使用位置信息的数据特性实施轨道跟踪的制作方法
【专利摘要】提供了一种用于利用存储设备的可记录表面上重叠的叠瓦式数据轨道中所写入的叠瓦式数据的读回而实施轨道跟踪和数据恢复的方法、装置和数据存储设备。利用重叠的叠瓦式数据轨道中所写入的叠瓦式数据的数据读回识别位置信息。例如，所识别的位置信息被用来有选择地修改至少一个预定义通道参数，以提供有所改进的轨道跟踪和有所改进的数据恢复。
【专利说明】使用位置信息的数据特性实施轨道跟踪
【技术领域】
[0001]本发明一般地涉及数据存储领域，尤其涉及一种利用存储设备的可记录表面上重叠的叠瓦式数据轨道(shingled data track)中所写入的叠瓦式数据的读回而实施轨道跟踪和数据恢复的方法、装置和数据存储设备。
【背景技术】
[0002]许多数据处理应用需要长期数据存储并且通常需要高度的数据完整性。典型地，这些需求被非易失性数据存储设备所满足。
[0003]非易失性存储或持久性介质可以由各种设备所提供，最常见地，由直接访问存储设备(DASD)来提供，其也被称作硬盘驱动器(HDD)。
[0004]硬盘驱动器(HDD)有利地包括叠瓦式磁盘驱动器(Shingled Disk Drives, SDD)以实现高轨道密度。叠瓦式磁盘驱动器(SDD)是使用叠瓦式磁性记录(SMR)在重叠的圆形轨道的可写磁盘表面上记录数据磁性图案(magnetic pattern)的硬盘驱动器,其也被称作SMR驱动器。
[0005]需要一种有所改进的有效且高效的机制以利用对在存储设备的可记录表面上重叠的叠瓦式数据轨道中所写入的叠瓦式数据进行读回来实施轨道跟踪和数据恢复。
【发明内容】
[0006]本发明的各方面在于提供一种用于利用存储设备的可记录表面上重叠的叠瓦式数据轨道中所写入的叠瓦式数据的读回来实施轨道跟踪和数据恢复的方法、装置和数据存储设备。本发明的其它重要方面在于在实质上没有负面效应的情况下提供这样的方法、装置和数据存储设备并且克服现有技术的装置的一些缺陷。
[0007]简而言之，提供了一种存储设备的可记录表面上重叠的叠瓦式数据轨道中所写入的叠瓦式数据的读回来实施轨道跟踪和数据恢复的方法、装置和数据存储设备。利用重叠的叠瓦式数据轨道中所写入的叠瓦式数据的数据读回识别位置信息。例如，所识别的位置信息被用来有选择地修改至少一个预定义通道参数，以提供有所改进的轨道跟踪和有所改进的数据恢复。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]本发明连同以上的方面、特征和优势可以从以下对附图中所图示的本发明实施例的详细描述而被最佳地理解，其中:
[0009]图1是图示依据本发明实施例的用于利用存储设备的可记录表面上重叠的叠瓦式数据轨道中所写入的叠瓦式数据的读回来实施轨道跟踪和数据恢复的系统的框图表示；
[0010]图2A和2B并非依比例地示意性图示了依据本发明实施例的图1中的系统的存储设备中叠瓦式写入的示例块；[0011]图3示意性图示了依据本发明实施例的图1中的系统中的存储设备中的叠瓦式写入处理；
[0012]图4示意性图示了依据本发明实施例的示例伺服系统，其包括图1中的系统的存储设备的叠瓦式写入处理中的示例噪声和干扰；
[0013]图5和6是分别图示依据本发明实施例的图1中的系统的存储设备中的叠瓦式写入处理的示例信号(以及示例交叉轨道信号偏移)和噪声混合(以及示例交叉轨道噪声混合变化)的图形；
[0014]图7是图示依据本发明实施例的图1中的系统的示例操作的流程图；和
[0015]图8是图示依据本发明实施例的计算机程序产品的框图。
【具体实施方式】
[0016]在本发明实施例的以下详细描述中对附图加以参考，其图示了本发明可以通过其而得以被实践的示例实施例。所要理解的是，可以利用其它实施例并且可以进行结构变化而并不背离本发明的范围。
[0017]依据本发明实施例的特征，提供了一种用于利用存储设备的可记录表面上重叠的叠瓦式数据轨道中所写入的叠瓦式数据的读回来实施轨道跟踪和数据恢复的方法、装置和数据存储设备。
[0018]现在参考附图，在图1中示出了总体上由附图标记100所标示的依据本发明实施例的示例系统，其用于利用存储设备的可记录表面上重叠的叠瓦式数据轨道中所写入的叠瓦式数据的读回来实施轨道跟踪和数据恢复。系统100包括主机计算机102，诸如硬盘驱动器104的存储设备104，以及主机计算机102和存储设备104之间的接口 106。
[0019]如图1所示，主机计算机102包括处理器108、主机操作系统110和控制代码112。存储设备或硬盘驱动器104包括耦合至数据通道116的控制器114。存储设备或硬盘驱动器104包括承载读/写头的臂部118，该读/写头包括读取部件120和写入部件122。
[0020]在操作中，主机计算机102中的主机操作系统110向硬盘驱动器104发送命令。响应于该命令，硬盘驱动器104在磁盘表面124上执行所请求的诸如读取数据、写入数据、擦除数据等的功能。写入部件122在磁盘126的可读或可写表面124上写入数据的磁性图案。根据本发明的一些实施例，控制器电路114使得写入部件122使用叠瓦式写入将数据的磁性图案记录于重叠的圆形轨道128中的磁盘的可写表面124上。系统100包括高速缓存存储器130，例如利用闪存、动态随机访问存储器(DRAM)和静态随机访问存储器(SRAM)之一或其组合来实施该存储器。依据本发明的实施例，系统100包括来自于应用于控制器114的叠瓦式数据扇区的定位信息132。
[0021]控制器114可以包括各种实施方式，例如利用一个或多个集成电路晶片(integrated circuit die)制作。数字视频录影机(DVR)、机顶盒(STB)或者各种其它计算机系统类型是主机计算机102的【具体实施方式】。虽然在主机计算机102中示出了控制代码112，并且在硬盘驱动器104中示出了控制器114，但是控制代码112可以驻留在诸如与主机计算机102分离的硬盘驱动器104之类的任意适当位置，并且控制器电路114可以驻留在与硬盘驱动器104分离的任意适当位置，例如驻留在主机计算机102中，等等。
[0022]包括主机计算机102以及存储设备或硬盘驱动器104的系统100以足以理解本发明的简化形式被示出。所图示的主机计算机102连同存储设备或硬盘驱动器104 —起并非意在暗示架构或功能限制。本发明可以随各种硬件实施方式和系统以及各种其它内部硬件设备来使用。
[0023]利用叠瓦式写入，包括硬盘驱动器104的轨道128的分区被顺序写入和覆盖，诸如屋顶的木瓦，诸如图2A和2B中所示的分区210，以便将数据写入到可磁性写入的表面上。使用叠瓦式写入原理被写入到磁性硬盘上的相邻轨道在硬盘126的可写表面124上相互重叠。通过使得数据轨道重叠，通常能够实现更高的轨道密度。然而，在不擦除有待写入的轨道所覆盖的其它轨道上存储的数据的情况下，使用叠瓦式写入原理存储在磁性硬盘的可写表面上的数据轨道无法被重写。
[0024]图2A和2B并非依比例地示意性图示了依据本发明实施例的系统100的存储设备或硬盘驱动器104中叠瓦式写入的示例块200。
[0025]如图2A所示，写入头宽度202明显比最终数据轨道的宽度更宽，例如大约比其宽三倍，并且读取头宽度204足够窄以使得每次仅从一个修剪的(trimmed)轨道读回数据。数据块200包括多个重叠的数据轨道206。每个轨道206包含若干扇区。每个扇区包含若干数据字节。示出了扇区208的示例。数据块200包括多个或一组重叠扇区208，诸如按照长度的一个或多个扇区。
[0026]图2B并未依比例地图示了多个分区#1-謝210，在分区#1_#2，210之间示出了保护带212。多个分区210中的每一个包括多个重叠轨道，这并未在图2B中单独示出。分区210中所包括的多个轨道的特定数量与写入头122的宽度相关。提供在多个分区#1_#N，210之间所图示的保护带212以使得写入分区210中最后的轨道不干扰写入下一分区。
[0027]对于本发明实施例的叠瓦式写入的驱动器而言，写入是在相应分区210内的扇区上执行；通常每个分区210包括多个包含有许多单独扇区208的轨道。对于叠瓦式写入的驱动器而言，读取时在单个扇区上执行。与之相比，对于非叠瓦式驱动器而言，读取和写入是在单独扇区上完成。
[0028]依据本发明实施例的特征，在叠瓦式磁性记录(SMR)的数据轨道上，每个新的连续轨道部分地重写之前轨道的磁性图案。这与轨道并不重叠的常规垂直磁性记录(PMR)形成了对比，并且导致关于轨道中心的信号属性的大体对称。在SMR中，如关于图3所图示并描述的，结果是通常为J形的轨道。因此，关于得到的叠瓦式轨道中心的读回信号是不对称的。例如，非叠瓦式数据轨道的交叉轨道边缘的边缘区域(fringe field)更加明显，而叠瓦式数据轨道的交叉轨道边缘的读回具有较少的边缘噪声。
[0029]参考图3,示出了依据本发明实施例的总体上由附图标记300所标示的示例叠瓦式写入处理。如图3所示，叠瓦式写入处理300使用(图4的写入头部件122内所包含的)向多个叠瓦式轨道301写入数据的磁性记录头写入部件角302而导致了通常为J形的轨道301。磁性记录头的写入部件122使用头部角(head comer) 302利用306所指示的行进式扫描(progressive scan)、308所指示的头部运动、310所指示的交叉轨道(cross-track)以及312所指示的下行轨道(down-track)生成由磁通量304所指示的磁性写入场，其。
[0030]返回图4，示出了整体用附图标记400标示的依据本发明实施例的示例伺服系统，其包括图1中的系统100的存储设备104的叠瓦式写入处理中的示例噪声和干扰。伺服系统400包括位置误差信号(PES)解调器402，其接收耦合至模数(A/D)转换器404的伺服读回信号，该A/D转换器404耦合至诸如图1中的控制器114的控制器。控制器114向耦合至音圈电机(VCM)驱动器412的数模(D/A)转换器410提供控制输入，该VCM驱动器412耦合至承载包括读取部件210和写入部件122的读/写头的臂部118。如所示出的，示例噪声和干扰包括耦合至PES解调器402的头部和电子噪声414、来自A/D404的量化噪声416、利用控制器114的截断和溢流(runoff) 418，来自D/A410的量化噪声420、来自VCM驱动器412的枢轴滞后(pivot hysteresis)422。存储设备104中另外的噪声和干扰包括外部振动426、介质噪声和缺陷428、PES非线性430、轴承跳动432以及瞬时振动424。
[0031]图5和6是分别图示在依据本发明实施例的系统100的SMR存储设备104中的叠加写入处理中当对总体上由附图标记500所标示的信号进行叠瓦式操作时的示例轨道中心位移以及总体上由附图标记600所标示的示例非对称交叉轨道噪声混合的图形。依据本发明实施例的特征，在SMR中，所记录的信号数据轨道的读回信号属性随SMR的交叉轨道位置而变化。在叠瓦式磁性记录(SMR)中，叠瓦式轨道的信号的轨道中心的位置取决于所观察的频率分量。高频分量在叠瓦式操作方向上位移而低频分量则在相反方向上位移。这已经利用方波信号以及表示所存储数据的伪随机模式的分量而被观察到。
[0032]参考图5,示例信号500包括由标记为350kfci的菱形所指示的规格化低频信号、由标记为750kfci的矩形所指示的规格化中频信号以及由标记为1574kfci的三角形所指示的规格化高频信号。相对于关于水平轴线以纳米(rim)所示出的交叉轨道位置，规格化信号以任意单位关于垂直轴线示出。频率信号分布曲线(profile)被规格化到其峰值以使得能够轻易地对其宽度和位置进行比较。图5包含了来自两个叠瓦式操作实验的数据，其中左边3条分布曲线的叠瓦式操作轨道的位置朝向ID (轨道右侧被叠瓦式操作)，或者右边3条分布曲线的朝向OD (轨道左侧被叠瓦式操作)。
[0033]还参考图6,不例信号偏移600包括使用表不抖动、电和着色噪声信号的线条相对于关于水平轴线以纳米(rim)所示出的正负读取偏移量关于垂直轴线所示出的分数量。
[0034]如图5所示，分布曲线的最外侧边缘是使用已经通过叠瓦式操作方法创建的内边缘磁性写入的轨道。从外边缘可以清楚地看到，低频轨道被写入得较宽，由菱形所指示的低频信号曲线比由矩形所指示的中频信号曲线更宽，而由矩形所指示的中频信号曲线进而比由三角形所指示的高频信号曲线更宽。查看内部轨道边缘，可以看到较低频的轨道的边缘也在叠瓦式写入中位移，其中低频轨道边缘在与叠瓦式操作相反的方向上偏移。叠瓦式叠加的轨道边缘处的这一现象放大了 SMR驱动器104中不同频率轨道的相对位移。
[0035]结果是在SMR驱动器104中，信号频率的峰值相对于彼此明显偏移。图5中所示的2组数据示出了该偏移是非对称的，并且非对称的方向取决于在SMR驱动器104的工作期间所知的叠瓦式操作方向的信息。而且如图6所示，信号混合随交叉轨道位置而变化，并且噪声混合也随SMR中的交叉轨道位置而变化。
[0036]由于驱动器104中的振动，可以利用远离轨道中心位移的头读回数据轨道。如图5和6所示，不同频率信号的相对强度和噪声混合由于其交叉轨道位移而变化。作为交叉轨道位置的函数的分量信号和噪声强度的相对变化和读取信号时所知的交叉轨道位置可以被用来改进对于数据恢复通道的信号分析的优化。
[0037]扇区伺服通常在HDD104中使用。在每个表面124上围绕磁盘126统一放置数百个伺服信息的径向楔(radial wedge)。存储设备系统104在伺服位置信息以及读或写数据的读取短脉冲之间多路传输信号。
[0038]依据本发明实施例的特征，在读操作期间，来自伺服扇区的信息有利地被来自数据轨道自身的信息所增强。该附加信息是特别有价值的，原因在于其是从实际写入轨道而不是写入轨道试图将其自身与之对准的伺服扇区所得出的。该信息在错误恢复模式中也是特别有价值的，其中该附加信息能够指示写入轨道是否可能已经从其理想位置位移。
[0039]在本发明的实施例中，根据伺服信息组，硬盘驱动器电子器件能够控制读取头在用户数据轨道上的轨道中心定位。改变读回头在数据轨道上的交叉轨道位置导致了信号功率的不同混合。数据恢复通道有利地使用该信息来改进读回信号的分析以使得数据恢复有所改善。
[0040]现在参考图7，示出了图示依据本发明实施例的图1的系统100的示例操作的流程图。在图7中，例如由控制器114所执行的示例操作从如框700所指示的开始，如框702所指示的，读回在重叠的叠瓦式数据轨道中写入的叠瓦式数据。
[0041]如在框704所指示的，根据来自从数据扇区所测量的SMR位移效应识别数据读回的位置信息。如框704所示出的，改变读回头在数据轨道上的交叉轨道位置导致了信号和噪声的不同混合，并且分量信号和噪声强度的相对变化是重叠的叠瓦式数据轨道中的交叉轨道位置的函数。
[0042]如框706所指示的，该位置信息被提供至控制器并且被用来有选择地修改至少一个预定义通道参数。
[0043]例如，如框708所指示的，位置信息可选地被用来修改伺服信息以使得轨道跟踪有所改进和/或后续数据恢复尝试期间更为准确的定位。例如，如框710所指示的，位置信息可选地在错误恢复模式中被用来修改数据通道参数以使得数据恢复有所改进。可以被修改的示例通道参数包括均衡参数和噪声预测参数。
[0044]现在参考图8，图示了本发明的制造商品或计算机程序产品800。计算机程序产品800包括计算机可读记录介质802，诸如软盘、光学读取紧致盘或CD-ROM形式的高容量只读存储器、磁带或者其它类似的计算机程序产品。计算机可读记录介质802在介质802上存储程序工具或控制代码804、806、808、810以便在图1的系统100中执行本发明实施例的用于利用重叠的叠瓦式数据轨道中所写入的叠瓦式数据的读回而实施改善的轨道跟踪和数据恢复的方法。
[0045]程序指令序列或者由所记录的程序工具或控制代码804、806、808、810所定义的一个或多个关联模块的逻辑组件指示系统100实施本发明实施例的有所改进的轨道跟踪和数据恢复。
[0046]虽然已经参考附图所示出的本发明实施例的细节对本发明进行了描述，但是这些细节并非意在对如所附权利要求中请求保护的本发明的范围进行限制。
【权利要求】
1.一种用于对存储设备的可记录表面上重叠的叠瓦式数据轨道中所写入的叠瓦式数据执行有所改进的数据读回的方法，包括: 通过对叠瓦式数据的数据读回信号进行处理而识别位置信息； 使用所述所识别的位置信息有选择地修改至少一个预定义通道参数。
2.根据权利要求1的方法，其中对叠瓦式数据的所述数据读回信号进行处理包括从随重叠的叠瓦式数据轨道中的交叉轨道位置而变化的信号混合中识别位置信息。
3.根据权利要求1的方法，其中对叠瓦式数据的所述数据读回信号进行处理包括从随重叠的叠瓦式数据轨道中的交叉轨道位置而变化的噪声混合中识别位置信息。
4.根据权利要求1的方法，其中对叠瓦式数据的所述数据读回信号进行处理包括从作为重叠的叠瓦式数据轨道中的交叉轨道位置的函数的分量信号和噪声强度的相对变化中识别位置信息。
5.根据权利要求1的方法，其中使用所述所识别的位置信息有选择地修改至少一个预定义通道参数包括使用所述所识别的位置信息有选择地修改至少一个预定义伺服通道参数以便利用所述所识别的位置信息有选择地修改伺服信息。
6.根据权利要求5的方法，包括使用所述利用所述所识别的位置信息有选择地修改的伺服信息进行有所改进的轨道跟踪。
7.根据权利要求1的方法，其中使用所述所识别的位置信息有选择地修改至少一个预定义通道参数包括在错误恢复模式中使用所述所识别的位置信息有选择地修改至少一个预定义数据恢复通道参数。
8.根据权利要求1的方法，包括其中使用所述所识别的位置信息有选择地修改至少一个预定义通道参数包括使用所识别的位置信息有选择地修改至少一个预定义的数据恢复通道参数。`
9.根据权利要求1的方法，其中使用所述所识别的位置信息有选择地修改至少一个预定义通道参数包括使用所述有选择地修改的预定义数据恢复通道参数来改进数据恢复。
10.一种用于对存储设备的可记录表面上重叠的叠瓦式数据轨道中所写入的叠瓦式数据执行有所改进的数据读回的装置，包括: 存储设备的可记录表面，其包括多个叠瓦式数据轨道； 控制器，其通过对叠瓦式数据的数据读回信号进行处理而识别位置信息；并且 所述控制器使用所述所识别的位置信息有选择地修改至少一个预定义通道参数。
11.根据权利要求10的装置，包括存储在计算机可读介质上的控制代码，并且其中所述控制器使用所述控制代码实施叠瓦式数据的数据读回。
12.根据权利要求10的装置，其中所述控制器对叠瓦式数据的所述数据读回信号进行处理包括所述控制器从随重叠的叠瓦式数据轨道中的交叉轨道位置而变化的信号混合中识别位置信息。
13.根据权利要求10的装置，其中所述控制器对叠瓦式数据的所述数据读回信号进行处理包括所述控制器从随重叠的叠瓦式数据轨道中的交叉轨道位置而变化的噪声混合中识别位置信息。
14.根据权利要求10的装置，其中所述控制器对叠瓦式数据的所述数据读回信号进行处理包括所述控制器从作为重叠的叠瓦式数据轨道中的交叉轨道位置的函数的分量信号和噪声强度的相对变化中识别位置信息。
15.根据权利要求10的装置，其中所述控制器使用所述所识别的位置信息有选择地修改至少一个预定义通道参数包括所述控制器利用所述所识别的位置信息有选择地修改伺服信息以便进行有所改进的轨道跟踪。
16.根据权利要求10的装置，其中所述控制器使用所述所识别的位置信息有选择地修改至少一个预定义通道参数包括所述控制器使用所述所识别的位置信息有选择地修改至少一个预定义数据恢复通道参数以便进行有所改进的数据恢复。
17.一种数据存储设备，包括: 至少一个磁盘；所述磁盘包括可记录表面； 所述可记录表面包括多个分区；每个所述分区包括多个重叠的数据轨道； 控制器，其通过对叠瓦式数据的数据读回信号进行处理而识别位置信息；并且 所述控制器使用所述所识别的位置信息有选择地修改至少一个预定义通道参数。
18.根据权利要求17的数据存储设备，其中所述控制器对叠瓦式数据的数据读回信号进行处理包括所述控制器从作为重叠的叠瓦式数据轨道中的交叉轨道位置的函数的分量信号和噪声强度的相对变化中识别位置信息。
19.根据权利要求17的数据存储设备，其中所述控制器使用所述所识别的位置信息有选择地修改至少一个预定义通道参数包括所述控制器使用所述所识别的位置信息有选择地修改至少一个预定义伺服通道参数以便利用所述所识别的位置信息有选择地修改伺服信息以进行有所改进的轨道跟踪。
20.根据权利要求17的数据存储设备，其中所述控制器使用所述所识别的位置信息有选择地修改至少一个预定义通道参数包括所述控制器使用所识别的位置信息有选择地修改至少一个预定义的数据恢复通道参数以便进行有所改进的数据恢复。
【文档编号】G11B5/02GK103680522SQ201310494736
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月5日 优先权日:2012年8月3日
【发明者】R·M·布罗基, R·L·加尔布拉思, P·A·范德黑登, R·W·伍德 申请人:Hgst荷兰公司