专利名称：磁盘装置的控制单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁盘装置的控制单元，更具体地说，涉及一种适用于小型磁盘装置的控制单元，用于实现记录密度提高时所要求的高精度的磁头定位以及实现更高的接口功能性能。
在小型磁盘装置中，由于(比方说)接口功能实现了更高的性能，装置实现了更小的尺寸，及更大的存储容量，从而要求实现更高的记录密度。
为了实现更高的记录密度，有必要提高磁迹密度，随着磁迹密度的增加，作为一种对应于更高精度的定位操作的高精度磁头定位技术，人们提出了一种埋入式伺服方案，也就是使用一种间断地记录在用于记录数据的磁盘表面(数据记录区域)中的伺服信号，即所谓的伺服信号。此外，还有一种如美国专利D5109307号中所述的混合式伺服方案。根据这种混合式伺服方案，既使用了刻在伺服面即专门用于记录伺服信号的磁盘表面的伺服信号，又使用了记录在数据记录区域中的伺服信号。在遁迹操作期间，使用连续地写入伺服面中的伺服信号来提高遁迹速度。
在JP—B—4—15548中提出了一种采用这种伺服方案的磁头定位伺服电路，这种采用微处理器的数字伺服电路适用于视点的灵活运用和更高的电路集成度。由于微处理器执行的是数据伺服操作，具有多个量化等级和达到定位精度需要一个取样周期以及在数量值上与常规的模拟伺服电路方案中相等的反应速度，需要与比模拟伺服电路方案中的微处理器高得多的速度来执行伺服操作。
此外，随着磁盘装置中数据的高密度记录的发展，微处理器需要有一个更高的速度。
在需要对内圈和外圈的线性记录密度进行均衡从而提高区域记录密度的记录方案中，有一种叫做区域码的方案。在这种区域码记录方案中，数据记录区域被分成多个区域，依次从数据记录的最里圈开始，位于外侧的外圈区域比位于内侧的内圈区域具有更多数量的扇区，这种方案被记录在4799112号美国专利中。采用这种方案的小型磁盘装置正不断增加。但是，在这种方案中，在多个区域中实现高速循迹操作时，扇区的数量是变化的。与不采用这种区域码记录方案的磁盘装置相比，在磁盘的半径方向上的数量改变时所产生的变换处理衰减就需要进一步处理。由于要进行这种变换处理，微处理机就要承受更重的负担。
过去磁盘的旋转速度在典型情况下是3600转/分。但是最近，数据存取时的磁盘旋转的等待时间被缩短了，传送数据时磁盘的旋转速度也在提高。因此需要磁盘的旋转速度高达7200转/分。
这样，就要求用来进行磁头定位和数据读/写控制的微处理机具有更高的速度。
另一方面，在小型磁盘装置和外部设备之间有多种接口，其中有代表性的接口有ANSI(美国全国标准委员会)制定的SCSI(小型计算机系统接口)。即使在作为第一个标准的SCSI问世之后，SCSI经历包括所支持的命令在内的重大的功能性功能扩展，如SCSI—2及以后的SCSI—3。由于这一原因，磁盘装置的接口控制微处理器所需的程序存储器的容量也提高了。
在磁盘装置的控制单元所执行的控制中，重要的有磁头定位控制，数据读写控制和定位接口控制。作为使用单个微处理器执行这些控制的电路的例子，美国专利第4819153号和美国专利第4979056号中都有描述。
一般在小型磁盘装置中，进行磁头控制和数据读/写控制的机构差不多是同一机构，但是目前已性产出许多不同的型号，它们都具有不同的接口指标，即相对于外界来说执行不同的数据输入/输出控制操作。
如果一个采用埋入式数字伺服信号的数字伺服方案或者混入式伺服方案来进行读写头定位控制的设备控制系统和一个对于外界执行数据输入/输出控制接口功能控制系统是由一个微处理器来实现的话，接口控制处理经常处于等待状态，原因是数字伺服控制处理比它具有更高的优先级别。由于接口控制的处理能力被降低，接口控制处理至少要对每个扇区上出现的周期性伺服信号产生的处理请求作出响应。
作为解决这一问题的措施，有一个方法是提高微处理器的处理速度，即提高时钟速度，从而使等待时间变得足够短。但是，与双处理器型构造的工作速度相比较，这就要在单处理器型构造中需要一个极高的速度。从电路工艺的角度来看，工作速度提高时，微处理器的造价也变贵。因此，使用这样的微处理器从经济上来看是很困难的。
作为另一个措施，还有一个方法是为每个接口规格开发一个具有将接口控制处理和数字伺服控制处理加以组合的特殊设计的处理调度程序，从而只使用一个微处理器而又不造成速度提高。但这样的开发需要时间。
另一个解决办法是使用多个处理器组件，即可以发挥多个微处理器的作用。在小型磁盘装置加2.5寸磁盘装置中，盘的直径为67mm，但电路板的空间只有70mm×100mm。这将引起难于安装太多的微处理器组件的问题。
做在一个封装的、包括一个CPU的一个协数字信号处理器(DSP)的磁盘驱动电路(如Zilog公司的286C95型产品)也可以从市场上买到。但这种数字信号处理器仅用于协助CPU进行部分驱动运算。
本发明的目的在于提供一种小型、低成本的磁盘装置的控制单元，该控制单元具有一个拥有高精度定位和数据读/写功能的设备控制系统和一个能够适合于各种高级接口功能的接口功能控制系统。
为解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一个磁盘装置的控制单元，用于至少执行磁盘磁头的位置控制、通过磁头向磁盘写入或者从磁盘读出数据的控制和数据在磁盘装置和外部装置之间的传送控制，该控制单元包括第一微处理器，从而使用一个记录在磁盘的数据记录面上的伺服信号来执行读写头定位，或者同时使用记录在专用于伺服信号的盘面上的一个伺服信号和记录在数据记录盘面上的一个伺服信号来执行读写头的定位；一个第二微处理器，用于执行数据在磁盘装置和外部设备之间的传送控制；第二微处理器能够工作的时钟频率或者指令执行速度的范围等于或者低于第一微处理器能够工作的时钟频率或制令指令执行速度的范围；第一微处理器具有一个第一内部或外部存储器，用于存储与读写定位控制和将数据写入磁盘或从磁盘中读出的控制有关的信息；第二微处理器具有一个第二内部或外部存储器，用于存储至少与数据的传送控制有关的信息；第二存储器所具有的容量大于上述的第一存储器的容量。第一和第二微处理器被封装入一个集成电路组件中。
根据本发明的一种较佳模式，第一微处理器具有一个将从磁盘作为模拟信号读出的伺服信号转换成数字信号的A/D变换器，而第二微处理器并没有A/D转换器。
如上所述，在本发明中，读写头的定位控制、数据的读/写控制以及磁盘装置和外部设备之间的数据输入/输出控制是并行地由不同的微处理器所执行的。与由单个微处理器相比，实现相同的接口功能处理能力时能降低提升时钟速度或指令执行速度的必要性，从电路工艺的角度出发能很方便地达到处理能力，而且成本也能降低。
另外，存贮器容量较小、适合于进行高速处理的第一微处理器进行高精度的读写头定位控制和数据读/写处理等驱动器控制，而存贮器容量较大；适合于进行低速处理的第二微处理器进行接口功能控制，这种控制需要更大的有贮器容量来保存接口指标的函数展开式。此外，由于第一微处理与接口指标之间的差异无关，它可以适用于或者适加改动就适用于具有不同接口指标的磁盘设备。
另外，通过将二个处理内容各异的微处理器处理设置在同一IC组件中，它们可以安磁盘装置的基板上很小的空间内。
在下面结合附图描述本发明实施例时，本发明的其他一些目的，特征及优点将变得更为显而易见。
图1是本发明的小型磁盘的电路方框图。
图2是埋入式数字伺服方案的周服信号处理的示意图。
图3是本发明的小型磁盘装置中的微处理器IC封装示意图。
图4也是本发明的小型磁盘装置的微处理器IC封装示意图，以及图5是本发明的一个不同的小型磁盘装置中的混合型集成电路的示意图。
下面，结合附图描述本发明的实施例。
图1示出了根据本发明的一个小型磁盘装置的控制电路的方框图。
图2示出了嵌入式数字伺服方案的伺服信号处理的一部分。
在图1中微处理器单元2主要构成了本发明的控制电路。如图3中所示，在一个封装中封入了两个各自由一片芯片所构成的微处理器，及用于进行接口功能控制的微处理器2a和用于进行驱动器控制的微处理器2b。
如图1中所示，磁盘装置主要由一个硬盘主件(HDA)8和控制电路7所组成。
硬盘组件8包括一个用于驱动旋转磁盘的主轴电机11，和一个相对于磁盘设置的、用于在磁信号和电信号之间完成相互转换的读/写头9，和一个用于执行读/写头的遁迹操作的音圈电机10。
控制电路7包括一个读出预放器15，一个写入放大器16，一个用于使读出译放器15的读出信号的辐度恒定的AGC放大器14，一个用于对送入写入放大器16的数据进行编码和对读出预制放大器15输出的信号进行解码的编码/解码器13，一个对来自伺服信息的位置信号进行解调的位置信号检测器17，一个振动检测器30，一个根据物理地址和振动检测器30输出的信号进行磁头位置控制和读/写控制的驱动器控制的微处理器2b，一个由驱动器2b控制的主轴电机驱动电路21，一个用于将驱动器控制微处理器2b送来的磁头位置信号转换成模拟信号的D/A转换器18，一个用于消除磁盘组件8的谐振点的陷波器19，和一个音圈电机驱电路20。控制电路7还包括一个SCSI控制器12，一个接口功能控制微处理器2a和一个存储器31。SCSI控制器12用于通过与外界相连的SCSI接口线6直接输入和输出数据、命令和状态信息。接口功能控制微处理器2a用于控制SCSI控制器12，将逻辑地址与物理地址相联系，并且进行接口控制。存储器31可以是高速缓冲存储单元(和/或补充存储器)。
驱动器控制微处理器2b接收由微处理器2a送来的输入，如包括磁盘上的磁迹号和扇区号的一个物理地址。在这个输入信号的基础上，驱动器微处理器2b控制着音圈电机10和主轴电机11执行磁头的定位控制，并且控制着读/写电路执行读/写处理。
也就是说，驱动器控制微处理器2b从分布在磁盘上的磁迹中的扇区伺服信息中提取磁迹位置信息和磁迹位置偏离信息。在进行遁迹时，驱动器控制微处理器2b进行遁迹速度计算，并且计算与一个预定的寻迹速度曲线值之间的差值，并且使用高精度的数字计算根据各个扇区的误差计算出送往音圈电机的适当的电流。在使磁头跟踪一个预定的磁迹的跟踪控制中，驱动器控制微处理器2b将(作为模拟信号输入的)磁迹位置偏移信息进行数字化。通过使用高精度数字计算，驱动器控制微处理器2b在每个扇区周期内通过一个包括滤波计算在内的数字伺服环路来计算出适合于音圈电机的电流值。
在外部接口输入如要求对某一逻辑地址进行读/与操作的读/写命令的基础上(该逻辑命令包括数据块号，状态信息和数据)，接口功能控制微处理器2b向驱动器控制微处理器2b发出针对于该物理地址的磁头定位和读/写命令。接口功能控制微处理器2a还控制具有高速缓冲功能的存储器31有效地调整接口上送往外部的数传输速度和磁盘介质的读/写传输速度之间的差异。另外接口功能控制微处理器2a还根据外部接口指标和装置的规格指标来执行接口控制和完成对磁盘装置的控制。
这两个微处理器2a和2b在工作时钟频率和内部的ROM容量上是互相不同的。驱动器控制微处理2b的工时钟频率为(比方说)20MHz而接口功能控制微处理器2a的工作时钟频率可能是(比方说)12MHz。由于主要进行的是高速计算，就要求驱动器控制微处理器2b比接口功能控制微处理器2a具有更高的速度，原因是接口功能微处理器2a主要执行的是根据通信约定(Protocol)来执行通信控制而不是执行计算。
驱动器控制微处理器2b具有一个容量为(比方说)8kb的内部ROM。接口功能微处理器2a具有一个容量为(比方说)64kb的内部ROM。其原因在于驱动器控制微处理器2b主要是用来使用有限的基本计算的算法来进行数字伺服处理从而实现磁头的精确定位而进行高速计算，因此并不需要很大的容量。
另一方面，与其过程可以用矩阵计算表示式来表示的伺服计算过程相比较，接口功能微处理器2a主要是根据接口标准来执行命令和数据的输入/输出控制，它必需存储一个包括许多种条件精度和处理组合在内的一个处理程序。此外从SCSI—1至SCSI—2标准的改进中可以看出，这里面包括了大量的函数展开式，包括增加了由(比方说)查寻命令所支持的许多命令。另外还必需根据用户的要求将一个基本上是标准化的具体的规格如SCSI规格修改成具体地针对某一公司的形式，即使是在同一标准下。
驱动器控制微处理2b还包括一个A/D转换器，该A/D转换器用于将伺服位置信号和由振动检测器30送来的一个信号即模拟信号转换成数字信号，另一方面接口功能控制微处理器2a还相对于外部装置执行接口操作。只有数字系统才会被直接控制。因此，接口功能微处理器2a中并没有包含A/D转换器。
下面结合图1和图2描述一个本实施例中的小型磁盘装置的控制系统的工作情况。
磁头9的寻找操作和跟踪操作的定位方案属于埋入式数字伺服方案。在这种方式中，先由读/写头9读出预放器15和AGC放大器1 4读出磁盘22上的磁迹23a中的信号。位置信号检测器17从间断地包含在磁迹信号23(图2)中伺服图形扇区24的信号中取出一个模拟位置信号。该模拟位置信号在A/D转换区5中进行A/D转换处理5a，进行数字化，从而获得数字位置信号。从伺服图形扇区24的信号还获得磁迹号。
驱动器控制微处理器2b使用下述所述的数字计算处理执行数字定位控制处理32，并且输出一个用于定位的控制信号。该信号在D/A转换器18中被D/A变换处理。经D/A变换后的信号通过陷波器19和音圈电机驱动电路20输出至音圈电机10。驱动器控制微处理器2b还通过主轴电机驱动电路21输出一个驱动主轴电机11的信号。
磁盘22上内圈区域的磁迹23a一周上所包含的伺服图形扇区24a的数量大于外圈磁迹中的数量。采用这种所谓的区域位方案是为了使记录密度得到均衡。
在循迹完成之后，根据磁头所处磁迹所属的区域，驱动器控制微处理器2b将立即把读/写系统电路中的各种参数变换成必要的参数，这些参数如读/写信号频率，写预校正值，写入电流，读出波形峰值检测和鉴别辐度电平，以及读出数据鉴别窗口时间宽度，从而保证在各个区域中使正常的读出容冗达到最大值。
在读出数据时，信号通过读/写磁头9、读出译制放大器15，AGC放大器14和编码/解码器13读出，并且从SCSI控制器12输出至外部。
写入数据由处部输入至SCSI控制器12，并且通过编码/解码器13、写入译制放大器16和读/写磁头9进行写入。
为了通过使用振动检测器来提交工作中的耐中击性，驱动器控制微处理器2b还对由振动检测器30送来的一个冲击加速度信号进行轮询监视当驱动器控制微处理器2b检测出冲击加速度信号等于或者超过一个预定的值时，它将立即执行写入禁止控制，从而防止将数据写在磁迹之外，而使所数据损坏，在磁迹之外写入意味着由于磁据位置的偏差将数据写在错误的磁道上。驱动器控制微处理器2b所完成的这些控制操作由于记录密度的增加所要求的定位操作要实行更高的精度，并且由于意对于某一希望的磁迹的遁迹操作完成之后磁头到达预定的扇区的旋转等待时间的缩短以及数据传输速度的增加，因此要求以更高的速度来完成，如上所述，人们尝试着提高驱动器控制微处理器2b的时钟速度。另一方面由低速时钟所驱动的接口控制微处理器2a被用于进行并不要求速度很高的接口控制。
接口功能控制微处理器2a与SCSI控制器12和驱动控制微处理器2b相联，接口功能控制微处理器2a执行着各种各样的并且是高级的接口功能，如高等级装置中的归一化响应控制，对应数据的存储和读出控制以及节能控制。因此，接口功能控制微处理器2a所需的用于存储处理程序的内部ROM的容量大约为驱动器控制微处理器2b所需的用来存储程序的内部ROM的容量的8倍。
两个微处理器2a和2b之间的工作时序的调整如下如述。这两个微处理器2a和2b在寄存器中都有分别由它们控制的中断标志，在产生中断请求时各种执行轮询管理。当一个微处理器接收到另一个微处理器送来的中断请求时，独立的操作被暂时中断，相互之间进行状态信息、命令和数据的发送和接收这样就实现了它们之间的互相协作。
图3示出了根据本发明的一个实施例的小型磁盘装置的微处理器的IC封装1的结构。接口功能控制微处理器的2a和驱动器控制微处理器2b被封装在同一个集成电路块1中。
图4示出了根据本发明的另一个实施例的小型磁盘装置的微处理的IC封装1的结构。在该结构中，接口功能微处理器2a的电路被整体构置在单个微处理器芯片2内。微处理器2也被封装在IC封装1内。
图5示出了根据本发明的又一个实施例的小型磁盘装置中的包含微处理器的混合型IC的结构，接口功能控制微处理器承载芯片26和驱动器控制微处理器承载芯片27通过连线联接或者类似手段安装在单片混合型IC以上。承载芯片将接受硅树脂封装密封28。此外，整个的混合IC基板还将接受环氧硅树脂注膜密封29。
包含了两个微处理器2a和2b或者如图3、4和5中所示的26和27的微处理器封装被安装在其盘的直径大约为67mm或更小的小型磁盘装置的电路板上，这种磁盘装置具有所谓的2.5英寸或者更小的结构参数尺寸。
根据如上而所述的这些实施例，根据处理内容而具有不同的规格的两个微处理器被设置在同一个IC封装内。结果，两个微处理器可以安装在其结构因素尺寸为2.5英寸或更小的小型磁盘装置的电路板上的一个很小的空间之内。
在本发明中，在避免使用超高速微处理器(这是常规技术中使用单个微处理器时所碰到的问题)的前提下，就能经济地构成一个其功能与单个微处理器相当的控制系统，从而形成(1)一个能够提高工作中抗冲击性的驱动器控制系统，该系统使用区域码记录方式，使磁盘以高速转动并包含一个冲击检测器，并且能采用埋入式数字伺服方式实现高精度磁头定位和数字读出和写出，(2)一个与各种高级接口功能相对应的接口功能控制系统。
顺便说一下，微处理器的指令执行速度并不仅仅取决于时钟频率，还取决于指令的结构和电路元件。比方说，RISC(减缩指令集计算机)型微处理器在速度上比CISC(复杂指令集计算机)类微处理器要快得多。
通过将微处理器2a和2b分别作成CISE型和RISC型，就可以给它们提供必要的数据处理能力而无需对时钟频率加以区分。对于微处理器2b来说，可以使用(比方说)日立公司所生产的包括一个A/D转换器在内的SH7000型集成电路。
根据本发明，磁盘装置的驱动器控制系统和接口控制系统可以有不同的微处理器来加以控制。因此，将这些微处理器封装于同一个封装内时，就能实现一个紧凑的小型磁盘装置。
权利要求
1.一种磁盘控制单元，用于至少执行磁盘磁头的位置控制、通过磁头向磁盘写入或者从磁盘读出数据的控制和数据在磁盘装置和外部装置之间的传送控制，上述的控制单元的特征在于第一微处理器，能够不依赖于一个与之不同但是执行并行处理的第二微处理器的控制而主要执行读写头的位置控制和向磁盘写入或从磁盘读出数据的控制，从而使用一个记录在磁盘的数据记录而上的伺服信号来执行读写头定位，或者同时使用记录在专用于伺服信号的盘面上的一个伺服信号和记录在数据记录盘面上的一个伺服信号来执行读写头的定位；第二微处理器，用于执行数据在磁盘装置和外部设备之间的传送控制；上述的第二微处理器能够工作的时钟频率或者指令执行速度的范围等于或者低于上述的第一微处理器能够工作的时钟频率或制令指令执行速度的范围；上述的第一微处理器具有一个第一内部或外部存储器，用于存储与读写头定位控制和将数据写入磁盘或从磁盘中读出的控制有关的信息；上述的第二微处理器具有一个第二内部或外部存储器，用于存储至少与数据的传送控制有关的信息；和上述的第二存储器所具有的容量大于上述的第一存储器的容量。
2.如权利要求1所述的磁盘控制单元，其特征在于上述的第一微处理器包括一个模数(A/D)转换器，用于将从磁盘作为模拟信号读出的上述伺服信号转换成一个数字信号。
3.一种如权利要求1或2所述的磁盘装置控制单元，其特征在于上述的第一微处理器和第二微处理器被封装在基本上是同一块集成电路封装内。
4.一种磁盘装置的控制单元，用于至少执行读磁盘的读写头的定位控制、通过读写头将磁盘写入或从磁盘读出数据的控制，以及数据在磁盘装置和外部设备之间的传送控制，上述的控制单元的特征在于一个第一微处理器，能够不依赖于与之不同但进行并行处理的一个第二微处理器所执行的控制来实现读写头的定位控制和将数据写入磁盘或从磁盘读出数据的控制，从而通过一个记录在磁盘的数据记录盘面上的伺服信号执行磁头定位或者通过同时使用记录在专用于伺服信号的盘面上的伺服信号和记录在数据记录盘面上的伺服信号来执行读/写头定位；一个第二微处理器，用于执行数据在磁盘装置和外部设备之间的传送控制；上述的第一微处理器所具有的指令执行速度等于或者大于上述第二微处理器的指令执行速度；上述的第一微处理器具有一个第一存储器，用于存储与读/写头定位控制和将数据写入磁盘或从磁盘读出数据的控制有关的信息；上述的第二微处理器有一个第二存储器，用于存储至少与数据的传送处理有关的信息；和上述的第二存储器所具有的容量大于第一微处理的容量。
5.一种如权利要求4所述的磁盘装置的控制单元，其特征在于上述的第一微处理器包括一个减缩指令集计算机(RISC)，上述的第二微处理器包括一个复杂指令集计算机(CISC)，上述的第一微处理器和第二微处理器的芯片被封装在同一个封装中。
6.一个结构因素尺寸为2.5英寸或更小的小型磁盘装置的控制单元，该磁盘装置包括一个外壳、一个磁盘组件、和一个装在设置在外壳之内的电路板上的控制单元，上述的控制单元至少执行磁盘的读/写头的定位控制、通过读写头将数据写磁盘或从磁盘读出的控制和数据在磁盘装置和外部设备之间的传送控制，上述的控制单元特征在于一个第一微处理器，能够不依赖于一个与之不同但执行着并引处理的第二微处理器所执行的控制来主要执行读写头的定位控制和向磁盘写入数据或从磁盘读出数据的控制，从而使用一个记录在盘的数据记录面上的伺服信号来执行磁头定位，或者同时使用记录在专用于伺服信号的盘面上的一个伺服信号和记录在数据记录盘面上的一个伺服信号来执行读/写头定位；一个第二微处理器，用于执行数据在磁盘装置和外部设备之间的传送控制；上述的第一微处理器所具有的指令执行速度等于或者大于上述的第二微处理器的指令执行速度；上述的第一微处理器具有一个第一存储器，用于存储与读写定位控制有关的信息；上述的第二位微处理器具有一个第二存储器，用于存储至少与数据的传送控制有关的信息；和上述的第二存储器的容量大于上述的第一存储器的容量。
全文摘要
本发明的目的是以较低的成本提供一个小尺寸的磁盘装置控制单元，它具有高精度的读写头定位控制、数据读写控制以及高级的接口功能。用于执行嵌入式数字伺服处理的一个驱动器控制微处理器具有一个容量比较小的存储器和一个A/D转换器，适合于高速处理。对应于高级装置的接口功能控制微处理器具有一个容量较大的存储器，适合于进行低速处理。驱动器控制微处理器和接口功能控制微处理器可以安装于同一个IC芯片上。
文档编号G11B21/08GK1115085SQ9510362
公开日1996年1月17日 申请日期1995年3月28日 优先权日1994年3月28日
发明者小玉浩二 申请人:株式会社日立制作所