CN101097756A - 磁盘控制设备、磁盘设备和校正读取错误的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种磁盘控制设备、磁盘设备和校正读取错误的方法，该磁盘控制设备包括错误确定单元和校正单元。当在对磁盘驱动器的读取访问过程中发生了可校正读取错误时，该错误确定单元指定该磁盘驱动器上的可能由于与该可校正读取错误相同的原因而发生错误的区域。该校正单元通过重写由错误确定单元指定的区域来校正该区域。

Description

磁盘控制设备、磁盘设备和校正读取错误的方法

技术领域

本发明涉及一种用于校正错误和防止数据丢失的技术。

背景技术

在磁盘设备中，其磁性材料的磁化方向由于老化而改变，到一定时候，可能不能正确地读取存储在其中的数据。例如，日本专利申请特开No.2006-139581公开了一种技术，当在一扇区中发生可校正的读取错误时，该技术通过将从该扇区读取的数据重写到同一扇区，使磁性材料的磁化方向恢复到其初始方向。这种将从一扇区读取的数据重写到同一扇区以对可能导致严重错误的错误进行校正的处理被称为重写。

近年来，随着多媒体的发展，在作为用于存储图像和音乐的介质的磁盘设备中，需要更大的储存容量。因此，磁盘设备的存储密度大大增加，这使得过去不值得注意的问题引起严重错误。

例如，在将数据写入特定扇区时，磁道之间的小间距(其被减小以增加存储密度)导致侧擦除(side erase)。在侧擦除中，磁头的磁通泄漏影响相邻磁道的扇区。重复的侧擦除可能导致宽范围的错误。

但是，根据该常规技术，数据仅被重写到其中发生了可校正的读取错误的扇区。当在如上所述的宽范围中存在错误时，所有的错误都未被校正。因此，在部分扇区被重写之后，在周围扇区中常常发生严重错误，并且不能读取这些扇区中的数据。

发明内容

本发明的一个目的是至少部分地解决常规技术中的问题。

根据本发明的一个方面，一种磁盘控制设备控制对磁盘驱动器的读取和写入访问，并且恢复在读取访问过程中发生了可校正读取错误的位置，该磁盘控制设备包括：错误区域预测单元，用于在由于某种原因而发生可校正读取错误时，预测磁盘驱动器上的可能由于该原因而发生错误的区域，并指定该区域作为预测区域；以及校正单元，其通过重写该预测区域来校正该预测区域。

根据本发明的另一方面，一种磁盘设备对在对磁盘驱动器的读取访问过程中发生了可校正读取错误的位置进行恢复，该磁盘设备包括：错误区域预测单元，用于在由于某种原因而发生可校正读取错误时，预测磁盘驱动器上的可能由于该原因而发生错误的区域，并指定该区域作为预测区域；以及校正单元，其通过重写该预测区域来校正该预测区域。

根据本发明的另一方面，一种校正读取错误的方法对在对磁盘驱动器的读取访问过程中发生了可校正读取错误的位置进行恢复，该方法包括：当由于某种原因而发生可校正读取错误时，预测磁盘驱动器上的可能由于该原因而发生错误的区域，并指定该区域作为预测区域；以及通过重写该预测区域来校正该预测区域。

当结合附图考虑时，通过阅读本发明的目前优选实施例的下列详细描述，将更好地理解本发明的上述及其他目的、特征、优点和技术以及工业重要性。

附图说明

图1A至1D是用于说明根据本发明实施例的校正读取错误的方法的示意图；

图2是根据该实施例的磁盘设备的框图；

图3是图2所示的读取错误校正器的功能框图；

图4是图3中所示的错误历史表的内容的一个示例；

图5是读取错误校正器的操作的流程图；

图6是图5所示的经扩展的重写处理的详细流程图；

图7是图5所示的替换过程的详细流程图；

图8是图2所示的盘片(platter)上的区域的一个示例；

图9是用于说明在相邻扇区中发生多个错误的情况的示意图；以及

图10A至10D是用于说明校正读取错误的常规方法的示意图。

具体实施方式

下面将参照附图详细说明本发明的示例性实施例。

首先参照图10A至10D说明校正读取错误的常规方法的概要。

图10A是用于说明在磁道1至3的扇区7至17周围的宽范围中发生读取错误的情况的示意图。在宽范围中发生读取错误有多种可能的原因，并且它们通常与磁盘设备的存储密度的提高相关。这些原因的示例包括侧擦除、峰值失真、矫顽力(Hc)变化以及微小缺陷。

侧擦除是由于在将数据写入到特定扇区时磁头的磁通泄漏而导致的，这影响了相邻磁道的扇区，并且不能正确地读取数据。在一次写入操作中，其他磁道上的磁通泄漏的影响较小。但是，当这种泄漏被积累时，在多个磁道中发生读取错误。因为磁道之间的间距被减小以增加磁盘设备的存储密度，所以侧擦除现象越来越明显。

峰值失真表示由于磁头脱离盘片(涂覆有磁性材料的盘)而导致的写入错误。磁头将数据写到盘片上，同时以非常小的距离悬浮在旋转盘片上方。为了将数据高密度地写到盘片上从而提高存储密度，磁头需要尽可能地接近盘片。但是，由于某些原因，磁头有时脱离盘片预定距离或更多。当磁头和盘片之间的距离增加时，不能完全写入高频数据，导致写入错误。

Hc变化是由于在盘片材料上施加磁性材料的有缺陷工艺而导致的，该有缺陷工艺在盘片上产生具有低矫顽力的部分。Hc变化的影响与磁盘设备的存储密度增加相关地增加。

微小缺陷是指盘片表面上的微小划痕等等。近年来，由于磁盘的存储密度增加，而使得甚至通常仅影响单个扇区的微小缺陷会影响多个扇区。

图10B是用于说明在一个扇区(磁道2的扇区11)中读取错误包括可校正读取错误的情况的示意图。可校正读取错误是指轻微错误，其中尽管通过正常读取操作不能从扇区读取正确数据，但是通过使用校正码进行错误校正或重试读取操作可以获得该数据。当保留可校正读取错误而未校正时，该可校正读取错误可能升级为严重的读取错误。

图10C是用于说明通过常规方法对可校正读取错误进行校正的示意图。根据常规方法，在发生了可校正读取错误的扇区(磁道2的扇区11)中进行重写，由此仅校正了该扇区。

图10D是用于说明通过常规方法对可校正读取错误进行校正之后的状态的示意图。在图10D中，发生了可校正读取错误的扇区(磁道2的扇区11)被恢复为正常状态。但是，在周围扇区中错误被升级，并且在多个扇区(磁道2的扇区9，13和16)中发生导致数据丢失的严重读取错误。

接下来，参照图1A至1D说明根据本发明实施例的校正读取错误的方法的概要。

图1A是用于说明在磁道1至3的扇区7至17周围的宽范围中发生读取错误的情况的示意图，与图10A一样。图1B是用于说明在多个扇区之一(磁道2的扇区11)中的包括可校正读取错误的读取错误的情况的示意图，与图10B一样。

图1C是用于说明通过根据本实施例的方法对可校正读取错误进行校正的示意图。在该方法中，不仅在发生了可校正读取错误的扇区中执行重写，而且根据错误状态在该扇区周围的多个扇区中执行重写。在图1C的示例中，在包括发生了可校正读取错误的扇区的整个磁道中执行重写。

图1D表示通过根据本实施例的方法对可校正读取错误进行校正之后的状态。在图1D中，包括发生了可校正读取错误的扇区(磁道2的扇区11)的整个磁道被恢复为正常状态。这防止了在发生了可校正读取错误的扇区周围的扇区中发生严重的读取错误。

如上所述，根据该实施例，当在一扇区中发生了可校正读取错误时，不仅将数据重写到该扇区，而且根据该错误状态将数据重写到周围扇区。因此，在具有发生严重的读取错误的风险的扇区中，可以防止严重的读取错误，这防止了数据丢失。

当不能通过重写来校正错误时，发生了错误的扇区中的数据被转移到另一扇区，并且禁止使用该错误扇区(下面将该处理称为“替换”)。因此，可以防止数据丢失。

图2是根据本实施例的磁盘设备1的框图。

磁盘设备1包括磁盘控制设备10、以及磁盘驱动器20。该磁盘设备1通过诸如小型计算机系统接口(SCSI)、串行连接SCSI(SAS)、光纤通道(FC)以及AT Attachment(ATA)之类的接口连接到主机装置2。该磁盘设备1与主机装置2交换数据和控制命令。

磁盘控制设备10是其上安装有用于控制磁盘设备1的各种大规模集成电路(LSI)的印刷电路板。磁盘控制设备10包括硬盘控制器(HDC)11、读取通道(RDC)12、缓冲器13、闪存只读存储器(FROM)14、中央处理单元(CPU)15、只读存储器(ROM)16以及静态随机存取存储器(SRAM)17。这些组件通过总线互相连接。

HDC11是用于控制以下操作的控制器：将存储在缓冲器13中的数据写入到磁盘驱动器20，以及从磁盘驱动器20读取数据，以将该数据存储在缓冲器13中。RDC 12是LSI，其位于缓冲器13和磁盘驱动器20之间，并对数据进行调制和解调。

缓冲器13是高速缓存，其临时存储在主机装置2和磁盘驱动器20之间读取或写入的数据。FROM 14是用于存储控制磁盘设备1的操作的固件(程序)的非易失性存储器。

CPU 15将固件加载到SRAM 17中并执行该固件。CPU 15在其中执行部分固件，以实现读/写控制器100和读取错误校正器200。读/写控制器100根据来自主机装置2的指令指示HDC 11读写数据，并且对数据读写进行控制。读取错误校正器200通过根据该实施例的以上方法来校正读取错误。

ROM 16是其中存储有操作磁盘设备1所需的各种类型的参数的非易失性存储器。SRAM 17是易失性存储器，从FROM 14加载固件到该易失性存储器中。SRAM 17中存储有写计数表301和错误历史表302，以记录磁盘设备1中发生的错误的历史。

磁盘驱动器20在磁盘设备1中记录数据，并且包括四个盘片21(21-0至21-3)、直流电机(DCM)22、八个磁头23(23-0至23-7)以及音圈电机(VCM)24。

每个盘片21都是在正面和背面上具有磁记录表面的中空磁盘。DCM22使彼此上下层叠的盘片21旋转。磁头23从盘片21的磁记录表面磁性地读取数据以及将数据磁性地写入到盘片21的磁记录表面。VCM 24沿磁盘的径向将磁头23移动到要读取或写入所需数据的位置。

图3是读取错误校正器200的功能框图。读取错误校正器200包括错误检查单元201、错误确定单元202以及校正单元203。

错误检查单元201周期性地使读/写控制器100读取每个扇区，以检测从其正确地读取数据变得困难的扇区。

如果在响应于来自主机装置2或错误检查单元201的请求执行读操作时发生可校正读取错误，则读/写控制器100在错误历史表302中存储该错误的记录，并且将该错误通知给错误确定单元202。

图4是错误历史表302的内容的一个示例。该错误历史表302包含与每一次发生可校正读取错误时的可校正读取错误相关的信息。具体地说，该错误历史表302存储用于识别发生了错误的位置(例如，盘片号、磁道号和扇区号)、表示错误的类型的错误类型、以及发生错误的日期和时间的信息。

该错误历史表302中还存储有与各种错误类型相关的信息，例如，表示在将数据写到磁盘驱动器20时磁头脱离盘片预定距离或更多的浮力变化(输出变化)。

写计数表301中存储有通过读/写控制器100对各个区段执行写操作的累计次数。分别具有相同数量扇区的一组磁道被称为区段。通常，每个磁道的扇区数量从最内区段至最外区段增加。

错误确定单元202确定其中由于相同原因而导致的读取错误潜在地发展的范围，并且当错误确定单元202接收到来自读/写控制器100的发生可校正读取错误的通知时，使校正单元203对该范围进行校正。为了确定其中由于相同原因而导致的读取错误潜在地发展的范围，错误确定单元202参照记录在写计数表301和错误历史表302中的信息。

校正单元203使读/写控制器100重写或替换由错误确定单元202指示的范围内的各个扇区。

图5是读取错误校正器200的操作的流程图。在图5的示例中，当读/写控制器100响应于来自主机装置2或错误检查单元201的请求而执行读取操作时，发生可校正读取错误。

当发生可校正读取错误(步骤S101)时，错误确定单元202指示读/写控制器100重写其中发生错误的扇区(步骤S102)。

读/写控制器100再次从相同扇区读取数据。当错误已经被校正(在步骤S103为“是”)时，读/写控制器100执行稍后描述的扩展重写处理，以校正周围扇区(步骤S104)。另一方面，当错误没有被校正(在步骤S103为“否”)时，继续使用周围扇区存在风险。因此，读/写控制器100执行稍后描述的替换处理(步骤S105)。

图6是扩展重写处理的详细流程图。首先，错误确定单元202参照错误历史表302中的信息(步骤S201)。当在发生了可校正读取错误的扇区中检测到浮力变化的记录存在(在步骤S202为“是”)时，错误确定单元202确定峰值失真是该错误的原因。于是，校正单元203重写具有潜在错误的范围并结束该处理。在这种情况下，具有潜在错误的范围包括包含发生了可校正读取错误的扇区的磁道以及与其相邻的磁道(步骤S203)。

假定在预定时段内在多个扇区中发生了可校正读取错误(在步骤S204为“是”)。当在基于发生了可校正读取错误的扇区的±N(N：预定自然数)个磁道中发生这些错误中的某些(在步骤S205为“是”)时，并且还当数据被写入到包括这些扇区的区段的累计次数等于或大于预定数量(在步骤S206为“是”)时，错误确定单元202确定侧擦除是该错误的原因。于是，校正单元203重写具有潜在错误的范围，并结束该处理。在这种情况下，具有潜在错误的范围包括包含发生了可校正读取错误的扇区的磁道以及该磁道的±N范围内的磁道(步骤S207)。从写计数表301获得数据被写入该区段的累计次数。

当在预定时段内在多个扇区中发生可校正读取错误(在步骤S204为“是”)时，并且还在基于发生了可校正读取错误的扇区沿径向划分的盘片的记录面上的区域内发生这些错误中的某些(在步骤S208为“是”)时，错误确定单元202确定Hc变化是该错误的原因。于是，校正单元203重写具有潜在错误的范围，并结束该处理。在这种情况下，具有潜在错误的范围与上述区域相对应(步骤S209)。

图8是盘片的记录表面上的区域的一个示例。如图8所示，基于发生了可校正读取错误的扇区沿径向将盘片的记录表面划分为扇形区域。对该区域进行检查，以检测可能发生另一错误的位置，并对其进行校正。

当在过去的任何时刻在与发生了可校正读取错误的扇区相邻的磁道中发生读取错误(在步骤S210为“是”)时，错误确定单元202确定由于某些原因而在包括该相邻磁道的宽范围中存在潜在错误。于是，校正单元203重写包括发生了可校正读取错误的扇区的磁道和与该磁道相邻的磁道，并结束该处理(步骤S211)。

当在过去的任何时刻在包括其中发生了可校正读取错误的扇区的区段中发生多个读取错误(在步骤S212为“是”)时，错误确定单元202确定由于某些原因而在该区段的宽范围内存在潜在错误。然后，校正单元203重写该整个区段，并结束该处理(步骤S213)。

在除以上情况以外的其他情况下(在步骤S212为“否”)，存在由于某些原因而在宽范围中可能发生错误的可能性。因此，该校正单元203重写包括其中发生了可校正读取错误的扇区的整个磁道，并结束该处理(步骤S214)。

图7是替换处理的详细流程图。首先，错误确定单元202参照错误历史表302中的信息(步骤S301)。假定在预定周期内在多个扇区中发生可校正读取错误(在步骤S302为“是”)。当在包括基于发生了可校正读取错误的扇区的±X(X：预定自然数)个扇区和±Y(Y：预定自然数)个磁道的区域(由图9中的粗线包围的区域)内发生这些错误中的某些(在步骤S303为“是”)时，错误确定单元202确定微小缺陷是该错误的原因。于是，校正单元203替换具有潜在错误的范围，并结束该处理。在这种情况下，具有潜在错误的范围与上述区域相对应(步骤S304)。

当在过去的任何时刻在与发生了可校正读取错误的扇区相邻的磁道中发生读取错误(在步骤S305为“是”)时，错误确定单元202确定由于某些原因而在包括相邻磁道的宽范围中存在潜在错误。于是，校正单元203替换包括发生了可校正读取错误的扇区的磁道和与该磁道相邻的磁道，并结束该处理(步骤S306)。

当在过去的任何时刻在包括发生了可校正读取错误的扇区的区段中发生多个读取错误(在步骤S307为“是”)时，错误确定单元202确定由于某些原因而在该区段的宽范围内存在潜在错误。于是，校正单元203替换该整个区段，并结束该处理(步骤S308)。

在除以上情况以外的其他情况下(在步骤S307为“否”)，存在由于某些原因而在宽范围中可能发生错误的可能性。因此，校正单元203替换包括其中发生了可校正读取错误的扇区的整个磁道，并结束该处理(步骤S309)。

上述处理过程仅是一个示例；可以根据安装在磁盘设备上的磁盘驱动器的特性来改变确定错误的原因以及具有潜在错误的区域的大小的逻辑。

如上所述，根据本发明的实施例，当发生可校正错误时，估计其中存在由于相同原因而可能发生错误的可能性的区域，并且重写整个区域。因此，可以校正包括已经检测到可校正错误的扇区的宽范围中的潜在错误，这防止了该错误导致严重错误。

此外，当在一扇区中检测到可能由峰值失真导致的错误时，对包括该扇区的磁道和相邻磁道的所有扇区进行校正。当检测到可能由侧擦除导致的错误时，对某些磁道的所有扇区进行校正。当在一扇区中检测到可能由Hc变化导致的错误时，对包括该扇区的整个区域进行校正。因此，可以防止该错误导致严重错误。

此外，当不能通过重写来防止一错误变成严重错误时，执行替换处理而不是重写。因此，即使由微小缺陷导致的错误也可以被校正。

如上所述，本发明可以适当地应用于防止磁盘驱动器中的数据丢失，并且校正包括检测到错误的扇区的宽范围中的错误。

尽管为了完全并清楚的公开，已针对特定实施例描述了本发明，但是附加权利要求并不因此而受到限制，而是被认为是涵盖了落入在此阐述的基本教导范围内的所属领域的技术人员容易想到的所有修改和替换结构。

Claims (19)

1、一种磁盘控制设备，该磁盘控制设备控制对磁盘驱动器的读写访问，并且对在读取访问过程中发生了可校正读取错误的位置进行恢复，该磁盘控制设备包括：

错误区域预测单元，当由于某种原因而发生可校正读取错误时，该错误区域预测单元预测所述磁盘驱动器上的可能由于该原因而发生错误的区域，并指定该区域作为预测区域；以及

校正单元，其通过重写所述预测区域来校正所述预测区域。

2、根据权利要求1的磁盘控制设备，其中，所述错误区域预测单元指定包括其中发生了可校正读取错误的扇区的整个磁道作为所述预测区域。

3、根据权利要求1的磁盘控制设备，该磁盘控制设备还包括：存储单元，该存储单元中存储有与在对所述磁盘驱动器的读写访问过程中发生的错误有关的信息，其中

当所述信息表示在与包括其中发生了可校正读取错误的扇区的第一磁道相邻的第二磁道中发生读取错误时，所述错误区域预测单元指定整个第一和第二磁道作为所述预测区域。

4、根据权利要求3的磁盘控制设备，其中，当所述信息表示在包括所述扇区的区段中发生了读取错误时，所述错误区域预测单元指定该整个区段作为所述预测区域。

5、根据权利要求3的磁盘控制设备，其中，当所述信息表示在所述扇区中发生了由于浮力变化而导致的错误时，所述错误区域预测单元指定整个第一和第二磁道作为所述预测区域。

6、根据权利要求1的磁盘控制设备，该磁盘控制设备还包括：存储单元，该存储单元中存储有与针对各个区段对所述磁盘驱动器进行写入的次数有关的信息，其中

当在相对于其中发生了可校正读取错误的扇区的±N个磁道范围中发生多个读取错误，并且所述信息表示包括该扇区的区段被写入的次数超过预定阈值时，所述错误区域预测单元指定该范围作为所述预测区域，其中N是自然数。

7、根据权利要求1的磁盘控制设备，其中，当在通过沿径向划分所述磁盘驱动器的记录表面而获得的区域中发生多个读取错误，使得该区域包括其中发生了可校正读取错误的扇区时，所述错误区域预测单元指定该区域作为所述预测区域。

8、根据权利要求1的磁盘控制设备，其中，所述校正单元通过替换所述预测区域来校正所述预测区域。

9、根据权利要求8的磁盘控制设备，其中，当在其中发生了可校正错误的扇区周围的预定范围中发生多个读取错误时，所述错误区域预测单元指定该范围作为所述预测区域。

10、一种磁盘设备，该磁盘设备对在对磁盘驱动器的读取访问过程中发生了可校正读取错误的位置进行恢复，该磁盘设备包括：

错误区域预测单元，当由于某种原因而发生可校正读取错误时，该错误区域预测单元预测所述磁盘驱动器上的可能由于该原因而发生错误的区域，并指定该区域作为预测区域；以及

校正单元，其通过重写所述预测区域来校正所述预测区域。

11、根据权利要求10的磁盘设备，其中，所述错误区域预测单元指定包括其中发生了可校正读取错误的扇区的整个磁道作为所述预测区域。

12、根据权利要求10的磁盘设备，该磁盘设备还包括：存储单元，该存储单元中存储有与在对所述磁盘驱动器的读写访问过程中发生的错误有关的信息，其中

当所述信息表示在与包括其中发生了可校正读取错误的扇区的第一磁道相邻的第二磁道中发生了读取错误时，所述错误区域预测单元指定整个第一和第二磁道作为所述预测区域。

13、根据权利要求12的磁盘设备，其中，当所述信息表示在包括所述扇区的区段中发生了读取错误时，所述错误区域预测单元指定该整个区段作为所述预测区域。

14、根据权利要求12的磁盘设备，其中，当所述信息表示在所述扇区中发生了由于浮力变化而导致的错误时，所述错误区域预测单元指定整个第一和第二磁道作为所述预测区域。

15、根据权利要求10的磁盘设备，该磁盘设备还包括：存储单元，该存储单元中存储有与针对各个区段对所述磁盘驱动器进行写入的次数有关的信息，其中

当在相对于其中发生了可校正读取错误的扇区的±N个磁道范围中发生多个读取错误，并且所述信息表示包括该扇区的区段被写入的次数超过预定阈值时，所述错误区域预测单元指定该范围作为所述预测区域，其中N是自然数。

16、根据权利要求10的磁盘设备，其中，当在通过沿径向划分所述磁盘驱动器的记录表面而获得的区域中发生多个读取错误，使得该区域包括其中发生了可校正读取错误的扇区时，所述错误区域预测单元指定该区域作为所述预测区域。

17、根据权利要求10的磁盘设备，其中，所述校正单元通过替换所述预测区域来校正所述预测区域。

18、根据权利要求17的磁盘设备，其中，当在其中发生了可校正错误的扇区周围的预定范围中发生多个读取错误时，所述错误区域预测单元指定该范围作为所述预测区域。

19、一种校正读取错误的方法，该方法用于对在对磁盘驱动器的读取访问过程中发生了可校正读取错误的位置进行恢复，该方法包括：

当由于某种原因而发生可校正读取错误时，预测所述磁盘驱动器上的可能由于该原因而发生错误的区域；

指定所述区域作为预测区域；以及

通过重写所述预测区域来校正所述预测区域。

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