专利名称：用于校正硬盘驱动器中的头倾斜的系统和方法
技术领域：
本发明涉及硬盘驱动器。
背景技术：
当致动器头组与盘组之间存在机械倾斜时，硬盘驱动器(HDD)的性能下降。这样的倾斜可以由包括HDD盒变形等的很多因素引起。因为当发生头切换时，机械倾斜需要致动器的额外的物理运动，所以出现性能下降。在能够成功读取/写入数据之前，致动器将目标头定位在目标轨道上的这一物理运动花费有限数量的时间。如在此认识到的，如果系统未考虑由于倾斜而引起的这一额外的查找时间，则结果可能是错过目标数据扇区，于是需要盘的全程旋转(revolution)以重试读取/写入操作。本发明理解，移动致动器以调整机械倾斜所需要的额外时间、和由于未考虑此额外时间而导致的增大的错过旋转的机会，导致了盘驱动器的性能降低。
如本发明进一步认识到的，在没有对当前与目标头之间的机械倾斜幅度的预先认识的情况下，伺服机构必须等待，直到形成对目标头的电连接，并且在盘上“看到”有效的PES值，使得可以进行正确的查找(方向和长度)为止。这样，倾斜问题使伺服机构不能在形成到目标头的电连接之前“提早移动”。“提早移动”与等待到形成电连接为止之间的延迟也花费宝贵的时间，这使I/O性能下降。
除了上述考虑之外，本发明在认识到可以使用旋转定位最优化(RPO)算法来将HDD控制器队列中的命令重新排序以优化执行的同时，还认识到为了对命令排序做出最佳选择，RPO算法必须能够准确地估计执行每个命令所需的时间，而这一估计取决于移动致动器以到达下一命令的正确位置所必须经过的查找长度。如果所使用的查找长度基于“逻辑”查找长度，这意味着通过(基于格式计算)确定目标轨道并减去当前轨道来计算查找长度，而没有对由于机械倾斜而引起的任何查找长度修改的校正，则估计将是错误的。如在此理解的，由于未能考虑真实的“物理”查找长度(其基于逻辑查找长度加上对倾斜的校正)，因此可能从用来进行查找时间估计的表中选择不正确的信息，或者把不正确的信息输入到用来进行查找时间估计的函数中。在这些情况下，RPO算法的命令排序将不是最优的。对真实物理查找长度的不准确认识使任何自适应RPO算法的“学习”过程恶化的事实还使得该问题进一步加剧。结果可能是对命令队列的不准确排序，这最终导致更进一步降低I/O性能。
发明内容
本发明实现硬盘驱动器(HDD)中的代码架构，其测量头之间的机械倾斜，然后计算用于RPO排队计算的真实物理查找长度(与逻辑查找长度相对)。此外，可以由伺服机构使用该倾斜信息，以在形成与目标头的电连接之前开始向目标轨道移动致动器。通过对RPO种类进行更适当的选择，并通过减小伺服机构中的短程查找和头切换次数，这些优点均带来优良的性能。
因此，HDD包括盘组、头组、和确定表示盘组与头组之间的机械倾斜的倾斜查找距离的控制器。控制器将倾斜查找距离加到逻辑查找距离上，以确定对确定估计访问时间(EAT)有用的总查找距离。控制器还使用倾斜查找距离来在形成与目标头的电接触之前预先定位目标头。
在优选实施例中，伺服机构紧接形成目标头与控制器的电连接之前测量与控制器电接触的当前头的位置。伺服机构还在刚刚形成与目标头的电连接之后测量目标头的位置。倾斜查找距离基于目标头的位置与当前头的位置之差。
优选的控制器访问倾斜值表来确定平均总倾斜查找距离。可以使用总查找距离来访问至少一个(RPO)表，并且可以使用其来修改RPO表。总查找距离还可以由控制器用来操纵伺服机构，以便在目标头和控制器之间建立电连接之前移动致动器。
在另一方面，硬盘驱动器(HDD)包括至少一个旋转盘、头组、和HDD控制器，其中HDD控制器控制头组，并进行下面的至少一项执行队列中的命令，以及至少部分基于头组与至少一个盘之间的机械倾斜而在形成其与目标头的电接触之前预先定位目标头。
在另一方面，HDD包括盘组、头组和控制器，其中，控制器基于当前头位置与目标头位置之差来确定机械倾斜，并进行下面的至少一项使用所述差来确定对于确定估计访问时间(EAT)有用的物理查找距离，以及使用所述差来在形成与目标头的电接触之前预先定位目标头。
参考附图，可以最好地理解本发明的细节，包括其结构和操作，其中，相同的标号表示相同的部分，并且其中图1是硬盘驱动器的示意图，其中示出了盘组，并示出了与盘组之间的倾斜被夸大的头组；以及图2是本逻辑的流程图。
具体实施例方式
首先参考图1，示出了被一般地指定为10的数据存储系统，其包括盘组12，该盘组12具有支撑在主轴16上的多个等间距的盘14。尽管示出了3个盘14，但是盘组12可以有更多或更少的盘。头组18包括多个末端安装了各自的读取/写入头22的平行臂20，其中，所述读取/写入头22用于从头22分别定位于其上方的盘14读取和写入数据。图1示出头组18可以相对于盘14的平行平面机械倾斜，即本发明所要解决的问题。
头组18可以由响应于来自硬盘驱动器(HDD)控制器26的命令的伺服机构24来移动。HDD控制器26通过多路复用预放大器28而每次与一个头22电连通(处于电接触)。根据下面阐述的公开内容，HDD控制器26可以访问存储器30，以访问表示头组18与盘组12之间的机械倾斜值的一个或多个表。存储器30还可以包含根据本领域已知的措施来使用的RPO表(或者，等价的是，RPO函数)，来确定HDD控制器28的队列中的I/O请求的期望的访问次数，以按照使性能最优化的方式来给请求排序。所使用的特定RPO算法不是构成本发明的整体所必需的。本发明适用于在算法的计算中使用查找长度的任何命令重新排序算法。存储器30可以在HDD控制器26的存储器中实现。
参考图2可以了解本发明的逻辑。在框32，当即将发生头切换时，即，HDD控制器26在与当前头22电接触的情况下，确定其必须形成与和盘组12中另一个盘关联的目标头22的电接触时，在框34，伺服机构24在终止其与当前头的电连接之前，测量当前头相对于其对应的盘的实际位置。可以根据本领域中已知的措施，例如，通过使用例如盘上的伺服图案来指明当前头处于哪个区、柱面和扇区的上方来测量该位置。
在框36，将电接触切换到目标头。然后，在框38，由伺服机构24测量目标头的位置。当前头位置与目标头位置之差表示当前头与目标头之间的机械倾斜。具体地说，如果确定当前头在轨道95上方，则在无倾斜的情况下，目标头也在轨道95上方，但是在存在倾斜的情况下，目标头将在另一个轨道如轨道98的上方。应当理解，在确定倾斜时，优选地，通过适当地加上或者减去众所周知的头上的读取元件离开写入元件的MR偏移量，而将该MR偏移量考虑在内，其中，所述MR偏移量主要由于旋转致动器的偏斜效应而引起。
在框40，将倾斜信息存储在例如倾斜值表中，其中，该表可以具有与头的数量一样多的行和列。在优选实施例中，因为倾斜可能随时间而改变，所以保存倾斜的移动平均(running average)，其中将最新值与为那个条目提供的其它值平均。
倾斜表可以用任意数目的方式来构建。例如，可以保持各对头之间的各个倾斜值。或者，可以将全部倾斜值都涉及一个基准头。可以通过插值法将两个头之间的实际倾斜扩展到其它头对的倾斜值。这可以意味着每当完成头切换时就更新全部倾斜值，其中实际倾斜值与切换中的特定头对相互关联，而通过插值法来更新所有其它值。
在框42，对于HDD控制器26的队列中的后续I/O请求排序，取代使用逻辑查找距离，在请求排序算法中计算和使用物理查找距离。物理查找距离可以与按(使用例如区-柱面-头-扇区转换技术)常规确定的逻辑查找距离在需要头切换时加上倾斜距离值(根据倾斜的方向，其可以为负)得到的和有关。然后，例如在使用PRO表的实现中，当计算EAT(估计访问时间)时，使用物理查找距离来从RPO表中选择适当的值。
除了上面的内容以外，在框44，使用倾斜表中的值来确定在新的查找命令中涉及头切换时伺服机构必须将致动器向哪个方向移动多远。这种对存在倾斜的情况下的实际查找方向和幅度的预先认识使得伺服机构即使在形成到目标头的电连接之前，也能够开始移动致动器，这减少了开销时间，从而提高了性能，特别是对于有很多短程查找的小分区或非常高的队列深度更是如此。还使用物理查找距离取代逻辑查找距离来在RPO表的学习过程期间根据本领域已知的RPO学习原理来适当地更新RPO表(或者适当情况下为函数)。更具体地说，优选如下更新所述表通过确定紧接切换电连接之前当前头的位置与刚刚将电连接切换到目标头之后目标头的位置之差，加上(，或适当情况下为减去)在框44执行的任意致动器的预移动，来计算在确定物理查找长度时使用的“新”倾斜值。可以根据本领域中众所周知的伺服原理，使用在预移动期间提供给伺服机构的电流、已知的致动器的转动惯量以及音圈马达(VCM)的扭矩常数，来确定致动器预移动的量。
尽管如在此示出并详细描述的特定的用于校正HDD中的头倾斜的系统和方法完全能够达到本发明的上述目的，但应当理解的是，它是本发明目前的优选实施例，从而表示由本发明所广泛考虑的主题，本发明的范围完全包括可以对本领域技术人员变得明显的其它实施例，因此，本发明的范围将不受除了所附权利要求之外的任何事物的限制，其中，以单数形式提到元件并不意味着“一个且只有一个”(除非这样明确地说明)，而是“一个或多个”。设备和方法没有必要解决由本发明寻求解决的每一个问题，因为其将被提供的权利要求包含。此外，在本公开中没有元素、组件或方法步骤意欲献给公众，不论是否在权利要求中明确叙述了该元素、组件或方法步骤。在这里，权利要求中的元素将不在35 U.S.C.§112第六款的规定下进行解释，除非使用短语“用于......的装置”来明确地阐述该元素，或者在方法权利要求的情况下，将该元素作为“步骤”而不是“动作”进行阐述。在没有这里明确的限定的情况下，权利要求中的术语将被赋予与本说明书和文件历史不相矛盾的全部普通的和惯常的含义。
权利要求
1.一种HDD，包括盘组；头组；和控制器，其确定表示盘组与头组之间的机械倾斜的倾斜查找距离，并进行下面的至少一项将倾斜查找距离加到逻辑查找距离上，以确定对于确定估计访问时间(EAT)有用的总查找距离，以及使用该倾斜查找距离来在形成与目标头之间的电接触之前预先定位目标头。
2.如权利要求1所述的HDD，包括伺服机构，其紧接目标头与控制器的电连接之前测量与控制器电接触的当前头的位置，该伺服机构还在刚刚形成与目标头的电连接之后测量目标头的位置，倾斜查找距离基于目标头的位置和当前头的位置之差。
3.如权利要求1所述的HDD，其中，控制器访问倾斜值表来确定平均倾斜查找距离。
4.如权利要求1所述的HDD，其中，使用总查找距离来访问至少一个(RPO)表。
5.如权利要求4所述的HDD，其中，控制器使用总查找距离和致动器预移动距离来修改RPO表。
6.如权利要求1所述的HDD，其中，控制器使用总查找距离来操纵伺服机构，以便在目标头与控制器之间建立电连接之前，移动与目标头相关的致动器。
7.一种硬盘驱动器(HDD)，包括至少一个旋转盘；头组；和至少一个HDD控制器，其控制头组，并进行下面的至少一项执行队列中的命令，以及至少部分基于头组与至少一个盘之间的机械倾斜而在形成其与目标头的电接触之前预先定位目标头。
8.如权利要求7所述的HDD，包括伺服机构，其紧接目标头与控制器的电连接之前测量与控制器电接触的当前头的位置，该伺服机构还测量目标头的位置，倾斜查找差基于目标头的位置与当前头的位置之差。
9.如权利要求7所述的HDD，其中，控制器访问倾斜值表来确定平均倾斜查找距离。
10.如权利要求7所述的HDD，其中，至少部分地使用倾斜查找差来访问至少一个(RPO)表。
11.如权利要求10所述的HDD，其中，控制器使用所述距离和致动器预移动距离来修改RPO表。
12.一种HDD，包括盘组；头组；和控制器，其基于当前头位置与目标头位置之差来确定机械倾斜，并进行下面的至少一项使用所述差来确定对于确定估计访问时间(EAT)有用的物理查找距离，以及使用所述差来在形成与目标头的电接触之前预先定位目标头。
13.如权利要求12所述的HDD，包括伺服机构，其紧接目标头与控制器的电连接之前测量与控制器电接触的当前头的位置，该伺服机构还测量目标头的位置。
14.如权利要求12所述的HDD，其中，控制器访问值表来确定平均差。
15.如权利要求12所述的HDD，其中，使用至少表示所述差的值来访问至少一个(RPO)表。
16.如权利要求15所述的HDD，其中，控制器使用所述差和致动器预移动距离来修改RPO表。
17.如权利要求12所述的HDD，其中，控制器使用表示所述差的值来操纵伺服机构，以在目标头与控制器之间建立电连接之前移动与目标头相关的致动器。
全文摘要
通过每次将电接触从当前头切换到目标头时，(基于当前头的位置)确定目标头距离其期望位置的偏移量，来测量硬盘驱动器(HDD)中的头组与其关联盘组之间的倾斜。存储移动平均倾斜值，并使用该值来修改旋转定位最优化(RPO)算法中使用的逻辑查找距离，以更好地对队列中的I/O请求排序。此外，伺服机构可以使用该移动平均倾斜值来在形成与目标头的电接触之前预先定位目标头，以提高操作速度。
文档编号G11B21/02GK1661711SQ20041009806
公开日2005年8月31日 申请日期2004年12月2日 优先权日2004年2月25日
发明者丹尼尔·J·奥尔巴克, 杰弗里·J·多贝克, 格雷戈里·M·弗里斯, 戴维·R·霍尔 申请人:日立环球储存科技荷兰有限公司