因此，在实时的音像应用中，处理数据的常规方法和常规的数据存储设备一旦出现差错根本不可能保征最大的服务时间。此外，还必须考虑传递错误的或不完整的数据到主机以及对于差错的报告。还有，当访问具有一个或多个差错扇区的数据库时，驱动器不能在最大服务时间内结束这个请求。
图4表示的按照本发明的优选实施例的例子是如何转换备用扇区S的一个备用存储能力SA中分配的扇区成为用户区UA中的滑移的或跳过的扇区，以及由此如何防止请求服务时间的延迟。在盘驱动器使用期间对于已产生的缺陷B为了重新分配采用跳过和滑移方案。将扇区重新分配到扇区F的一个连续自由区。备用区SA可以是图1或图2a的远端备用区16，或者是指定给如图6所示的实质上每个轨道的备用区SA，或者是如图7所示的分配给一个分配单元(具体来说基本上分配给每个分配单元)的备用区S。这一方案的根据是，与在远端备用区16中分配的扇区相比，滑移的扇区引起的性能损失小得多或者实质上可以忽略不计。按照所提出的这个思路，有可能保证请求服务时间，特别是对于音像应用更是如此。即使访问包含分配在远端备用区中的扇区的数据库，这也是对的，因为这些扇区重新分配到用户区UA的扇区F的连续自由区中。
下面详细描述按照本发明的优选实施例的所提出的构思的操作过程。
如以上所述，可能存在从逻辑映射到物理映射的不连续。这是在远端备用区16中分配扇区时出现的情况。在映射中的这种不连续称之为“气泡”。因此，在向远端备用区16分配有缺陷的扇区的情况下，只有一个气泡向一个备用区移动，这个仍旧还继续存在。这个气泡只有在它抵达具有足够多数目的自由扇区的一个自由区时才会消失。在按照所提出的思路的优选实施例中提供这样的自由区。
在图4的例中，通过滑移在制造期间由于在物理块地址PBA15的有缺陷的扇区一次，就可以提供一个制造的缺陷。这个缺陷由B指示，它就是图4的第一行中的坏的扇区，它的逻辑块地址为LBA15。
对于在图4的第二行中在PBA2的另一个已产生的缺陷，由B表示可能产生的另一个已产生的缺陷。用逻辑块地址LBA2表示的已产生的缺陷的相应的数据可分配和映射到在图4的第二行PBA10中用“2”表示的一个备用区内。在另一个步骤中，提供有关图4的第三行中在PBA1、PBA3、PBA4处用F表示的用户区的连续自由区的大小的信息。这样的信息最好由主机向驱动器提供，并且能作出声明最大的连续自由区和不是最新的释放区。这就意味着，硬盘驱动器不必追踪整个盘的自由区列表。如在图4的第三行所示的，驱动器使用这个信息来重新分配逻辑扇区滑移重新映射的扇区LBA2，并且在自由区结束时，在滑移停止的位置出现气泡扇区的新的类型，并且还要重新映射。一旦应用程序作出声明与气泡重叠的一个新的自由区，这个气泡将移动到这个区的结束，如图4的第四行的最后所示。对此进行重复，一直到应用程序最终断定有下边这样的一个自由区时为止这个自由区允许气泡移动进入在用户区中有足够大小的一个连续自由区，如图4的第五行所示。这时，已产生的缺陷B已经变成规则的经过滑移的扇区，这个扇区与重新映射或替代的扇区相比，可引起的性能损失要小得多。
有益地，与重新映射扇区相比，气泡趋向于引起小得多的性能损失，这是因为在实践中气泡的重新映射发生在分配单元的最后。对于一个气泡，硬盘驱动器在规则的数据传输结束时总是能够移动到气泡的重新映射位置。
当动态地使用盘空间时，图4中概括的思路工作得最好；当有足够多的“自由”声明时，特别是足够多的重叠“自由”声明时，气泡可能只移动到一个自由区。具体来说，所建议的这一思路在例如个人视频记录器的应用(例如TiVo公司的那些应用)中工作的情况很好。所述的这种类型的应用通常都包括一种服务，所说的服务例如包含电子节目指南，它可跟踪优选的节目分布。为此目的，数据存储设备(像硬盘驱动器、或者DVD)或者在所提出的这种类型的数据存储介质上处理数据的方法都是特别受益的。这是因为，对于所述的这种类型的应用，大多数盘的内容在几天之内就会更新。
要注意的是，气泡占据与滑移的或重新映射的扇区相同的额外数据存储能力。另一方面，对于气泡的当前位置，即“自由”声明的结束，需要一个额外的管理项目。
硬盘驱动器还可能确定朝向重新映射的缺陷向下移动的向下的气泡，或者可能确定如以上所述的向上的气泡。当向下的气泡遇到一个重新映射的缺陷时，或者碰到向上的气泡时，它们发生湮没，成为一个滑移的扇区。这有可能改善实际到达的滑移的扇区的统计特性。另一方面，向下的气泡在它存在期间占据额外的备用扇区，并且需要某些额外的管理。
即使在特殊的音像命令决不能访问重新映射的扇区的方案中，但气泡方案是有益的常规重新映射的扇区对应于总是在相同位置的差错。将它转换成气泡可以使误差有利地向自由区的结束处移动。由此，新的差错可能构成气泡，例如进入单个有损失的集团。因为气泡还要向上移动，所以这些气泡将在硬盘驱动器的自由区中蒸发。在主机一侧要提供额外的措施例如协议等，使其成为一个有保证的方案。即使按照一个简单的处理方法，提出的思路也有助于逐渐使系统清扫干净。
一种简单的差错报告机制，这种差错报告机制在有益地应用了自由命令以后通知主机有关最终的逻辑损坏的扇区。如果硬盘驱动器的备用区碰巧全部占满，盘在这种情况下只是声明这些扇区是损坏的。这就是气泡滑移方案仍旧是有益的道理之所在。所提供的机制是把多个损坏的扇区清扫到单个逻辑地址区，主机随后可能避开这个地址区。在自由命令后的差错报告机制仍旧还是优选的。
有益的是，上述的方案使驱动器负责操作。驱动器完全清楚缺陷的管理。需要作的唯一的事情是来自主机的自由信息和使气泡可以操作的气泡新概念。
主机的文件系统可能要作极其相似的相同的事情，并且如果需要，实际上可以保存或产生更多的备用区。最低的要求可以是，主机能够找出硬盘驱动器的重新映射的扇区，最好是用标准的方式寻找。最简单的处理方法可以是，决不重复使用具有重新映射的扇区的族。按照常规的方法，这对于族的大小通常为几百、几千、或者甚至于几万扇区的音像系统来说是耗费巨大。为了避免这样巨大的总空间损失，可以实施几个方案，其中包括以上所述的类似气泡的处理方法。所提出的方法在大的请求中总是能够提供可以跳过坏的或重新映射的扇区的有效的机制。
把一个大的请求切割成较小的一些请求是可能的，但可能有性能的损失，这与当前的128千字节的请求的大小限制产生的损失类似。可替换的方法是附加一个机制，以便向盘发出通知将来应该排除已知的坏的扇区。这最好由主机逐个扇区地开始，因为对于主机而言，跳过的方案是唯一容易在自由区中进行的方案。这种处理方法的优点是，主机能够很容易地产生较多的备用区。在主机和硬盘驱动器之间需要略多的协议只是一个小的缺点。
在图5中表示的是与基于轨道的备用组合在一起的气泡缺陷管理，这是另一个优选实施例。与上述的方案相结合，在实质上每个轨道8上可以提供由一系列备用扇区组成的一个备用区阵列SA，这还表示在图6a和图6b上。由此，优选的作法是，整个备用区可以是部分自由的或者全部自由的。如图5的第一行所示，带有PBA3和PBA4的物理扇区分别重新映射到PBA6和PBA7的备用扇区。在此之后，扇区滑移，备用扇区PBA7变为自由的。按照所提出的实施例，使用备用区阵列中的PBA13扇区代替。
在每个轨道上保存备用扇区意味着牺牲驱动器的容量和性能。因为在每个轨道上有较少的扇区，所以在盘的每圈转动读出或写入的数据也较少。所以，期望在每个轨道上有尽可能少的备用区。另一方面，不期望在一个所占据的轨道上具有所有的备用扇区。在这种情况下，另一个已产生的缺陷可能必须重新分配到另一个轨道上的备用扇区，这可能引起性能损失，并且请求服务时间可能会再次得不到保证。在这种情况下，可能再一次要像以上所述的那样，按照提出的思路，将重新分配的扇区转换成滑移的扇区。为了消除在主机和驱动器之间需要额外的协议以及对于如以上所述产生的气泡需要进行额外的管理这样一些小的缺点，所述的转换可自动地进行。来自主机的额外的自由信息可能会变为不必要的，在另一个优选实施例中还要对此进行描述。
在音像应用中，在每次盘的访问中要传送几兆字节的块。这样的块包括一系列轨道。例如，在当前的硬盘驱动器中，4MB的一个块包括10个以上的轨道，每个轨道的外径包括800个扇区。由于在每个轨道上或每个分配单元上都有备用扇区，所以驱动器在每个写入访问到达时间内通过重新分配可以滑过分配给远端备用区的任何一个扇区。以此方式，可以在不干预主机的情况下自动地滑过重新分配的扇区。进而，这还可以在空中进行，因为从逻辑的地址映射到物理的地址映射基本上是在硬盘驱动器的控制器中进行的。即使在每个写入访问到达时间内没有任何一个备用扇区，转换也将自动进行。结果是，将气泡引入到系统中。
在一般情况下，当在盘上分布一系列备用区SA、S时，例如如图6a、6b所示，并且这些备用区中的任何一个都被占满，可以使用转换重新分配的扇区为滑移的扇区来使备用区SA变为自由区。
最好将已产生的缺陷重新分配给最近的可利用的备用区SA、S。
最好在起始扇区20a、20b或伺服楔形块之前分配每个轨道8a、8b的上的备用扇区SA，并且分别延伸轨道偏斜18，如图6b中的标号28所示。在图6b中的弯曲的虚线21表示在轨道切换期间盘驱动器的读写头的移动21。这表明，在从轨道n开始的轨道切换21时，读写头3由于延伸的轨道偏斜28已经定位在新的轨道n+1上读或写备用扇区22b和起始扇区20b。轨道n的备用扇区22a在起始扇区20a或伺服楔形块之前。
已产生的缺陷最好重新分配给最近的可以利用的备用扇区SA。当由于最近的备用扇区占满必须再次重新分配已产生的缺陷的时候，相应的性能损失略大。
甚至于还有，当备用区SA占满时，特别是在实时应用中，最好采用如以上所述的机制。
因为常规的硬盘驱动器将逻辑块地址加入到误差校正码中，所以如果从驱动器的逻辑地址映射到物理地址映射过程中的任何改变由于每个扇区的误差校正码(ECC)都必须随之更新，至少一部分的盘必须改写。因此，为了采用上述的方案，最好在误差校正码(ECC)中(而不是在逻辑块地址中)使用物理地址，特别是物理块地址。
虽然已经描述和表示了被认为是优选的本发明的实施例，当然应该理解，在不偏离本发明的构思的情况下可以很容易地作出形式上的或者细节上的各种改进和变化。因此期望，本发明不限于这里表示和描述的准确形式或细节，也不限于少于这里公开的以及权利要求保护的本发明的整体内容中的任何部分。
权利要求
1.在包括数据存储介质(2)的数据存储设备(1)上用于处理数据的方法，具体来说在包数据存储盘(2)的盘驱动器(1)上用于处理数据的方法，介质具有在其上面确定的用户区(UA)和备用区(16、SA、22a、22b)，其中在检测到在介质(2)上的一个缺陷(B)时，在第一步，将指定给缺陷(B)的数据分配到备用区(16、SA、22a、22b)，其特征在于-在下一步中，提供有关用户区(UA)中的连续自由区(F)的大小的信息；-如果连续自由区(F)的大小大于或等于已确定的阈值的大小，则将在备用区(16、SA、22a、22b)中分配的数据至少部分地重新分配到用户区(UA)中的连续自由区(F)内。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于通过主机(7)提供所说的信息，主机(7)通过接口连接到设备(1)。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于确定的阈值大小与在备用区(16、SA、22a、22b)中映射的数据的至少一个逻辑连续顺序有关。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于阈值大小大体上等于在用户区中最大的连续自由区的大小。
5.根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其特征在于通过由设备(1)包括的控制器(6)提供信息。
6.根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其特征在于提供多个备用区阵列(SA、22a、22b)，每个阵列分别指定给多个格式特征中的实质上每一个，具体来说即轨道(8)，并且具体用作用户区中的一个连续自由区。
7.根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其特征在于数据是通过滑移重新分配的。
8.根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其特征在于在另外的步骤中，重复进行数据从备用区(SA、22a、22b)到用户区(UA)的重新分配和重新映射，直到在用户区(UA)的连续自由区(F)中重新分配了至少一个逻辑连续顺序的所有数据时为止。
9.根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其特征在于使用误差校正码，误差校正码具体基于物理块地址(PBA)，而不是逻辑块地址(LBA)。
10.根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其特征在于向优选的预先确定的地址区映射或重新映射有缺陷的数据。
11.根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其特征在于在数据存储设备(1)和主机(7)之间的协议记录有关数据的重新分配的信息，特别是有关重新映射的、映射的、和滑移的数据的信息。
12.根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其特征在于所述的方法适于在空中进行，特别是通过主要只由存储设备的控制器(6)的控制进行。
13.根据前述权利要求中任何一个所述的方法，其特征在于所述的方法适于在一个不分段的统一过程中实施，特别是适于在一个临时的不分段过程期间至少部分地由主机(7)控制的过程中实施。
14.一种包括数据存储介质(2)的数据存储设备(1)，具体来说一种包括数据存储盘(2)的盘驱动器(1)，所说的数据存储盘按照预先确定的格式体系结构格式化，所说的体系结构包括多个至少一个格式特征，特别是从包括区域、柱面、和轨道的组中选择出来的格式特征，并且具有在其上面确定的用户区和备用区，其特征在于格式体系结构提供多个备用区阵列，每个备用区阵列分别指定给多个至少一个格式特征中的实质上每一个。
15.根据权利要求14所述的数据存储设备，其特征在于格式体系结构提供多个备用区阵列(SA、22a、22b)，每个备用区阵列(SA、22a、22b)分别指定给多个轨道中的实质上每一个。
16.根据权利要求14或15所述的数据存储设备，其特征在于设备(1)还包括读写头(3)、转动介质的的驱动器和移动读写头的伺服机构、具有控制电路的控制器(6)、微处理器和存储器(ROM、RAM)、和连接设备(1)和主机(7)的接口。
17.一种用于复制音像信息的设备，包括根据权利要求14-16所述的数据存储设备。
全文摘要
实时的音像应用要求硬盘驱动器保证请求服务时间。但是由于服务时间的某些不期望的延迟，这一要求不是总能满足的。重新分配的扇区就是这种延迟的原固之一。建议采用在硬盘驱动器中将重新映射转换成滑移的方案。重新映射的扇区转换成滑移的或跳过的扇区，可以防止这样的延迟，固为与重新映射的扇区相比，滑移的扇区引起的性能损失要小得多。
文档编号G11B20/12GK1618101SQ02827643
公开日2005年5月18日 申请日期2002年12月23日 优先权日2002年1月29日
发明者N·拉姆伯特, O·梅舒特, R·J·M·维南德斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司