CN101078972B

CN101078972B - 数据存储装置和数据存取方法

Info

Publication number: CN101078972B
Application number: CN2007101292346A
Authority: CN
Inventors: 田村哲也; 西村章; 佐佐刚; 铃木一也
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2007-03-20
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2027-03-20
Also published as: CN101078972A; US7716412B2; US20080046646A1; JP2007257061A; JP4802791B2

Abstract

一种数据存储装置包括：存储单元，使用逻辑块地址来管理该存储单元；存储器；存储控制单元，用于在存储单元中存储从主机装置传送来的自由区域控制表，在该自由区域控制表中存储了与存储单元中的自由区域有关的信息；扩展单元，用于读取在存储单元中的自由区域控制表，并将其在存储器中扩展；记录单元，用于以及存储器中的自由区域控制表，将从主机装置传送的数据记录到存储单元的自由区域中；更新单元，用于在数据记录单元完成记录操作之后而更新在存储器中的自由区域控制表；以及传送单元，用于向主机装置传送在已经由更新单元更新的自由区域控制表中包括的已更新信息。

Description

数据存储装置和数据存取方法

相关申请的交叉引用

本发明包含涉及于2006年3月20日向日本专利局提交的日本专利申请JP 2006-077278的主题，通过引用在此结合其全部内容。

技术领域

本发明涉及数据存储装置，其使用非易失性固态存储器和旋转记录介质二者或其中之一，更具体地，涉及能够使用自由区域控制表控制进行数据写入所需的地址信息、并且通过执行块存取的文件系统而被存取的数据存储装置，以及其数据存储方法。

背景技术

目前，使用每个都包含非易失性固态存储器的、例如闪存的各种记录介质来存储数据。这种记录介质连接到例如PC(个人计算机)的主机装置(参见，例如日本未审查专利申请公开编号2006-48227)。

当执行数据写入或数据读出时，一些记录介质使用地址管理信息，即，地址定位信息，以便于确定数据将写入到其或者从其读出数据的位置。

发明内容

这样的记录介质可以减少主机装置中包括的CPU上的负载，并且具有处理多个流的重要优势。然而，另一方面，如果实际使用这样的记录介质，则记录介质的现有文件系统需要进行相当大的修改。文件系统修改将造成负担。

此外，记录介质开发者不得不为每种类型的文件系统单独开发存储在记录介质中的固件，因为管理数据定位信息的方法是根据使用的文件系统类型而改变的。他们的负担是开发所需的编码和验证。另外，开发周期会延长。

对于使用者设备，强烈需要与产品特征对应的特定功能(例如，视频摄像机的盘调度功能)。

需要提供一种数据存取系统和数据存取方法，用于在对主机装置进行尽可能少的新改变的同时实现使用者设备需要的功能。

根据本发明实施例的数据存取系统用于连接到主机装置的数据存储装置，，并在主机装置的控制下存取存储在该数据存储装置中的数据。该数据存取系统可包括：用于将从主机装置传送的自由区域控制表存储在使用逻辑块地址进行管理的存储单元中的部件，该自由区域控制表用于存储与该存储单元中的自由区域有关的信息；用于读出存储在该存储单元中的自由区域控制表，并在存储器中扩展所读取的自由区域控制表的部件；用于响应从主机装置传送的预定命令，根据在所述存储器中扩展的自由区域控制表，而将从主机装置传送的数据记录到存储单元中的自由区域的部件；用于在已经完成记录操作之后，更新在所述存储器中扩展的自由区域控制表的部件；以及用于向主机装置传送在自由区域控制表中包括的已更新信息的部件。

该数据存取系统，还可包括用于确定由主机装置拥有的自由区域控制表和在所述存储器中扩展的自由区域控制表是否相同的部件。其中，当确定由主机装置拥有的自由区域控制表和在所述存储器中扩展的自由区域控制表不同时，所述用于向主机装置传送在自由区域控制表中包括的已更新信息的部件向主机装置传送在存储器中扩展的自由区域控制表中包括的信息。

该数据存取系统中的存储单元可具有包括文件定位信息的定位表。

根据本发明实施例的数据存取方法用于数据存储装置。该数据存储装置连接到主机装置，而且在该主机装置的控制下存取存储在该数据存储装置中的数据。该数据存取方法包括如下步骤：将从主机装置传送的自由区域控制表存储到使用逻辑块地址进行管理的存储单元中，该自由区域控制表用于存储与在该存储单元中的自由区域有关的信息；读出存储在该存储单元中的自由区域控制表，并在存储器中扩展所读取的自由区域控制表；响应从主机装置传送的预定命令，根据在存储器中扩展的自由区域控制表，而将从主机装置传送的数据记录到存储单元的自由区域中；在已经完成记录操作之后，更新在存储器中扩展的该自由区域控制表；以及将包括在该自由区域控制表中的已更新信息传送到主机装置。

根据本发明实施例，可以使当根据本发明实施例的数据存储装置连接到主机装置时需要的主机装置改变最小化。另外，可以实现主机装置所请求的功能。

附图说明

图1是示出根据本发明实施例的数据存储装置的配置的框图；

图2是示出用于描述文件系统的LBA空间的示意图；

图3是用于描述自由区域控制表被存储在主机装置和数据存储装置中的情况的图；

图4是示出自由区域控制表的示例的示意图；

图5A是示出当执行数据写入时，从主机装置向数据存储装置传送的AV写入(多个)扇区命令的示意图；

图5B是示出当执行AV写入(多个)扇区命令已经完成时，从数据存储装置向主机装置传送的任务文件寄存命令的原理图；以及

图6是用于描述使用AV写入(多个)扇区命令写文件的处理流程的流程图。

具体实施方式

本发明涉及连接到主机装置的数据存储装置，其存储从主机装置传送的数据，读取所存储的数据，并将所读取的数据传送到主机装置。下面，将描述能够实现使用者设备所需要的功能、同时尽可能少地改变主机装置的数据存储装置的配置和操作。

下面，将描述为硬盘(HD)和非易失性固态存储器的组合的混合存储装置，作为数据存储装置。但是，数据存储装置可以包括硬盘和非易失性固态存储器中的任一个。非易失性固态存储器用于存储器卡，并且是例如在逐块基础上传送或者接收数据的“与非”(NAND)闪存。

下面，将描述使用MS-DOS兼容FAT文件系统的情况。但是，可以使用能够以文件形式管理数据的任何文件系统来代替MS-DOS兼容FAT文件系统。

数据存储装置的配置

图1是示出如下状态的图，其中，例如PC或者AV装置的主机装置1和数据存储装置2经由接口线缆3连接，所述接口线缆3例如为IDE(集成驱动电路)线缆、SCSI(小型计算机系统接口)线缆、FC(光纤信道)线缆、或者USB(通用串行总线)线缆。

如图1所示，数据存储装置2具有以下部件：头部(head)单元21，用于向记录介质20写入或者从其读出数据；头部驱动单元22，用于驱动头部单元21以便使头部单元21存取记录介质20；记录介质驱动单元23，用于向预定方向、预定旋转速度驱动记录介质20；伺服控制单元24，用于控制头部驱动单元22和记录介质驱动单元23；读取和写入信道单元25，其连接到头部单元21，并对所接收的数据执行预定处理；控制单元26，用于控制该伺服控制单元24、以及读取和写入信道单元25；缓冲存储器27，用于临时缓冲数据；具有预定容量的非易失性固态存储器28；具有预定容量的页面缓冲器29；存储器控制单元30，用于在存取该非易失性固态存储器28时，控制该缓冲存储器27、非易失性固态存储器28、和页面缓冲器29，以便向其中写入或者从其中读取数据；中央处理单元(CPU)31，用于执行预定计算，为包括在数据存储装置2中的每个部件设置命令和参数，并促使部件进行操作；存储器32，用于由CPU 31执行的计算；以及接口控制单元33，用于向主机装置1传送或者从主机装置1接收数据、控制信息等。

文件系统

这里，将参照图2描述数据存储装置2使用的文件系统。假设记录介质20是硬盘(HD)。

扇区(典型地为512字节大小)是记录在记录介质20上的数据的最小单元。主机装置1使用逻辑块地址(LBA)存取该记录介质20。页面是记录在非易失性固态存储器28中的数据的最小单元。页面的大小不必与扇区的大小匹配，但是与扇区大小的整数倍对应。因此，逻辑页面数量可以轻易与逻辑地址互相关联。因此主机装置1不仅可以存取记录介质20，而且还可以使用逻辑块地址(LBA)来存取在数据存储装置2中的非易失性固态存储器28。

在管理文件的文件系统中，多个扇区(N个扇区)被定义为一个簇(cluster)。这个簇是当执行数据读取和数据写入时使用的最小数据单元。FAT(文件分配表)是记录有关如何在簇中存储单个文件的信息的表。使用这个FAT的文件系统被称作FAT文件系统。下面，通过用N(在本实施例中，N＝16且1簇＝8千字节)简单划分LBA来获得簇地址。

FAT文件系统容积包括三个区域(保留区域A、FAT区域B、和目录与数据区域C)。目录与数据区域C包括目录条目D。在本实施例中，仅使用单个分区。因此，容积和分区是相同的。

如图2所示，目录条目D包含文件名和起始簇号。主机装置1从目录条目D读出数据以获得起始簇号(图2所示实施例中的“12340h”)，参考与所获得的起始簇号对应的FAT条目，然后确定下一个簇的簇号是“12341h”。主机装置1连续获得随后的簇号，直到它获得FAT条目为“EOF(文件结束)”的最后簇号“1237Fh”。主机装置1根据所获得的定位信息来存取文件。

根据上述FAT(文件分配表)文件系统管理记录介质20，该记录介质20使用诸如包括用户数据区域的HD(硬盘)的盘记录介质来配置，该盘记录介质包括其中将数据存储在与地址(在下文中，指物理地址)相关联的预定数据大小的簇中的用户数据区域。

如果记录介质20是例如HD的磁记录介质，则头部单元21被配置为具有磁感元件的磁头。该磁感元件用于使用所谓的磁阻效应来检测由记录介质20生成的信号磁场，在磁阻效应中按照外部磁场的强度和方向改变磁阻效应中的电阻。

头部驱动单元22在伺服控制单元24的控制下控制头部单元21。

记录介质驱动单元23在伺服控制单元24的控制下控制记录介质20，以便于记录介质20可以以预定旋转速率进行旋转。

伺服控制单元24控制记录介质驱动单元23，以使记录介质20以预定旋转速率向预定方向旋转，并控制头部驱动单元22以使头部单元21在记录介质20上的预定位置上存取。

当执行数据写入时，读取和写入信道单元25编码(调制)所接收的数据，将编码数据转换为适合存储和再现装置特性的数字流，然后将已转换的数据传送到头部单元21。当执行数据读取时，读取和写入信道单元25从头部单元21传送的再现信号中去除高频噪声，使用模数转换器(ADC)将再现信号转换为数字信号，使用最大近似解码方法等对该数字信号执行预定处理，然后解调处理后的信号。

控制单元26管理缓冲存储器27、非易失性固态存储器28、读取和写入信道25、和接口控制单元33之间的数据交换(传送和接收)，并执行数据格式处理。另外，当执行数据格式处理时，控制单元26使用纠错码、错误检测处理和纠错处理来执行编码处理。

从主机装置1传送的数据被存储在记录介质20或者非易失性固态存储器28中。此时、或者当执行数据读取时，缓冲存储器27临时存储数据(执行缓冲处理)以防止数据存储装置2由于在数据传输速率和启动延迟中的不同而导致的性能退化。从成本的观点上，缓冲存储器27通常配置有DRAM或者SRAM。

非易失性固态存储器28是例如使用FAT文件系统的NAND型闪存卡(存储棒、压缩闪存、或者SD卡)，并且具有其中将数据存储在与预定地址相关联的预定数据大小的页面中的数据区域(下文称为逻辑页面数)。当向包括在非易失性固态存储器28中的某一页面写入数据时，需要删除已经预先存储在该页面中的数据。

页1面缓冲器29布置在非易失性固态存储器28和存储控制单元30之间，用于在缓冲存储器27和非易失性固态存储器28之间逐页地有效地传送数据。另外，页面缓冲器29用于从在非易失性固态存储器28中的特定位置向另一位置复制数据而不使用缓冲存储器27。数据存储装置2可以不必包含页面缓冲器29。然而，数据存储装置2需要具有页面缓冲器29。

当从主机装置1传送的数据被写入到记录介质20或者非易失性固态存储器28时，或者当从记录介质20或者非易失性固态存储器28读出数据、并然后将其传送到主机装置1时，存储控制单元30执行预定的存储控制处理。

主机装置的配置

主机装置1提供有：接口控制单元40，其用于经由接口线缆3向数据存储装置2传送或者从其接收数据；CPU 41，用于执行预定计算处理；以及存储器42，用于计算由CPU 41执行的计算。主机装置1是通过使用数据存储装置2的优点有效执行记录和再现处理的应用装置，例如摄像机、数字相机、或者音乐播放器。

当接通电源时，CPU 41通过执行预定处理流程而将存储在引导区域、FAT区域、和目录区域中的每段管理数据加载到存储器42，其中上述区域是记录介质20的系统区域；根据已加载的数据设置参数；并然后根据设置参数将各种命令传送到数据存储装置2。

根据本发明实施例的数据存储装置2具有与存储在主机装置1的存储器42中的表(下文中称为自由区域控制表)相同的表，该表用于管理记录介质20或者非易失性固态存储器28中的自由区域(图3)。控制单元26和接口控制单元33可以是集成的。

这里，在图4中示出自由区域控制表的示例。图4中的自由区域控制表示出了簇编号和多个簇的状态。当没有使用该簇时，分派表示自由区域的示数“1”作为该簇的簇编号。当使用该簇时，分派表示使用区域的示数“0”作为该簇的簇编号。图4示出了仅存在文件1(使用簇编号“12340h”至“12347h”的簇)的情况。

主机装置1向数据存储装置2传送促使数据存储装置2仅根据自由区域控制表确定数据位置并执行数据写入的命令(图5A中的AV写入(多个)扇区)。使用标准ATA命令寄存器表示图5A示出的命令(AV写入(多个)扇区)。

当第一次执行该命令时，主机装置1将示数“1”写入包括在该命令中的“开始”，并将该命令传送到数据存储装置2。当最后一次执行该命令时，主机装置1将示数“1”写入包括在该命令中的“结束”，并将该命令传送到数据存储装置2。

包括在该命令中的其他内容(“LBA”、“DEV”、“扇区计数”等)与标准ATA命令写入(多个)扇区类似地使用。

当执行命令(AV写入(多个)扇区)已经完成时，数据存储装置2向任务文件寄存器输出执行结果(图5B)，以便通知主机装置1该命令完成。主机装置1读取该执行结果。

数据存储装置2已经用于执行数据写入的LBA信息被写入到包括在该任务文件寄存器中的每个“LBA”。包括在该命令中的其他内容(“LBA”、“BSY”、“DRDY”、“DF”、“DRQ”、“ERR”、等)与标准ATA命令写入(多个)扇区类似地使用。

这里，将描述如下处理流程，其中，包括在主机装置1的存储器42的自由区域控制表1中的信息被传送到数据存储装置2，并然后将数据从主机装置1传送到数据存储装置2。下面，假定数据存储装置2仅具有记录介质20。存储在主机装置1的存储器42中的自由区域控制表被定义为自由区域控制表1。存储在记录介质20中的自由区域控制表被定义为自由区域控制表2。存储在缓冲存储器27中的自由区域控制表被定义为自由区域控制表3。

在步骤S1，主机装置1将存储在存储器42中的自由区域控制表1复制到包括在数据存储装置2中的记录介质20，从而将自由区域控制表2存储在记录介质20上。

在步骤S2，主机装置1将AV写入(多个)扇区命令传送到数据存储装置2。此时，在该AV写入(多个)扇区命令中，示数“1”被写入“开始”比特。主机装置1不能指定数据写入位置(即使主机装置指定数据写入位置，数据写入位置的指定也被数据存储装置2忽视)。

在步骤S3，数据存储装置2从记录介质20中读出自由区域控制表2，并将其扩展到缓冲存储器27，从而自由区域控制表3被扩展到缓冲存储器27。数据存储装置2参考在缓冲存储器27中扩展的自由区域控制表3，以便确定数据写入位置。当为数据写入准备好数据存储装置2时，数据存储装置2通知主机装置1这个状态。

在步骤S4，主机装置1将由包括在AV写入(多个)扇区命令中的“扇区计数”指定的容积数据传送到数据存储装置2。

在步骤S5，数据存储装置2根据在缓冲存储器27中扩展的自由区域控制表3，将从主机装置1传送的数据写入到记录介质20，在完成数据写入之后将这时更新的信息(已更新的LBA)写入任务文件寄存器，并通知主机装置1数据写入完成。另一方面，主机装置1从任务文件寄存器读出数据写入的结果。另外，数据存储装置2更新在缓冲存储器27中扩展的自由区域控制表3。如果该命令是最后的AV写入(多个)扇区命令，则数据存储装置2初始化该自由区域控制表3。

在步骤S6，主机装置1使用所读出的信息更新自由区域控制表1和文件定位信息。如果该命令是最后的AV写入(多个)扇区命令，则该处理结束。

在步骤S7，数据存储装置2检查是否有通过写入除AV写入(多个)扇区命令之外的命令(例如写入(多个)扇区命令)指明的写入指令。如果存在另一个写入指令，则处理进行到步骤S8。如果没有写入指令，则处理进行到步骤S9。

在步骤S8，数据存储装置2将数据写入到包括在所接收的写入(多个)扇区命令中的“LBA”。完成数据写入后，数据存储装置2通知主机装置1数据写入完成。另外，数据存储装置2更新自由区域控制表3。

在步骤S9，主机装置1执行下一个AV写入(多个)扇区命令。如果该命令是最后的AV写入(多个)扇区命令，则主机装置将示数“1”写入到包括在该命令中的“结束”中。

在步骤S10，数据存储装置2根据在缓冲存储器27中扩展的自由区域控制表3确定数据写入位置，并通知主机装置1准备好了数据写入。随后，处理返回到步骤S4。

在上面的描述中，假定主机装置1具有自由区域控制表。例如，在UDF(通用硬盘格式)文件系统中，标准化“空间比特映射描述符”。在该“空间比特映射描述符”中，包括与是否使用每个逻辑块有关的信息。然而，在上述FAT文件系统的情况下，不标准化它的等同物。因此，如果使用FAT文件系统，需要使用定位信息(图3)来创建自由区域控制表。另外，主机装置1需要使用步骤S1中的最后信息来更新存储在记录介质20中的定位信息。因此，控制单元26从记录介质20中读出定位信息并根据所读取的定位信息而在缓冲存储器27中创建自由区域控制表。

在本实施例中，即使存在已标准化的自由区域控制表，临时自由区域控制表的格式和在缓冲存储器27中扩展的自由区域控制表3也可以不一定相同。如果支持多个文件系统，则这些文件系统的格式可以由于在管理块单元和自由区域检索方法中的不同而互不相同。在本实施例中，为了防止这些不同的影响，转换存储在记录介质20中的自由区域控制表2的格式，以便固定在缓冲存储器27中扩展的自由区域控制表3的格式。可以认为这种方法是合理的。

控制单元26具有以下的功能：检查存储在主机装置1的存储器42中的自由区域控制表1是否与在缓冲存储器27中扩展的自由区域控制表3相同。如果自由区域控制表1与自由区域控制表3不同，则控制单元26将在缓冲存储器27中扩展的自由区域控制表3中包括的已更新信息传送到主机装置1。主机装置1使用已传送的更新信息来更新自由区域控制表1。

在图6中，已经描述了这种情况，其中单个文件从主机装置1传送到数据存储装置2，并然后使用已经描述的AV写入(多个)扇区命令而被写入到记录介质20。然而，根据本发明的实施例，可以将多个文件写入到数据存储装置2。

在这个实施例中，已经描述了数据写入的处理流程。然而，根据本发明实施例的数据存储装置2也可以从记录介质20读取数据。这里，有两种数据读取方法，通常的读取方法(方法1)和特别读取方法(方法2)。方法1是这样的方法，其根据存储在存储器42中的定位信息，促使主机装置1检索所需要的文件的存储位置，根据检索结果创建标准ATA命令读取(多个)扇区，并使用所创建的标准ATA命令读取(多个)扇区从数据存储装置2中读出所需要的文件。方法2是这样的方法(向前读取方法)，其促使数据存储装置2接收来自主机装置1的文件读命令，根据所接收的文件读取命令来读取存储在记录介质20中的定位信息，分析该所读取的定位信息，根据分析结果从记录介质20读出由主机装置1指定的文件，并将所读取的文件传送到主机装置1或者将所读取的文件存储到缓冲存储器27中，响应从主机装置1传送的请求而从缓冲存储器27中读出文件，并将所读出的文件传送到主机装置1。

依据数据存储装置2，主机装置1可以管理包括在目录条目中的文件元数据和链接信息。如果使用根据本发明实施例的数据存储装置2，则用于数据写入和数据读取的地址需要从基于由主机装置1使用的文件系统确定的地址改变为由数据存储装置2确定的地址。这是当使用数据存储装置2时需的唯一改变。不需要改变管理文件元数据和链接信息的固件。

根据本发明实施例，不考虑对记录介质20使用的文件系统而言是特定的表和位置信息，而定义自由区域控制表。因此，可以极度高效地开发包括在数据存储装置2中的控制单元26的固件。

以这个方式，HDD用作数据存储装置。然而，如果使用例如光盘(CD或者DVD)的随机存取存储装置，则可以执行相同的处理。在上面的描述中，使用FAT文件系统。但是，可以使用能够以文件形式管理数据的任何文件系统。

本领域技术人员应当理解，取决于设计需要和其他因素可以出现各种修改、组合、子组合和变更，只要它们处于本发明或者其等同物的范围内即可。

Claims

1.一种数据存取系统，用于连接到主机装置的数据存储装置，在该主机装置的控制下存取在该数据存储装置中存储的数据，该数据存取系统包括：

用于将从主机装置传送的自由区域控制表存储在使用逻辑块地址进行管理的存储单元中的部件，该自由区域控制表用于存储与该存储单元中的自由区域有关的信息；

用于读出存储在该存储单元中的自由区域控制表，并在存储器中扩展所读取的自由区域控制表的部件；

用于响应从主机装置传送的预定命令，根据在所述存储器中扩展的自由区域控制表，而将从主机装置传送的数据记录到存储单元中的自由区域的部件；

用于在已经完成记录操作之后，更新在所述存储器中扩展的自由区域控制表的部件；以及

用于向主机装置传送在自由区域控制表中包括的已更新信息的部件。

2.根据权利要求1的数据存取系统，还包括用于确定由主机装置拥有的自由区域控制表和在所述存储器中扩展的自由区域控制表是否相同的部件，以及

其中，当确定由主机装置拥有的自由区域控制表和在所述存储器中扩展的自由区域控制表不同时，所述用于向主机装置传送在自由区域控制表中包括的已更新信息的部件向主机装置传送在存储器中扩展的自由区域控制表中包括的信息。

3.根据权利要求1的数据存取系统，其中所述存储单元具有包括文件定位信息的定位表。

4.一种数据存取方法，用于连接到主机装置的数据存储装置，在该主机装置的控制下存取存储在该数据存储装置中的数据，该数据存取方法包括如下步骤：

将从主机装置传送的自由区域控制表存储到使用逻辑块地址进行管理的存储单元，该自由区域控制表存储与在该存储单元中的自由区域有关的信息；

读出存储在该存储单元中的自由区域控制表，并在存储器中扩展所读取的自由区域控制表；

响应从主机装置传送的预定命令，根据在存储器中扩展的自由区域控制表，而将从主机装置传送的数据记录到存储单元中的自由区域中；

在已经完成记录操作之后，更新在存储器中扩展的该自由区域控制表；以及

将包括在该自由区域控制表中的已更新信息传送到主机装置。