专利名称：具有写入数据验证的叠瓦式磁记录盘驱动器的制作方法
技术领域：
本发明总的来说涉及“叠瓦式(Shingled)”磁记录(SMR)盘驱动器，并且更具体地涉及用于验证已经写入的数据以确保在SMR盘驱动器提供的更高记录密度实现足够的数据可靠性的方法。
背景技术：
已经提出了使用“叠瓦写入”，也称为“叠瓦式记录”或“叠瓦式磁记录”(SMR)的磁记录盘驱动器。在SMR中，比读取磁头在跨轨道方向更宽的写入磁头通过产生多个部分重叠的连续环形路径来写入磁性转变。相邻路径的非重叠部分形成叠瓦式数据轨道，其因此比写入磁头的宽度更窄。该数据由较窄的读取磁头读回。较窄的叠瓦式数据轨道因此允许增加的数据密度。叠瓦式数据轨道作为由环形带间间隙分隔的环形区域或带布置在盘上。当重新写入或更新数据时，在写入更新的轨道之后写入的叠瓦式数据轨道也被重新写入。SMR在现有技术中熟知，例如在US6, 185，063B1和US6, 967，810B2中描述的。但是，尝试将轨道压紧(pack)非常靠近地在一起使新写入的轨道造成对相邻的之前写入的轨道损害的危险。因为该危险，验证之前在SMR盘驱动器中的(多个)相邻轨道上写入的数据的方法是有价值的。
发明内容
本发明总的来说涉及已经写入SMR盘驱动器的环形带的数据的验证的方法。写入磁头使得连续路径或轨道在带中形成叠瓦式数据轨道(SDT)。沿着轨道的数据的写入重写之前写入的轨道的部分，并因而“挤压”之前写入的轨道的数据以由此形成SDT。本发明的方法称为“写入挤压验证”(WSV)，因为在形成SDT之后验证每个SDT中的数据。在每个SDT中写入的数据在被写入后读回。通过使用与写入SDT的数据关联的纠错位进行纠错校验，或通过比较读回数据和存储在存储器中的数据，来验证来自SDT的读回数据。如果未验证数据读回，则这指示已经存在写入错误并且写入错误计数器(WEC)递增并计算写入错误频率(WEF)。如果从SDT读回的数据不能被验证，则可以进行第二次(或更多次)尝试以写入数据。如果SDT中的数据不能在所尝试的(多次)重新写入之后验证，则报告“重试失败”。但是，如果在第二次写入尝试之后验证了数据，则这指示错误是可由ECC校正的并且可校正错误计数器(CEC)递增。CEC使能盘驱动器监控接近失败的数量，这可以指示在盘的特定区域中记录介质的退化。可以对全部带中的全部写入错误计算WEF，或者可以对于每个带或带的组作为单独的WEF计算。因此，可以对只写入特定带或带的组关闭WSV，这改进了写入带的效率，因为消除了读取SDT要求的盘旋转的时间。同样的，如果WEF对于盘的具体区域(S卩，具体带或带的组)超出某个预定阈值，则如果SMR盘驱动器包括以不同轨道密度格式化的能力，那个区域可以以较低轨道密度重新格式化。为了更全面的理解本发明的实质和优势，参考下列结合附图的详细描述。
图1是与根据本发明的方法一起使用的SMR盘驱动器的顶视图。图2是从盘的记录层以下向磁头载体的空气轴承表面(ABS)的视图并图示SMR的方法。图3是示出SMR盘上的典型带的示意图并且图示定义叠瓦式数据轨道的多个重叠轨道。图4是图示本发明的方法的流程图。
具体实施例方式图1是具有根据本发明的叠瓦式记录的盘驱动器100的顶视图。盘驱动器具有外壳或基底101，外壳或基底101支撑用于将磁记录盘10绕其中心13以箭头15指示的方向旋转的致动器130和主轴电机(未示出)。致动器130可以是音圈电机(VCM)转动致动器，其具有刚性臂134并且绕枢轴132旋转。头悬挂组件包括悬挂器121，其具有附连于致动器臂134的端部的一端、附连于悬挂器121的另一端的曲部(flexure) 123和附连于该曲部123的诸如空气轴承滑块122之类的磁头载体。悬挂器121准许滑块122维持非常靠近盘10的表面并且曲部123使滑块122能在通过旋转盘10生成的空气轴承上“俯仰”和“滚动”。滑块122支撑位于滑块122的端面112上的读/写或记录磁头109。记录磁头109通常是感应写入磁头与磁阻读取磁头的组合(也称为读/写磁头)。在图1中仅示出具有相关联的滑块和记录磁头的一个盘表面，但是通常存在重叠在由主轴电机旋转的轮轴(hub)上的多个盘，其中单独的滑块和记录头关联于每个盘的每个表面。在本发明中，盘驱动器使用叠瓦式磁记录(SMR)，也称为叠瓦式写入。因此，图1也图示在磁盘10的记录层上分组为环形区域和带的圆形叠瓦式轨道的部分。仅描绘五个带180、182、184、186和188的部分，但是，典型地存在大量带。用区域间或带间环形间隙(诸如典型间隙181、183、185和187之类)分隔相邻带。例如，对于具有叠瓦式记录的2.5英寸盘驱动器，叠瓦式数据轨道可以具有大约50nm的跨轨道宽度(TW)，而每个带包含几百个轨道且带之间的每个间隙分隔是大约IOOnm (或大约2个TW)。在叠瓦式记录中，比跨轨道方向上的读取磁头更宽的写入磁头通过产生部分重叠的多个连续环形路径或轨道来写入磁性转变。相邻路径或轨道的非重叠部分形成叠瓦式数据轨道，该叠瓦式数据轨道因而比写入磁头的宽度窄。由较窄的读取磁头读回数据。当数据将要重新写入叠瓦式数据轨道时，也将在重新写入轨道之后已经写入的全部叠瓦式数据轨道重新写入。如本领域内所熟知的，在每一个带中的每个叠瓦式数据轨道中的数据也划分为多个毗邻的物理数据扇区(sector)(未示出)。先于每个数据扇区之前出现同步(sync)字段，该同步字段可由读取磁头检测，用于使能数据扇区中读取和写入数据位的同步。同样的，每一个带中的每个叠瓦式数据轨道包括多个环形划分或角形分隔的伺服扇区(未示出)，其包含可由读取磁头检测的定位信息，用于移动读/写磁头109到叠瓦式数据轨道并维持读/写磁头109在轨道上。每个叠瓦式数据轨道中的伺服扇区通常与其他叠瓦式数据轨道中的伺服扇区环形对准，从而它们一般以径向延伸跨越叠瓦式数据轨道。盘驱动器100也包括硬盘控制器(HDC) 212，其可以包括微控制器或微处理器和/或由微控制器或微处理器实现。控制器212运行计算机程序，其存储在存储器214中并且具体体现以下进一步描述的逻辑和算法。存储器214可以与控制器212分开或者作为控制器芯片上的嵌入式存储器。计算机程序也可以以微代码或控制器212可访问的其他类型存储器实现。控制器212连接到与主计算机218通信的主机接口 216。主机接口 216可以是任何传统计算机HDD接口，诸如串行ATA (高级技术附件)或SCSI (小型计算机系统接口)。关联于盘驱动器100的电子器件也包括伺服电子器件240。在盘驱动器100的操作中，读/写通道220从读取磁头接收信号并将伺服信息从伺服扇区传递到伺服电子器件240且将数据信号从数据扇区传递到控制器212。伺服电子器件240通常包括伺服控制处理器，其使用来自伺服扇区的伺服信息运行产生控制信号的控制算法。将该控制信号转换为驱动致动器130以定位读/写磁头109的电流。在盘驱动器100的操作中，接口 216从主计算机218接收用于从数据扇区读取或向数据扇区写入数据的请求。控制器212从接口215接收所请求的数据扇区的列表并且将他们转换为唯一地标识盘表面、轨道和数据扇区的一组数字。将该数字传递到伺服电子器件240以使能将读/写磁头109定位到恰当的数据扇区。控制器212用作数据控制器以通过读/写通道220传输来自主计算机218的写数据块，以由写入磁头写入盘10，并且将来自盘10的读数据块传输回主计算机218。除了旋转磁盘存储之外，盘驱动器通常包括固态存储器(称为“缓存”)，其在数据在主计算机和磁盘存储之间传输之前临时保留数据。传统的缓存是动态随机访问存储器(DRAM)、易失形式的存储器，其可以承受大量写入/擦除循环且具有高数据传输速率。盘驱动器也可以包括非易失性存储器。一类非易失性存储器是“闪速”存储器，其将信息存储在称为“单元(cell)”的浮动栅极晶体管阵列中，其是可以以块来电擦除和重编程的。因而在盘驱动器100中，控制器212也经由数据总线254与易失性存储器250 (示作DRAM)和可选的非易失性存储器252 (示作闪存)通信。图2是盘的记录层的部分的视图并且意在是使用SMR在盘上记录磁化区域的方法的图示。连同对准写入磁头的尖端52的磁性转变的路径或轨道(其将产生第三叠瓦式数据轨道186c)，示出典型环形区域或带(类似图1中的环形带186)的两个同心叠瓦式数据轨道186a和186b。写入磁头尖端52具有比读取磁头感应边缘60跨轨道宽度(RTW)更宽的跨轨道宽度(WTW)。当写入数据时，随着记录层在箭头15的方向上移动，写入磁头尖端52生成磁性转变(示作白色和阴影磁化区域31之间的转换)的路径。在SMR中，无论何时要重新写入或更新环形带中的数据的任何部分，也将在更新叠瓦式数据轨道之后写入的该环形带中的全部叠瓦式数据轨道重新写入。为了写入产生三个叠瓦式数据轨道的磁性转变，写入磁头首先写入沿着线150a为中心的轨道，之后，致动器以递增距离径向地移动写入磁头以写入沿着线150b为中心的磁性转变的轨道，之后，致动器以递增距离径向地移动写入磁头以沿着线150c写入磁性转变的轨道。轨道150b重叠轨道150a的部分且轨道150c重叠轨道150b的部分。例如，轨道150b具有重叠部分152和非重叠部分154。两个连续轨道(t匕如轨道150a和150b)的写入导致叠瓦式数据轨道(即，叠瓦式数据轨道186a)的形成。在环形带中的全部轨道已经以SMR方法写入之后，数据驻留在非重叠部分中，如叠瓦式数据轨道186a、186b示出的。因此，写入的叠瓦式数据轨道具有径向轨道宽度(TW)，其典型地略小于读取磁头感应边缘60a的WTW并略大于RTW。例如，RTW典型地是TW的0.6到0.7倍。在图2的示例中，图的底部意为带186的径向内部，所以在此示例中，在从盘内径(ID)到外经(OD)的方向上写入叠瓦式数据轨道。但是，可以将盘驱动器格式化从而在一个或多个带中的叠瓦式数据轨道的写入可以从OD到ID，其中，在不同的方向上写入不同的带。在本发明中，无论何时写入带，验证在写入的每个叠瓦式数据轨道中的数据。将数据写入整个带可以在将来自主机的新数据存储在存储器中且随后数据第一次写入带时发生。也可以在带中的数据的部分被修改时(即，“读取-修改-写入”操作)时发生，在该“读取-修改-写入”操作中，将带中的全部数据读取并存储在存储器中，随后，以主机提供的新写入数据修改一部分，其最终将全部数据写回带。也可以在一条或多条带被“清除”或“去碎片化”以回收可用空间时，即，将在一条或多条带中的数据读取并存储在存储器且随后重新写入到相同的带或新的带中发生将数据写入整个一条或多条带。图3是用于描述本发明的方法的叠瓦式区域或带300的示意图。带将具有N条叠瓦式数据轨道(SDT)，且N典型地是数以百计；但是，为了方便说明，图3的带300中N=7。带300具有防护带(GB)，其将带300与径向相邻的带分离。写入磁头使连续路径或轨道(TR)形成SDT，该SDT在图3的示例中在从盘OD到盘ID的方向上写入。例如，致动器定位写入磁头以沿着轨道I (TRl)写入数据，然后移动写入磁头以沿着轨道2 (TR2)写入数据。沿着TR2的数据写入重写之前已写入的TRl的部分并且因而“挤压”TRl的数据从而形成第一叠瓦式数据轨道(SDT1)。本发明的方法称为“写入-挤压-验证”(WSV)，因为在形成SDT之后验证每个SDT中的数据。例如，在TR2已经“挤压”TRl之后验证SDTl中的数据。轨道TR3到TR(N+1)的连续写入因而导致带中全部N个SDT的写入。图4是描述本发明的方法的流程图。在400，要写入的数据的N个块在例如非易失性存储器250或易失性存储器252的存储器中(图1)。在此示例中，数据的块是数据的一个轨道。WSV在410打开。WSV可以由用户打开或关闭，或者可以在诸如在盘驱动器上电时或在要清除数据时的空闲时间之类的各种时间自动地打开。在本发明中，也可以在405基于所计算的写入-错误频率(WEV)的值打开或关闭WSV，如以下将说明的。在415，轨道(TR)计数器初始化为i=l。在420，致动器定位写入磁头到TR (i=l)，并且要写入的数据从存储器调回并写入到TR(i=l)。数据的写入也包括奇偶校验位或纠错位的写入。在盘驱动器中的纠错码(ECC)的使用是熟知的并且涉及在数据扇区或数据轨道的末端写入奇偶校验位或纠错位，其中，奇偶校验位或纠错位使用一种算法(类似于熟知的ECC算法的一种)从要写入的数据中计算。在425，致动器定位写入磁头以写连续径向相邻的TR (i+Ι)，并且要写入的数据从存储器调回并连同纠错位一同写入TR (i+Ι)。这挤压TRl并因而导致SDT (i)的写入。在428，写计数器(WC)递增，该写计数器对轨道写入的数量计数。在430，致动器定位读取磁头以读取SDT (i)并且从SDT (i)读回数据。在435，随后验证从SDT (i)读回的数据。验证可以是两种方法中的一种。在第一方法中，也将关联于数据的ECC位读回并且用来关于数据进行ECC校验。如果ECC校验没有返回错误，则这意味着所读回的数据位和ECC位是可读且精确的。ECC校验因而是关于被“挤压”的数据和关联ECC位的双重校验或奇偶校验。该验证方法具有ECC校验是借助于已经存在于盘驱动器的专用硬件/固件的实时即时(on-the-fly)操作。在435的验证的第二方法中，可以通过比较SDT (i)数据的读回与仍驻留在存储器中的相同数据的副本来完成该验证。此方法是在理论上更加精确的验证，因为验证每个位而不是只有ECC奇偶校验。
如果在435验证SDT (i)的数据，则方法随后在440重复直到i=N，其中，N是带中的SDT的数量。TR计数器在445以I递增，并且随后在425写入下一 TR。如果在435从SDT (i)读回的数据未被验证，则这指示已经存在写错误并且在450写错误计数器(WEC)递增。如果在435的验证的方法是通过ECC校验，则这指示在所读回的数据中存在错误。错误可能是可由ECC校正的或者可能存在过多错误而不能校正。在455，写错误频率(WEF)计算为WEF=WEC/WC。WC和WEC的计数以及WEF的计算可以是对每个写入操作进行的，如图4中所示，或者计数和计算可以基于采样，例如每十次或一百次写入操作进行。在460，尝试通过第二次写入轨道TR (i)和TR (i+Ι)来校正已经确定为有错误的从SDT (i)读回的数据。如果验证方法是通过比较SDT (i)数据的读回和仍驻留在存储器中的相同数据的副本，则使用从存储器调回的数据再次写入数据，如以上对块420、425描述的。但是，如果验证方法是通过ECC校验，则尝试用ECC校验数据并随后重新写入。在465，致动器定位读取磁头以读取SDT (i)并且从SDT (i)读回重新写入的数据。在470，使用对于块435的上述两种方法的一种，再次验证从SDT (i)读回的数据。如果在470验证SDT (i)的数据，则方法返回到440。如果在ECC校正之后在460重新写入数据且现在在475验证所重新写入的数据，则这指示存在一些错误但是它们通过ECC是可校正的。在那种情况下，在472可校正错误计数器(CEC)可以递增，之后方法返回到440。CEC监控未完全失败但是接近失败，其中，在块中的错误的数量仍然可校正。CEC值可以用来指示在磁盘的特定区域中的记录介质的退化。如果在第二次写入尝试之后写错误不能校正，则在475报告“重试失败”，之后方法返回到440。虽然以仅仅两次尝试写数据来描述方法，但是在475报告重试失败之前，方法可以包括任何数量的尝试写入数据。如果WEF落在预定阈值之下，则可以在405关闭WSV。例如，每IO6次写入的一个写错误的WEF可以认为是可接受的。WSV的关闭改进了写入到带的效率，因为消除了读取SDT所要求的磁盘旋转的时间。可以对全部带中的全部写错误计算WEF，或者可以对于每个带或带的组作为单独WEF值计算。因此，可以仅对于写入到特定带或带的组关闭WSV。同样，如果对于盘的特定区域(即，具体带或带的组)，WEF超出某个预定阈值，则如果SMR盘驱动器包括以不同轨道密度格式化的能力，该区域可以以较低的轨道密度重新格式化。如上所述的SMR盘驱动器的操作可以实现为存储在存储器中并且由盘驱动器中的诸如HDC212 (图1)的处理器或者独立控制器或微处理器可执行的一组计算机程序指令。控制器基于存储在存储器中的程序指令进行逻辑和算法操作，且因而能够进行上述功能，包括计数写入次数(WC)和写入错误(WEC)，计算WEF并且当WEF落到预定阈值之下时关闭WSV。虽然已经具体示出并参考优选实施例描述本发明，但是本领域技术人员将明白的是，形式和细节上的各种改变可以不偏离本发明的精神和范围地做出。因此，所公开的发明仅认为是图示性的且限于如所附权利要求中规定的范围内。
权利要求
1.一种磁记录盘驱动器，包括: 可旋转磁记录盘，包括基底和在所述基底上的磁记录层； 磁头载体，具有朝向记录层的表面； 写入磁头，在所述磁头载体上，所述写入磁头在所述盘旋转时在所述记录层中生成磁性转变的大致圆形的路径； 致动器，连接到所述磁头载体，用于移动所述磁头载体大致径向地跨越所述盘，所述致动器能够以小于路径的径向宽度的增量移动所述磁头，从而所述写磁头生成部分重叠的磁性转变的大致圆形的路径，所述圆形路径的非重叠部分代表数据轨道； 读取磁头，在所述磁头载体上，用于从所述数据轨道读取已写入的数据； 控制器，用于选择其中由所述写入磁头写入数据的所述数据轨道； 耦接于所述控制器的存储器；且 其中，所述控制器包括用于执行包括以下的方法步骤的逻辑: (a)在圆形路径中写入数据； (b)在直接径向相邻的圆形路径中写入数据以从而形成数据轨道； (c)从所述数据轨道读取数据； Cd)验证写入所述数据轨道中的数据的精确度；且 (e)如果写入所述数据轨道中的数据包含错误，则将写入错误的事件记录在存储器中。
2.根据权利要求1所述的盘驱动器，其中，所述数据轨道在所述记录层上以由环形间隙分隔的环形带分组，且其中，所述方法步骤进一步包括对于带中的全部数据轨道重复步骤(b )到(e )。
3.根据权利要求1所述的盘驱动器，其中，所述方法步骤进一步包括:将写入的数据轨道的数量记录在存储器中，且根据所记录的写入错误的数量和写入的数据轨道的数量来计算写入错误频率(WEF)。
4.根据权利要求3所述的盘驱动器，其中，所述方法步骤进一步包括:如果WEF低于预定阈值，则终止步骤(c)到(e)。
5.根据权利要求3所述的盘驱动器，其中，所述数据轨道在所述记录层上以由环形间隙分隔的环形带分组，且其中计算WEF包括对于带计算WEF。
6.根据权利要求5所述的盘驱动器，进一步包括:如果带的WEF超出预定阈值，则以较低轨道密度重新格式化带。
7.根据权利要求1所述的盘驱动器，其中，写入数据进一步包括写入与要写入的所述数据关联的纠错位，且其中，Cd)的所述方法步骤进一步包括使用与所述写入的数据关联的所述纠错位进行纠错校正。
8.根据权利要求1所述的盘驱动器，其中，所述方法步骤进一步包括:如果写入所述数据轨道中的数据包含错误，则在将写入错误的发生记录在存储器中之前，对于包含错误的所述数据重复步骤(a)到(d)。
9.一种叠瓦式磁记录盘驱动器，包括: 可旋转磁记录盘，包括基底和在所述基底上的垂直磁记录层； 写入磁头，用于在所述盘旋转时将数据写入所述记录层的同心叠瓦式数据轨道； 读取磁头，用于读取在所述叠瓦式数据轨道中的数据；控制器，用于选择其中要由所述写入磁头写入数据的所述叠瓦式数据轨道； 耦接于所述控制器的存储器；且 其中，所述控制器包括用于执行写入-挤压-验证(WSV)方法步骤的逻辑，所述方法步骤用于验证在所述叠瓦式数据轨道中写入的数据的精确度，所述方法步骤包括: (a)将要写入的所述数据记录在存储器中； (b)初始化WSV； (C)将数据写入连续径向相邻的重叠圆形路径中从而写入连续径向相邻的叠瓦式数据轨道； (d)计数已经写入的所述叠瓦式数据轨道； (e)在每个叠瓦式数据轨道的写入之后且在连续径向相邻的叠瓦式数据轨道的写入之前，从所述写入的叠瓦式数据轨道中读取数据； Cf)验证从所述写入的叠瓦式数据轨道中读取的数据的精确度；并 (g)如果在所述写入的叠瓦式数据轨道中写入的数据包含错误，则计数写入错误的事件。
10.根据权利要求9所述的盘驱动器，其中，所述方法步骤进一步包括根据写入错误的计数和写入的叠瓦式数据轨道的计数来计算写入错误频率(WEF)。
11.根据权利要求9所述的盘驱动器，其中，所述方法步骤进一步包括:如果WEF低于预定阈值，则终止WSV。
12.根据权利要求9所述的盘驱动器，其中，所述叠瓦式数据轨道在所述记录层上以由环形间隙分隔的环形带分组，且其中，对于在所述带的至少一条中的全部所述叠瓦式数据轨道进行(c)到(g)的所述方法步骤。
13.根据权利要求9所述的盘驱动器，其中，写入所述叠瓦式数据轨道进一步包括在每个叠瓦式数据轨道中写入与要写入每个所述叠瓦式数据轨道的所述数据关联的纠错位，且其中，Cf)的所述方法步骤包括使用与所述写入的叠瓦式数据轨道关联的所述纠错位来进行纠错校验。
14.根据权利要求13所述的盘驱动器，进一步包括:如果所述纠错校验指示错误，则尝试错误校正，且如果所述尝试成功，则计数可校正错误的事件。
15.根据权利要求9所述的盘驱动器，其中，Cf)的所述方法步骤包括比较从所述写入的叠瓦式数据轨道中读取的数据和在存储器中记录的数据。
全文摘要
提供了磁记录盘驱动器和叠瓦式磁记录盘驱动器。“写入-挤压-验证”方法用于数据的验证，该数据已经写入叠瓦式磁记录盘驱动器的环形带中。沿着轨道的数据的写入重写之前写入的轨道的部分并因而“挤压”之前写入的轨道的数据以从而形成“叠瓦式数据轨道”(SDT)。读回每个SDT的数据并且由使用与写入SDT中的数据关联的纠错位的纠错校验或者通过比较读回的数据和存储在存储器中的数据来验证数据。如果未验证读回的数据，则写入错误计数器递增且计算写入错误频率。可以进行一次或多次尝试写入数据。如果在尝试的(多次)重新写入之后不能验证SDT中的数据，则报告“重试失败”。
文档编号G11B5/55GK103165142SQ20121053567
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月12日 优先权日2011年12月12日
发明者J.D.科克, M.A.哈斯纳, K.王, B.A.威尔逊, R.W.伍德 申请人:Hgst荷兰公司