CN101118768A - 磁盘驱动设备及其控制方法 - Google Patents

Abstract

在已经写入闪速存储器(15)中的数据量和从主机装置(20)写入的数据量之和超过在阈值存储单元(34)中设置的阈值时，控制器(16)执行将存储在闪速存储器(15)中的数据的至少一部分移到硬盘(14)的闪存操作，以便确保闪速存储器(15)的自由空间。控制器(16)根据由冲击传感器(31)执行的冲击检测的结果自动改变阈值。例如，在施加冲击给磁盘驱动器(11)的时期中，通过控制器(16)将大于一般阈值的阈值设置在阈值存储单元(34)中。结果，可以延迟闪存操作的执行定时。

Description

磁盘驱动设备及其控制方法

技术领域

本发明的一个实施例涉及磁盘驱动设备(例如，硬盘驱动器)以及控制该磁盘驱动器的方法。

背景技术

近来，硬盘驱动器已经成了具有大容量的高度可靠的信息记录介质，并且广泛地分布在各种领域中，例如，作为记录计算机数据、图像数据、音频数据等的介质。另外，硬盘已经缩小到这样的尺寸，以至于内置于便携式电子装置中。

由此，在使用硬盘的当前的日趋变小的磁盘驱动器中，写入和读取信息的速度变得更快，硬盘的驱动计数(即，在硬盘中写入信息的计数和从硬盘读取信息的计数)减少了，从而，通过使用能够高速地写入和读取信息的非易失性存储器作为高速缓冲存储器来节省电池电能。

换句话说，这种磁盘驱动器驱动非易失性存储器将信息写入到外面并且从外面读取信息，并且驱动硬盘将信息转移到非易失性存储器，从而，从外面看，加速了信息的写入和读取操作，并且减少了硬盘的驱动计数。人们已经提出了这种磁盘驱动器，也称为NV(非易失的)-可应用高速缓冲存储器的HDD(硬盘驱动器)(关于ATA 8的非易失性高速缓冲存储器指令指南-ACS修订本5)。

如上所述，在包括非易失性存储器作为高速缓冲存储器的HDD中，随着硬盘的驱动器计数可以减少，可以增加对由于振动和下落而引起的冲击的抗性。然而，当非易失性存储器的存储利用率(量)超过一定的阈值时，必须驱动硬盘刷新存储在非易失性存储器中的数据并将数据写入到硬盘(盘介质)中。此时，在HDD受到冲击时，磁头可能与盘介质相撞。

发明内容

本发明的目的在于提供对由于振动和下落而引起的冲击的抗性能够大大增强的磁盘驱动器、以及控制该磁盘驱动器的方法。

根据本发明的一个方面，提供一种磁盘驱动设备，该磁盘驱动设备包括：检测器，其检测施加在磁盘驱动器的主体上的冲击；磁盘，其记录数据；非易失性存储器，在将数据记录在所述磁盘中时，该非易失性存储器充当高速缓冲存储器；阈值设置单元，根据由所述检测器检测的冲击的计数，该阈值设置单元设置所述非易失性存储器的可存储量的阈值；加法单元，在输入将数据写入所述非易失性存储器的指令时，该加法单元计算已经写入所述非易失性存储器中的数据量和根据所述写入指令要写入的数据量之和；确定部分，其确定所计算的数据量是否大于由所述阈值设置单元所设置的阈值；移动单元，当确定所计算的数据量大于所述阈值时，该移动单元将写在所述非易失性存储器中的数据移到所述磁盘；以及写入部分，在所述移动单元移动数据之后，基于所述非易失性存储器中的写入指令，该写入部分写入数据。

从而可以大大增强对由于振动和下落而引起的冲击的抗性。

本发明的其他目的和优点将在下面的描述中进行阐述，其部分可以从本发明描述而变得显而易见，或者可以通过实施本发明来获知。下文中尤其指出借助于手段和组合而实现的目的。

附图说明

结合在本说明书中并且构成本说明书中的一部分的附图和上面给出的概述以及下面给出的对实施例的详细描述，一起起到解释本发明的原理的作用。

图1是示出根据本发明的实施例的磁盘驱动器的结构的示例性框图；

图2是示出根据实施例的将存储在闪速存储器中的数据写入由磁盘驱动器驱动的盘中的步骤的示例性流程图；

图3是示出根据实施例由磁盘驱动器执行的改变阈值的步骤的实例的示例性流程图；

图4是示出根据实施例由磁盘驱动器执行的改变阈值的步骤的另一实例的示例性流程图；

图5是示出根据实施例由磁盘驱动器执行的改变阈值的步骤的另一实例的示例性流程图；以及

图6是示出根据实施例的用于磁盘驱动器的三个阈值的视图。

具体实施方式

下文参照附图详细地描述本发明的各种实施例。

下面参照附图描述本发明的实施例。

图1示意性地示出在该实施例中所描述的磁盘驱动设备11。关于磁盘驱动器11，利用由关于ATA 8的非易失性高速缓冲存储器指令指南-ACS修订本5等标准化的NV-可应用高速缓冲存储器的HDD。

换句话说，磁盘驱动器11实施为包括非易失性存储器作为高速缓冲存储器的HDD(混合HDD)。磁盘驱动器11包括：充当缓冲器的SDRAM12；单芯片LSI 13，各种电路块置于该单片LSI 13中；硬盘(盘介质)14，其是大容量盘状的记录介质；闪速存储器15，其是充当硬盘14的高速缓冲存储器的非易失性存储器；等等。

LSI 13包括控制器16，在磁盘驱动器11执行各种处理操作时，该控制器充当用于执行集中控制的控制单元。LSI 13还包括：SDRAM I/F(接口)17，其在控制器16和SDRAM 12之间建立连接，以能够在它们之间传输信息；盘I/F 18，其在控制器16和硬盘14之间建立连接，以能够在它们之间传输信息；闪速存储器I/F 19，其在控制器16和闪速存储器15之间建立连接，以能够在它们之间传输信息；主机I/F 21，其在控制器16和外部主机装置20之间建立连接，以能够在它们之间传输信息；等等。

例如，主机装置20是PC(个人计算机)等。例如，一旦运行预定的应用软件，主机装置20就可以通过使用磁盘驱动器11执行信息的写和读，并且可以利用磁盘驱动器11作为用于最后所获得的信息的存储器。

在这种情况下，主机装置20生成要求磁盘驱动器11写入信息的指令和要求磁盘驱动器11读取信息的指令。这些指令通过主机I/F 21供应给控制器16，并且进行分析。

因此，控制器16控制SDRAM 12、闪速存储器15、硬盘14等，以选择性地写入从主机装置20供应的信息、读取主机装置20所需信息等。控制器16具有能够在SDRAM 12、闪速存储器15和硬盘14之间传输信息的功能。

基本上来说，当控制器16从主机装置20接收写信息的请求时，控制器16使得要写的信息被存储在闪速存储器15中。然后，例如，在以超过一定水平的程度使用闪速存储器15的记录区域时，控制器16在预定的定时下将存储在闪速存储器15的信息传输给硬盘14，并且使得硬盘14存储信息。

另外，在控制器16从主机装置20接收读取信息的请求时，控制器16从硬盘14读取所请求的信息，并且使得所请求的信息被输出给主机装置20。在这种情况下，如果所请求的信息存在于闪速存储器15中，则控制器16从闪速存储器15读取信息，并且使得该信息被输出给主机装置20。

将误差校正代码加入到写入在闪速存储器15中的信息(数据)中。基于误差校正代码，对从闪速存储器15读取的数据进行误差校正。

将误差校正代码也加入到记录在硬盘14中的信息(数据)中。基于误差校正代码，对从硬盘14读取的数据进行误差校正。

在本实施例中，在对记录在硬盘14中的数据所进行的误差校正中利用比在对记录在闪速存储器15中的数据所进行的误差校正中更高的误差校正能力的方案。换句话说，在硬盘14中记录的数据的可靠性比在闪速存储器15中记录的数据的可靠性明显高。

另外，例如，在闪速存储器15中，读写信息的单位定义为2千比特。而且，闪速存储器15的擦除单位定义为128千比特。在闪速存储器15中，随着读写的计数增加，各元件退化，并且错误出现率变高。由此，写计数被限制为确保元件性能的信息的约十万倍。

这里解释在上述标准下设置的磁盘驱动器11的各种可执行指令中的描述本发明所需的指令。第一指令指定逻辑块地址(LBA)，并且请求使信息写入闪速存储器15。

第二指令基于闪速存储器15中的LBA请求所指定的记录区域以确保作为信息写入区域。在第一指令或者第二指令由主机装置20生成时，控制器16能够将该信息写入闪速存储器15中的指定LBA中。

而且，磁盘驱动器11还包括冲击传感器31、定时器电路32、计数器33和阈值存储单元34。冲击传感器31是构造成检测施加在磁盘驱动器(主体)11上的冲击的检测器，并且，包括，例如，检测加速度的加速度传感器和冲击检测单元，在加速度传感器检测到比预定的加速度高的加速度时，该冲击检测单元检测冲击。定时器电路32以预定的时间间隔生成中断信号(定时器中断)。计数器33执行(例如)计算每单位时间由冲击传感器31检测的施加冲击的计数的过程。阈值存储单元34存储用于控制高速缓冲闪存的执行定时的阈值。该阈值是限定可写入闪速存储器15中的数据量的上限的值。

如果已经写入闪速存储器15中的数据量和从主机装置20写入的数据量之和超过在存储单元34中设置的阈值，则控制器16执行将存储在闪速存储器15中的数据的至少一部分移到硬盘14的闪存操作，以便确保闪速存储器15的自由空间。在本实施例中，基于冲击传感器31检测冲击的结果，自动改变阈值，以便在施加冲击给磁盘驱动器11的时期内不会过于频繁地执行闪存操作。更具体地说，控制器16基于冲击传感器31的检测量确定应该设置在阈值存储单元34中的阈值，并且将所确定的阈值设置在阈值存储单元34中。例如，在施加冲击给磁盘驱动器11的时期内，通过控制器16将大于正常阈值的阈值设置在阈值存储单元34中。因此，可以延迟闪存操作的执行定时。

图2是示出闪存操作的步骤的流程图。

一般来说，阈值(阈值VT1)是在闪速存储器15的总容量有足够的余量的情况下的预定值。阈值VT1被存储在阈值存储单元34中。

在控制器16从主机装置20接收将数据直接写入闪速存储器15的写入指令时，控制器16执行下述过程。

首先，将来自闪速存储器15的写数据存储在充当缓冲器的SDRAM 12中。控制器16选择SDRAM 12中的写数据(步骤S11)，并且计算写数据量和闪速存储器15的当前使用量(即，已经写入闪速存储器15中的数据量)的和(步骤S12)。

控制器16参考在阈值存储单元34中存储的阈值(步骤S13)，并且判断所计算的数量是否大于阈值(步骤S14)。

如果所计算的数量不大于阈值，则控制器16将所选择的写数据写入闪速存储器15中(步骤S15)。

另一方面，如果所计算的数量大于阈值，则控制器16启动旋转硬盘14的起转过程(步骤S16)，然后选择应该从闪速存储器15闪存的数据，并且执行将闪速存储器15中的选定数据写入的闪存操作(步骤S17)。结果，确保了在闪速存储器15中的自由空间。在步骤S17中，将闪速存储器15中的数据的至少一部分写入硬盘14中。当然，闪速存储器15中的所有数据项都可以写入硬盘14中。在执行闪存操作之后，控制器16将所选择的写数据写入到闪速存储器15中(步骤S15)。

接下来，参照图3描述改变阈值的方法的第一实例。

描述了涉及定时器中断的改变阈值的方法。如上所述，定时器32在每一个定时器间隔周期性地输出中断信号。在冲击传感器31检测到冲击时，冲击传感器31生成中断信号。

通过监视来自冲击传感器31的中断信号，计数器33在每一个定时器间隔周期(单位时间)计算冲击检测计数，并且将冲击检测计数的值输出给控制器16，作为冲击检测计数数据(步骤S21)。

基于来自计数器33的数据，控制器16判断磁盘驱动器11是否被施加冲击(步骤S22)。例如，当定时器间隔周期是5秒时，如果每单位时间(5秒)的冲击检测计数是一个或者更多个，则控制器16确定在所述时间周期被施加冲击(在步骤S23：是)，选择大于阈值VT1的阈值VT2，并且将阈值VT2存储在阈值存储单元34中(步骤S24)。如果每单位时间(5秒)的冲击检测计数是零，则控制器16确定在该时间周期没有施加冲击(在步骤S23：否)，选择阈值VT1，并且将阈值VT1存储在阈值存储单元34中(步骤S25)。

接下来，参照图4描述改变阈值的方法的第二实例。

基于在定时器间隔计数的冲击检测数的检测历史判断施加冲击的时间周期。

通过监视来自冲击传感器31的中断信号，计数器33在每一个定时器间隔周期(单位时间)计数冲击检测数，并且将冲击检测数的值输出给控制器16，作为冲击检测计数数据(步骤S31)。

控制器16包括存储冲击检测计数的历史的历史寄存器。历史寄存器存储与多个连续的时间间隔分别对应的多项冲击检测计数数据，作为来自计数器33的输出。通过执行对多项冲击检测计数数据求平均值的滤除过程，控制器16计算多个时间间隔周期的平均的冲击检测计数(步骤S32)。

基于所计算的平均冲击检测计数，控制器16判断磁盘驱动器11是否被施加冲击(步骤S33)。例如，如果平均冲击检测计数大于预定的预定计数，则控制器16判断在该时间周期施加了冲击(在步骤S34：是)，选择大于阈值VT1的阈值VT2，并且将阈值VT2存储在阈值存储单元34中(步骤S35)。另一方面，如果平均的冲击检测计数没有超过预定的预定计数，则控制器16判断在该时间周期没有施加冲击(在步骤S34：否)，选择阈值VT1，并且将阈值VT1存储在阈值存储单元34中(步骤S36)。

随便提一下，表示在多个时间间隔周期期间检测的冲击的大小(即，加速度的大小)的多个数据项可以存储在历史寄存器中，并且，可以通过使用数据项的平均值来判断施加冲击的时间周期。

因此，通过用由FIR的滤除过程等得到的冲击的平均计数或者大小来选择阈值，可以对该情况计算平均值并判断临时施加冲击的时间，并且，可以减少来自仅一个不期望的冲击等的检测的影响。

接下来，参照图5描述改变阈值的方法的第三实例。

根据图6所示的冲击检测量，选择性地使用三个阈值。一般来说，将阈值VT1存储在阈值存储单元34中。然而，如果冲击检测量超过预定的值，则将大于阈值VT1的阈值VT2存储在阈值存储单元34中。如果长时间还没有检测到冲击，将小于阈值VT1的阈值VT3存储在阈值存储单元34中。

基于在定时器间隔计数的冲击检测计数的检测历史，判断施加冲击的时间周期。

通过监视来自冲击传感器31的中断信号，计数器33在每一个定时器间隔周期(单位时间)计数冲击检测计数，并且输出冲击检测计数的值给控制器16，作为冲击检测计数数据(步骤S41)。

控制器16的历史寄存器存储与多个连续的时间间隔分别对应的多项冲击检测计数数据，作为来自计数器33的输出。

控制器16判断与最近的定时器间隔相对应的冲击检测计数是否大于等于预定的计数(例如，一个)(步骤S42)。如果与最近的定时器间隔相对应的冲击检测计数大于等于预定的计数，则控制器16选择阈值VT2，并且将阈值VT2存储在阈值存储单元34中(步骤S43)。之后，控制器16对存储在闪速存储器15中的数据进行碎片整理，以增加闪速存储器15的自由空间(步骤S44)。

一般来说，随着在闪速存储器中重复重写数据，通常可以将非常小量的数据保持在一些块中，从而可能降低性能效率。通过对闪速存储器执行碎片整理，可以增加大量的自由空间，并且，还可以期望使阈值更大的协同作用。

如果与最近的定时器间隔相对应的冲击检测计数小于预定的计数，则控制器16判断存储在历史寄存器中的所获得的与上一个时间间隔相对应的冲击检测计数是否大于等于一个(步骤S45)。

如果与上一个时间间隔相对应的冲击检测计数大于等于一个，则控制器16选择阈值VT1，并且将阈值VT1存储在阈值存储单元34中(步骤46)。另一方面，如果与上一个时间间隔相对应的冲击检测计数小于一个，即，如果在上一个时间间隔中没有检测到冲击，则控制器16选择阈值VT3，并且将阈值VT3存储在阈值存储单元34中(步骤47)。

另外，如果检测到冲击，则除了改变阈值的过程之外，还可以执行减少在一次访问中写入盘中的数据量的过程。

根据本实施例，如上所述，通过使阈值可以根据冲击传感器31的检测条件而变化，可以使阈值更大，可以延迟盘访问的定时，并且在检测到冲击时可以缩短磁头在介质上的时间。因此，可以减少由于外部振动所引起的物理破裂的可能性。

另外，如果检测到冲击，通过对闪速存储器进行碎片整理来使大量的自由空间更大、并通过使一次盘访问的写入量更小，可以进一步地增加优点。

如果没有检测到冲击，因为确认硬盘处于稳定状态，则尽可能快地写入数据。之后，在施加冲击时，可以将硬盘设置在这样的状态下，即，其中，将小量的数据保持在闪存中。

对于本领域的技术人员来说，很容易想到其他的优点和修改。因此，更广义地说，本发明不局限于本文所示出和描述的具体细节和代表实施例。因此，在不脱离由所附权利要求书及其等同形式所限定的总发明构思的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。

Claims (10)

1.一种磁盘驱动器设备，其特征在于，包括：

检测器，其检测施加在磁盘驱动器的主体上的冲击；

磁盘，其记录数据；

非易失性存储器，在将数据记录在所述磁盘中时，该非易失性存储器充当高速缓冲存储器；

阈值设置单元，根据由所述检测器检测的冲击的计数，该阈值设置单元设置所述非易失性存储器的可存储量的阈值；

加法单元，在输入将数据写入所述非易失性存储器的指令时，该加法单元计算已经写入所述非易失性存储器中的数据量和根据所述写入指令要写入的数据量之和；

确定部分，其确定所计算的数据量是否大于由所述阈值设置单元所设置的阈值；

移动单元，当确定所计算的数据量大于所述阈值时，该移动单元将写在所述非易失性存储器中的数据移到所述磁盘；以及

写入部分，在所述移动单元移动数据之后，基于所述非易失性存储器中的写入指令，该写入部分写入数据。

2.根据权利要求1所述的磁盘驱动设备，其特征在于，在由所述检测器在每单位时间检测的冲击的计数不超过预定计数时，所述阈值设置单元将第一阈值设置为阈值，并且，当每单位时间检测的冲击的计数超过所述预定计数时，所述阈值设置单元将大于所述第一阈值的第二阈值设置为阈值。

3.根据权利要求1所述的磁盘驱动设备，其特征在于，

所述检测器包括检测加速度的加速度传感器和冲击检测单元，当所述加速度传感器检测到大于预定加速度的加速度时，所述冲击检测单元检测冲击；

所述磁盘驱动器还包括：历史存储单元，当所述检测器检测到冲击时，所述历史存储单元存储加速度的大小的历史；和平均值获得单元，其获得基于存储在所述历史存储单元中的历史而取平均的冲击计数；以及

当所述取平均的冲击计数不超过预定计数时，所述阈值设置单元将第一阈值设置为阈值，并且，当所述取平均的冲击计数超过所述预定计数时，所述阈值设置单元将大于第一阈值的第二阈值设置为阈值。

4.根据权利要求1所述的磁盘驱动设备，其特征在于，

所述磁盘驱动器还包括历史存储单元，该历史存储单元存储由所述检测器在每单位时间检测的冲击计数的历史；以及

在由所述检测器检测的冲击的计数不超过所述预定计数的情况下，所述阈值设置单元判断在所述历史存储单元中是否检测到冲击，当判断在所述历史存储单元中检测到冲击时，所述阈值设置单元设置第一阈值，当由所述检测器检测的冲击的计数超过所述预定计数时，所述阈值设置单元将大于第一阈值的第二阈值设置为阈值，并且，当在所述历史存储单元中没有检测到冲击时，所述阈值设置单元将小于第一阈值的第三阈值设置为阈值。

5.根据权利要求4所述的磁盘驱动设备，其特征在于，还包括：

碎片整理单元，在所述阈值设置单元设置第一阈值之后，该碎片整理单元对存储在所述非易失性存储器中的数据进行碎片整理。

6.一种控制磁盘驱动设备的方法，该磁盘驱动设备包括：检测器，其用于检测施加在所述磁盘驱动器的主体上的冲击；磁盘，其用于记录数据；以及非易失性存储器，当将数据记录在磁盘中时，该非易失性存储器用于充当高速缓冲存储器，

该方法的特征在于，包括：

根据由所述检测器检测的冲击的计数，设置所述非易失性存储器的可存储量的阈值；

在输入将数据写入所述非易失性存储器的指令时，计算已经写入所述非易失性存储器中的数据量和根据所述写入指令要写入的数据量之和；

判断所计算的数据量是否大于由所述阈值设置单元设置的阈值；

当判断所计算的数据量大于所述阈值时，将写入所述非易失性存储器中的数据移到磁盘；以及

在所述移动单元移动数据之后，基于在所述非易失性存储器中写入的指令，写入所述数据。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在由所述检测器在每单位时间检测的冲击的计数不超过预定计数时，将第一阈值设置为阈值，并且，当在每单位时间检测的冲击的计数超过预定计数时，将大于所述第一阈值的第二阈值设置为阈值。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述检测器包括：加速度传感器，其用于检测加速度；和冲击检测单元，在所述加速度检测器检测到大于预定加速度的加速度时，所述冲击检测单元用于检测冲击；

存储加速度的大小的历史，所述加速度的大小的历史在所述检测器检测冲击时获得；

获得基于所存储的历史而取平均的冲击计数；以及

在所述取平均的冲击计数不超过预定计数时，将第一阈值设置为阈值，并且，在所述取平均的冲击计数超过预定计数时，将大于所述第一阈值的第二阈值设置为阈值。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

存储由所述检测器在每单位时间检测的冲击计数的历史；

在由所述检测器检测的冲击的计数不超过预定计数的情况下，判断是否已经检测到冲击；

在判断已经检测到冲击时，设置第一阈值；

在由所述检测器检测的冲击的计数超过所述预定计数时，将大于所述第一阈值的第二阈值设置为阈值；以及

在没有检测到冲击时，将小于所述第一阈值的第三阈值设置为阈值。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在设置所述第一阈值之后，对存储在所述非易失性存储器中的数据进行碎片整理。

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