CN113557569B - 用于磁存储介质的恒定密度写入 - Google Patents

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Abstract

本公开描述了用于磁存储介质的恒定密度写入的各方面。在一些方面，恒定密度写入器延迟写入数据内的位之间的转变以实现恒定密度写入。写入数据具有基于恒定时钟信号的初始位周期，该恒定时钟信号是基于介质磁盘的旋转而被生成的。恒定密度写入器修改写入数据以生成相位延迟写入数据，相位延迟写入数据的位周期大于或等于初始位周期。为了实现这个位周期，恒定密度写入器改变写入数据内的位转变的写入相位。恒定密度写入器还可以插入拉伸位，过滤单位转变，并且减轻相位延迟写入数据内的故障。

Description

用于磁存储介质的恒定密度写入
相关申请的交叉引用
本公开要求于2019年3月11日提交的美国临时专利申请序列号62/816,760的优先权，其公开内容通过整体引用并入本文。
背景技术
电子设备为现代社会提供很多服务。这些服务使得电子设备能够提供娱乐，协助科学研究和开发，并且提供很多现代便利。这些服务中的很多服务创建或使用电子设备所存储的数据。该数据可以包括诸如书籍或电影等数字介质、执行复杂模拟的算法、个人用户数据、应用等。为了避免超出数据存储限制，增加电子设备的数据存储容量并且避免删除数据、限制服务或购买附加外部存储设备是有益的。
很多电子设备使用介质驱动器将数据存储在磁盘上，诸如硬盘驱动器。通常，每个磁盘的数据是沿着其中写入有数据的个体位(bit)的磁介质的同心磁道被组织的。为了容纳更大量的用户数据，每个介质磁盘的数据密度已经大幅增加，从而缩小了磁介质上写入的磁道和位两者的物理几何形状。为了容纳更大量的用户数据，有效利用介质磁盘的面积是有益的。
发明内容
提供本“发明内容”以介绍在“具体实施方式”和“附图”中进一步描述的主题。因此，本“发明内容”不应当用于限制所要求保护的主题的范围。
本公开描述了用于延迟数据流内的位之间的延迟转变的磁存储介质的恒定密度写入的装置和技术。特别地，恒定密度写入器接受具有基于固定时钟信号的初始位周期的写入数据。时钟信号是基于介质磁盘的旋转而生成的。恒定密度写入器修改写入数据以生成相位延迟写入数据，相位延迟写入数据的位周期大于或等于初始位周期。为了实现位周期，恒定密度写入器改变写入数据内的位转变的写入相位。恒定密度写入器还可以插入拉伸位，过滤单位(single-bit)转变，并且减轻相位延迟写入数据内的故障(glitch)。
在一些方面，磁存储介质的恒定密度写入器实现从主机接受写入数据的方法。恒定密度写入器确定磁存储介质的磁盘的多个同心磁道中的同心磁道的相应位周期。每个位周期与特定同心磁道相关联。相应位周期基于多个同心磁道的相应半径而变化，并且被配置为跨多个同心磁道维持特定位密度。恒定密度写入器针对写入数据从多个同心磁道中选择同心磁道。恒定密度写入器基于与同心磁道相关联的位周期来延迟写入数据的位之间的转变以生成相位延迟写入数据。以这种方式，相位延迟写入数据的位具有与同心磁道相关联的位周期。相位延迟写入数据的位沿着同心磁道被写入使得同心磁道具有特定位密度。
在其他方面，一种装置包括用于从主机接收写入数据的接口、用于存储写入数据的磁存储介质的磁盘、被配置为将写入数据作为数据位写入磁存储介质的磁介质写入器、以及恒定密度写入器。恒定密度写入器被配置为确定多个同心磁道中的同心磁道的相应位周期。每个位周期与特定同心磁道相关联。相应位周期基于多个同心磁道的相应半径而变化，并且被配置为跨多个同心磁道维持特定位密度。恒定密度写入器还被配置为针对写入数据从多个同心磁道中选择同心磁道。同心磁道与相应位周期中的位周期相关联。为了生成相位延迟写入数据，恒定密度写入器基于同心磁道的位周期来延迟写入数据的位之间的转变以有效地引起相位延迟写入数据的位具有与同心磁道相关联的位周期。恒定密度写入器还被配置为向磁介质写入器传输相位延迟写入数据以使得同心磁道能够具有特定位密度。
在其他方面，描述了一种片上系统(SoC)，该SoC包括到从其接收写入数据的主机的接口、到磁存储介质的磁介质写入器的接口、以及至少部分以硬件实现的恒定密度写入器。恒定密度写入器被配置为确定多个同心磁道中的同心磁道的相应位周期。每个位周期与特定同心磁道相关联。相应位周期基于多个同心磁道的相应半径而变化，并且被配置为跨多个同心磁道维持特定位密度。恒定密度写入器还被配置为针对写入数据从多个同心磁道中选择同心磁道。同心磁道与相应位周期中的位周期相关联。为了生成相位延迟写入数据，恒定密度写入器基于同心磁道的位周期来延迟写入数据的位之间的转变以有效地引起相位延迟写入数据的位具有与同心磁道相关联的位周期。恒定密度写入器还被配置为向磁介质写入器传输相位延迟写入数据以使得同心磁道能够具有特定位密度。
在附图和以下描述中阐述了一种或多种实现的细节。从说明书和附图以及从权利要求中，其他特征和优点将是很清楚的。
附图说明
在附图和下面的详细描述中阐述了用于磁存储介质的恒定密度写入的一种或多种实现的细节。在附图中，附图标记最左边的数字表示附图标记第一次出现的图。在说明书和附图中的不同情况下对相同的附图标记的使用表示相同的元素：
图1示出了根据一种或多种实现的具有在其中实现磁存储介质的设备的示例操作环境。
图2示出了图1所示的硬盘驱动器的示例配置。
图3示出了读/写通道的示例配置。
图4示出了图3的写入数据和相位延迟写入数据的示例图。
图5示出了图1的恒定密度写入器的示例实现。
图6示出了由图5的恒定密度写入器生成的数据的示例图。
图7描绘了用于使用图5的恒定密度写入器来实现磁存储介质的恒定密度写入的示例方法。
图8示出了用于实现图2的磁存储介质的恒定密度写入的各方面的示例片上系统(SoC)环境。
图9示出了被配置为在与控制器相关联的图2的磁介质中实现恒定密度写入的各方面的示例存储介质控制器。
具体实施方式
为了容纳更大量的用户数据，有效地利用介质磁盘的面积是有益的。例如，如本公开中所描述的，恒定密度写入使得介质磁盘能够跨具有不同半径的不同同心磁道而具有相似位密度。代替使用单一频率写入数据，相对于沿着朝向介质磁盘的中心定位的其他同心磁道而写入的数据，可以沿着朝向介质磁盘的外部定位的同心磁道以更高频率写入数据。以这种方式，恒定密度写入有效地利用介质磁盘的面积，并且使得附加数据能够被写入介质磁盘。
然而，一些常规介质驱动器基于固定时钟频率来生成写入模式，该固定时钟频率基于介质磁盘的旋转来确定。在某些介质驱动器中，可以相对于介质磁盘的旋转来调节时钟频率。然而，这些调节可能相对较大，并且不足以小到足以实现恒定密度写入。因此，介质驱动器跨介质磁盘生成具有不同位密度的多个区域，这比恒定密度写入效率低。
本公开描述了用于磁存储介质的恒定密度写入的装置和技术。所描述的装置和技术不是相对于介质磁盘的旋转来调节时钟频率，而是实现恒定密度写入，该恒定密度写入延迟数据流内的位之间的转变。特别地，恒定密度写入器接受具有基于固定时钟信号的初始位周期的写入数据。时钟信号是基于介质磁盘的旋转而生成的。恒定密度写入器修改写入数据以生成相位延迟写入数据，相位延迟写入数据的位周期大于或等于初始位周期。为了实现位周期，恒定密度写入器改变写入数据内的位转变的写入相位。恒定密度写入器还可以插入拉伸位，过滤单位转变，并且减轻相位延迟写入数据内的故障。
以下讨论描述了操作环境、在该操作环境中采用的技术、以及其中体现了该操作环境的组件的片上系统(SoC)。在本公开的上下文中，仅通过示例的方式引用操作环境。
操作环境
图1示出了示例操作环境100，操作环境100具有能够存储或访问各种形式的数据或信息的计算设备102。计算设备102的示例包括膝上型计算机104、台式计算机106和服务器108，其中的任何一个都可以被配置为存储网络或云存储的一部分。计算设备102(未示出)的其他示例包括平板计算机、机顶盒、数据存储设备、可穿戴智能设备、电视、内容流设备、高清多媒体接口(HDMI)媒体棒、智能家电、家庭自动化控制器、智能恒温器、物联网(IoT)设备、移动互联网设备(MID)、网络附加存储(NAS)驱动器、聚合存储系统、游戏机、汽车娱乐设备、汽车计算系统、汽车控制模块(例如，发动机或动力传动系控制模块)等。
通常，计算设备102出于任何合适的目的而提供、传送或存储数据，诸如以启用特定类型的设备的功能、提供用户界面、启用网络访问、实现游戏应用、回放媒体、提供导航、编辑内容、提供数据存储等。替代地或另外地，计算设备102能够存储各种数据，诸如数据库、用户数据、多媒体、应用、操作系统等。一个或多个计算设备102可以被配置为提供远程数据存储或服务，诸如云存储、归档、备份、客户端服务、记录保留等。
计算设备102包括处理器110和计算机可读存储介质112。处理器110被实现为用于执行计算设备102的操作系统或其他程序的指令或命令的任何合适类型或数目的处理器(单核或多核(例如，ARM或x86处理器核))。计算机可读存储介质112(CRM 112)包括存储器介质114和介质驱动器116。计算设备102的存储器介质或系统存储器包括易失性存储器或非易失性存储器的任何合适类型或组合。例如，计算设备102的易失性存储器包括各种类型的随机存取存储器(RAM)、动态RAM(DRAM)、静态RAM(SRAM)等。非易失性存储器可以包括只读存储器(ROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存(例如，NOR闪存或NAND闪存)。这些存储器单独或组合地存储与计算设备102的应用和/或操作系统相关联的数据。
计算设备102的介质驱动器116包括一个或多个介质驱动器，或者被实现为与计算设备102相关联的数据存储系统的一部分。在该示例中，介质驱动器116包括硬盘驱动器118(HDD 118)，HDD 118能够存储数据并且参考恒定密度写入的各个方面进行描述。替代地或另外地，介质驱动器116可以被配置为任何合适类型的数据存储驱动器或系统，诸如存储设备、存储驱动器、存储阵列、存储卷等。尽管参考计算设备102进行描述，但介质驱动器116也可以单独实现为独立设备或更大存储集合体的一部分，诸如数据中心、服务器群或虚拟化存储系统(例如，用于基于云的存储或服务)，其中实现恒定密度写入的各方面。
在所描绘的配置中，计算设备102还包括I/O端口120、图形处理单元(unit)(GPU，未示出)和数据接口122。通常，I/O端口120允许计算设备102与其他设备、外围设备或用户交互。例如，I/O端口120可以包括或耦合到通用串行总线、人机接口设备、音频输入、音频输出等。GPU处理和渲染计算设备102的图形相关数据，诸如操作系统、应用等的用户界面元素。在一些情况下，GPU访问本地存储器的一部分以渲染图形，或者包括用于渲染计算设备102的图形的专用存储器(例如，视频RAM)。
计算设备102的数据接口122提供与一个或多个网络和连接到这些网络的其他设备的连接性。数据接口122可以包括用于通过本地网络、内联网或互联网传送的数据的有线接口，诸如以太网或光纤接口。替代地或另外地，数据接口122可以包括支持通过无线网络(诸如无线LAN、广域无线网络(例如，蜂窝网络)和/或无线个域网(WPAN))进行的通信的无线接口。根据磁存储介质的恒定密度写入的一个或多个方面，通过I/O端口120或数据接口122传送的任何数据可以被写入计算设备102的存储系统或从其中读取。
回到介质驱动器116，计算设备102包括如图所示的硬盘驱动器118和/或在其上实现有恒定密度写入的其他类型的存储介质。虽然未示出，但也考虑介质驱动器116的其他配置，诸如磁带驱动器、光介质驱动器、HDD/SSD混合驱动器、以及将数据写入存储介质(例如，磁或光存储介质)的其他存储系统。替代地或另外地，计算设备102可以包括介质驱动器阵列，或者用作在其中实现恒定密度写入的各方面的多个介质驱动器的介质驱动器聚合设备或主机。
在该示例中，磁盘驱动器118包括磁头磁盘组件124(HDA 124)和驱动器控制模块126以实现或启用硬盘驱动器118的功能，该功能可以包括自伺服写入。在一些情况下，驱动控制模块126被实现为具有半导体器件、逻辑或其他电路系统的印刷电路板组件(PCBA)。HDA 124包括安装在集成的主轴和电机组件130上的一个或多个介质磁盘128。主轴和电机组件130在与HDA 124的磁头组件(未示出)耦合的读/写磁头132下方(或上方)旋转介质磁盘128。介质磁盘128可以涂覆有硬磁性材料(例如，颗粒表面或薄膜表面)，并且可以从单侧或双侧写入或读取。
读/写磁头132与包括前置放大器电路的HDA 124的前置放大器/写入器模块134(前置放大器/写入器134)可操作地耦合。前置放大器/写入器134接收或存储对于向磁介质202写入数据或从磁介质202读取数据有用的磁头选择、放大或感测电流值。
如图1所示，硬盘驱动器118的示例驱动器控制模块126包括存储介质控制器136、伺服控制单元138和读/写通道140(R/W通道140)。在一些方面，读/写通道140包括恒定密度写入器142，恒定密度写入器142用于生成、管理或改变各种信号或数据以实现磁存储介质的恒定密度写入的特征。恒定密度写入器142将参考图3-6进一步描述。通常，驱动控制模块126引导或使用伺服控制单元138来控制机械操作，诸如通过HDA 124定位读/写磁头132以及通过主轴和电机组件130控制旋转速度。驱动控制模块126或其组件可以被实现为一个或多个IC芯片、片上系统、系统级封装、或者设置有或实现硬盘驱动器控制器的微处理器。驱动控制模块126还可以包括驱动电子器件(未示出)，和/或包括各种接口，诸如主机总线接口、存储介质接口、主轴接口或前置放大器/写入器接口。
作为示例，考虑图2，图2提供了硬盘驱动器118的示例配置，该配置总体上以200示出。如图2所示，硬盘驱动器118的HDA 124包括集成的主轴和电机组件130，磁介质202的介质磁盘128由主轴和电机组件130支撑和/或操作。臂204可以操纵读/写磁头132(或多个读/写磁头132)并且因此将其定位在介质磁盘128上的磁介质202的期望磁道206之上。在各个方面，读/写磁头132包括具有组合或分离功能(例如，专用R/W功能)的各种数目的磁头元件。例如，读/写磁头132包括一个或多个读取器(读取磁头/元件)和一个写入器(写入磁头/元件)。在其他情况下，读/写磁头132包括专用写入磁头(元件)和一个或多个单独的附加专用读取磁头(元件)。替代地或另外地，尽管图2中示出了多个臂204，但HDA 124或主轴和电机组件130可以用单个臂204或用于定位读/写磁头132的其他合适结构来实现。HDA 124和驱动器控制模块126可以单独地、在单独的基板上、和/或作为介质驱动器的单独的PCBA来实现。在HDA 124与驱动控制模块126之间传送的信号或数据可以通过柔性印刷电缆或其他合适的连接结构(诸如迹线、连接器、接合线、焊球等)来传送。
图2还包括写入介质磁盘128的磁介质202的示例磁体208的图示。读/写磁头132中的一个或多个将磁体208写入介质磁盘128的磁道206中的相应磁道，其中针对磁道中的每个提供有扇区(例如，磁道206的扇区)。出于说明的目的，顶部介质磁盘128被示出为包括磁道206，例如，在被读/写磁头132用磁体208写入之后。通常，在写入操作期间，读/写磁头132由前置放大器/写入器134提供的写入电流驱动，由此使用电信号来生成和/或向介质磁盘128传送具有相关极性的磁场。响应于磁场或写入场的施加，读/写磁头132在介质磁盘128的磁道206的磁粒中形成多个磁体208。硬盘驱动器118的HDA 124被配置为根据任何合适的记录技术来执行写入操作，诸如垂直磁记录(PMR)、叠瓦磁记录(SMR)、热辅助磁记录(HAMR)、微波辅助磁记录(MAMR)等。
如210所示，磁介质202包括第一同心磁道206-1和第二同心磁道206-2。第一同心磁道206-1位于磁介质202的内部附近，而第二同心磁道206-2位于磁介质202的外部附近。因此，第一同心磁道206-1相对于第二同心磁道206-2具有小的半径和圆周。当磁介质202旋转时，第一同心磁道206-1具有线速度214-1，由于半径不同，该线速度214-1小于第二同心磁道206-2的线速度214-2。为了跨磁介质202实现恒定密度，恒定密度写入器142针对不同同心磁道206生成具有不同位周期(例如，不同磁体周期或不同磁写入周期)的相位延迟写入数据。位周期的差异引起前置放大器/写入器134跨第一同心磁道206-1以第一写入频率216-1写入并且跨第二同心磁道206-2以第二写入频率216-2写入。第二写入频率216-2高于第一写入频率216-1以补偿线速度214-1和214-2的差异。通过使用适当的写入频率216，前置放大器/写入器134沿着第一同心磁道206-1和第二同心磁道206-2写入具有大致相同的有效位周期212的磁体。以这种方式，恒定密度写入器142使得数据位能够跨介质磁盘128具有恒定密度，以便有效地利用介质磁盘128的面积。
图3示出了根据用于磁存储介质的恒定密度写入的一个或多个方面来实现的读/写通道140的示例配置。在该示例中，恒定密度写入器142与读/写通道140可操作地耦合。
在该示例中，主机接口302向读/写通道140或在其上体现有读/写通道140的存储介质控制器提供写入数据304或其他信息。通常，读/写通道140向介质驱动器的前置放大器134提供相位延迟写入数据306，相位延迟写入数据306可以包括与旨在用于在介质上进行写入的数据模式相对应的信号。在恒定密度写入的各方面，恒定密度写入器142改变发送到前置放大器134的相位延迟写入数据306，诸如通过基于所选择的同心磁道206来调节位周期、插入拉伸位，过滤单位转变、或类似操作的任何组合。恒定密度写入器142还可以生成或引起读/写通道140生成用于前置放大器134的控制信号308以启用或禁用前置放大器134的操作。
通常，前置放大器134或前置放大器电路系统310向介质驱动器116的写入磁头132生成或提供写入电流，该写入电流具有与相位延迟写入数据306(已修改或未修改)和/或用于恒定密度写入的控制信号308相对应的极性或转变的模式。基于由读/写通道140和恒定密度写入器142提供的数据和/或控制信号模式，前置放大器134生成脉冲，或者改变发送到写入磁头132的写入电流的极性。
由前置放大器134生成的写入电流312被提供给磁介质202的对应写入磁头132。基于写入电流312，写入磁头132生成磁体写入场314以形成与相位延迟写入数据306或用于从主机接口302接收的数据的任何合适形式的信令或编码相对应的磁体。例如，磁体写入场314在相位延迟写入数据306的转变时生成脉冲以写入或形成磁介质202中的对应极性的相应磁体。
作为示例，考虑图4，图4在400处示出了根据恒定密度写入的各个方面的写入数据304和相位延迟写入数据306的示例时间图。图4的图或波形还包括时钟信号402，时钟信号402可以由读/写通道140的锁相环(PLL)或其他合适的振荡器生成或导出。通常，时钟信号402的时钟周期404(或频率)基于介质磁盘128的旋转来确定并且保持恒定。时钟周期404形成时基，该时基设置写入数据304的初始位周期406。换言之，初始位周期406等于时钟周期404。
为了执行恒定密度写入，恒定密度写入器142(图3)标识一组相位408，相位408划分时钟周期404。在图4中，该组相位408包括相位410-1至410-N，其中N表示正整数。作为示例，相位410的数量(例如，N)可以是数十、数百或数千的量级，并且被选择以使得恒定密度写入器142能够以足够小的增量来移位写入数据304内的数据位412的相位以实现用于恒定密度写入的特定位周期。通常，时钟周期404可以是整数个时间单位，而相位410之间的间隔可以包括时间单位404的任何分数。例如，相位410的最低有效位可以是十分之一纳秒、百分之一纳秒、或皮秒。
写入数据304的数据位412在图4中表示为B1至B7。写入数据304具有初始位周期406使得每个数据位412发生在时钟信号402的特定时钟周期404(例如，时钟周期404-1至404-7)。
为了实现恒定密度写入，恒定密度写入器142修改与数据位412相关联的初始位周期406以生成相位延迟写入数据306。相位延迟写入数据306包括与写入数据304相关联的数据位412并且具有大于或等于初始位周期406的基于同心磁道的位周期414。恒定密度写入器142基于用于写入写入数据304的所选择的同心磁道206来设置位周期414以补偿与所选择的同心磁道206相关联的线速度。
为了实现位周期414，恒定密度写入器142以各种量来调节数据位412的相位。考虑其中时钟周期404为10纳秒(ns)、相位数量等于8(例如，N等于8)并且位周期414为13.75ns的简化示例。相位410的增量为时钟周期404除以相位数量(在该示例中为1.25ns)。换言之，第一相位410-1发生在时钟周期404的开始处，第二相位410-2发生在距时钟周期404的开始的1.25ns处，第三相位410-2发生在距时钟周期404的开始的2.5ns处(例如，距第二相位410-2的1.25ns)，等等。在这种情况下，位周期414等于时钟周期404和第三相位410-3的总和。一般而言，位周期414可以等于时钟周期404的任何倍数与任何相位410的总和。
为了生成相位延迟写入数据306，恒定密度写入器142将数据位B1的开始从时钟周期404-1的相位410-1延迟到时钟周期404-2的相位410-2。该延迟可以基于未示出的先前数据位。此外，恒定密度写入器142将数据位B2的开始从第二时钟周期404-2的相位410-1延迟到时钟周期404-3的相位410-5。以这种方式，数据位B1和B2具有相同的基于同心磁道的位周期414。该延迟过程对于其他数据位412继续，使得数据位B3在时钟周期404-5的相位410-1处开始，数据位B4在时钟周期404-6的相位410-4处开始，而数据位B5在时钟周期404-7的相位410-7处开始。通过延迟写入数据304内的数据位412的开始，恒定密度写入器142可以以足够小的增量来调节不同同心磁道206的位周期以有效地利用介质磁盘128的面积。恒定密度写入器142参考图5进一步描述。
图5示出了恒定密度写入器142的示例实现。在所描绘的配置中，恒定密度写入器142包括写入相位预处理器502、单位过滤器504、最终相位生成器506和可选择延迟电路508。写入相位预处理器502耦合到恒定密度写入器142、单位过滤器504和最终相位生成器506的输入。恒定密度写入器142的输入可以耦合到图3的读/写通道140内的其他模块，诸如写入模式生成器(未示出)。可选择延迟电路508耦合在最终相位生成器506与恒定密度写入器142的输出之间。恒定密度写入器142的输出耦合到前置放大器134(图3)的输入。
写入相位预处理器502确定与介质磁盘128的不同同心磁道206相关联的位周期414。位周期414基于同心磁道206的半径而变化以跨同心磁道维持特定位密度206。连续同心磁道206的位周期414可以相差一纳秒的一部分。写入相位预处理器502还选择用于将数据写入到的同心磁道206，或者从驱动控制模块126的另一组件(诸如读/写通道140)接收选择。写入相位预处理器502可以实现为半速率时钟、四分之一速率时钟或任何符号速率时钟。写入相位预处理器502基于写入数据304、位周期414和时钟信号402生成初始相位数据510、拉伸写入数据512和控制信号308，如下面关于图6进一步描述的。
单位过滤器504是可选组件，其可以用于减轻相位延迟写入数据306内的故障。单位过滤器504去除写入数据304内的单位转变。例如，单位过滤器504在写入数据304内搜索位模式010，并且将其替换为另一位模式000。作为另一示例，单位过滤器504在写入数据304内搜索位模式101，并且将其替换为另一位模式111。在一些情况下，由读/写通道140实现的调制或编码方案降低了在写入数据304内发生单位转变的可能性。然而，有时，这种模式发生在位置误差信号(PES)的边界处，或者响应于高速交流(AC)擦除而发生。PES字段的边界处的单位转变可以被去除，并且高速AC擦除中的这种模式可以被允许而不影响介质磁盘128的性能。单位过滤器504基于拉伸写入数据512来生成过滤写入数据514。
最终相位生成器506相对于过滤写入数据516来调节初始相位数据510的定时，以便为可选择延迟电路508提供足够的时间来为每个数据位412应用适当的相位延迟并且避免引入故障。最终相位生成器506生成预相位延迟写入数据516和最终相位数据518。最终相位生成器506还可以将来自写入相位预处理器502的控制信号308传递到可选择延迟电路508。
在一些情况下，预相位延迟写入数据516基于过滤写入数据514，以便将写入数据304写入介质磁盘128。然而，为了擦除先前写入的数据，预相位延迟写入数据516可以从擦除模式中导出。写入相位预处理器502可以使用交流(AC)擦除控制信号520基于过滤写入数据514或擦除模式来控制最终相位生成器506是否生成预相位延迟写入数据516。
为了写入数据位412，基于初始相位数据510生成最终相位数据518，如下面进一步描述的。为了擦除先前写入的数据，可以生成最终相位数据518，使得最终相位数据518指定与擦除模式相关联的数据位的恒定相位(或恒定延迟)。
在一些方面，可选择延迟电路508将在最终相位数据518内标识出的相位延迟应用于预相位延迟写入数据516内的数据位412以生成相位延迟写入数据306。可选择延迟电路508向图3的前置放大器134提供相位延迟写入数据306和控制信号308。恒定密度写入器142的操作关于图6进一步描述。
作为示例，考虑图6，图6在600处示出了根据恒定密度写入的各个方面的数据的示例时间图。图6的图或波形包括时钟信号402和写入数据304(图4)。此外，图或波形包括初始相位数据510、拉伸写入数据512、过滤写入数据514、最终相位数据518和预相位延迟写入数据516，它们可以由图5的恒定密度写入器142生成。
在操作期间，写入相位预处理器502从主机接口302(图3)或读/写通道140接受写入数据304。在一些情况下，读/写通道140在将写入数据提供给写入相位预处理器502之前对写入数据304进行调制或编码。通常，写入数据304包括与初始位周期406相关联的数据位412，如图4所示。初始位周期406基于时钟信号402的时钟周期404被确定，时钟周期404基于介质磁盘128的旋转而被生成。
写入相位预处理器502基于时钟信号402和所选择的同心磁道206的位周期414来生成初始相位数据510。初始相位数据510包括与写入数据304的相应数据位412相关联的起始相位410。起始相位410表示为P1至P8，它们分别与位B1至B8相关联。
写入相位预处理器502还基于写入数据304生成拉伸写入数据512。拉伸写入数据512类似于写入数据304，除了添加了拉伸位602，拉伸位602在图6中表示为SB。在初始相位数据510引起数据位412的开始在稍后以时钟周期404的一个或多个间隔发生的情况下，添加拉伸位602。在一些情况下，连续拉伸位602被添加以使得位转变能够相对于时钟周期404以特定时间间隔发生。通过包括拉伸位602，与数据位412相关联的信息在延迟期间被保留。
单位过滤器504基于拉伸写入数据512生成过滤写入数据514。在该示例中，单位过滤器504将数据位B6的值从0改变为1以将拉伸写入数据512中的位B5至B7之间的101模式改变为过滤写入数据514中的111模式。
最终相位生成器506生成预相位延迟写入数据516，预相位延迟写入数据516是过滤写入数据514。最终相位生成器506还基于初始相位数据510生成最终相位数据518。特别地，最终相位生成器506移除与0至1之间的转变无关的相位410。例如，最终相位数据518不包括与数据位B2相关联的相位P2、与数据位B4相关联的相位P4、或分别与数据位B6和B7相关联的相位P6和P7。最终相位生成器506还提前相位410的定时，使得相位在对应数据位之前至少一个时钟周期404发生。
可选择延迟电路508基于预相位延迟写入数据516和最终相位数据518来生成相位延迟写入数据306。具体地，可选择延迟电路508根据最终相位数据518来延迟预相位延迟写入数据516内的数据位412之间的转变。由于这个延迟，相位延迟写入数据306内的数据位412具有位周期414，位周期414不同于初始位周期406(例如，不同于时钟周期404)。
恒定密度写入器142还可以确定用于开始在同心磁道206上写入相位延迟写入数据306的开始相位(或开始位置)。每个开始相位可以被选择以跨多个同心磁道206对准数据位412(例如，以在同心磁道206与相邻的同心磁道206之间对准数据位412)。
恒定密度写入技术
以下讨论描述了用于磁存储介质的恒定密度写入技术，该技术可以提高写入效率。这些技术可以使用本文中描述的任何环境和实体来实现，诸如读/写通道140或恒定密度写入器142。这些技术包括图7所示的方法700，方法700被示出为由一个或多个实体执行的一组操作。
该方法不一定限于相关图中所示的操作顺序。相反，任何操作都可以重复、跳过、替换或重新排序以实现本文中描述的各个方面。此外，该方法可以全部或部分地彼此结合使用，无论是由相同实体、单独实体还是其任何组合执行。例如，所描述的方法的各方面可以组合以通过调节位周期、插入拉伸位，过滤单位转变和减轻故障的组合来实现磁介质的恒定密度写入。在以下讨论的各部分中，将参考图1的操作环境100、图2、图3和图5的实体。这种参考不应当被视为将所描述的方面限于操作环境100、实体、配置或实现，而是作为对各种示例之一的说明。替代地或另外地，这些方法的操作也可以由或通过参考图8的片上系统和/或图9的存储介质控制器而描述的实体来实现。
图7描绘了用于实现磁存储介质的恒定密度写入的示例方法700，方法700包括至少部分由恒定密度写入器142执行的操作。
在702，从主机接受写入数据。例如，主机接口302从主机接受写入数据304，如图3所示。读/写通道140可以在将写入数据304提供给恒定密度写入器142之前对写入数据304进行调制和编码。
在704，确定与磁存储介质的磁盘的多个同心磁道相关联的相应位周期。相应位周期基于多个同心磁道的相应半径而变化以跨多个同心磁道维持特定位密度。例如，恒定密度写入器142确定与介质磁盘128的多个同心磁道相关联的相应位周期414。相应位周期414基于多个同心磁道206的相应半径而变化以跨多个同心磁道维持特定位密度。以这种方式，相应位周期414可以补偿与多个同心磁道206相关联的线速度的差异，并且使得写入介质磁盘128的数据能够具有相同的有效位周期212，如上面关于图2所述。
在706，针对写入数据选择多个同心磁道中的同心磁道。同心磁道与相应位周期中的位周期相关联。例如，恒定密度写入器142或读/写通道140针对写入数据304选择与位周期414中的一个相关联的同心磁道206。
在708，基于与同心磁道相关联的位周期来延迟写入数据的位之间的转变以生成相位延迟写入数据。转变的延迟有效地引起相位延迟写入数据的位具有与同心磁道相关联的位周期。例如，恒定密度写入器142基于与同心磁道206相关联的位周期414来延迟写入数据304的位之间的转变以生成相位延迟写入数据306。因此，相位延迟写入数据具有与同心磁道相关联的位周期414，如图4所示。
在710，沿着同心磁道写入相位延迟写入数据的位，使得同心磁道具有特定位密度。例如，前置放大器134和写入磁头132沿着同心磁道206写入相位延迟写入数据306使得同心磁道206具有特定位密度。
片上系统
图8示出了实现磁存储介质的恒定密度写入的各个方面的示例性片上系统(SoC)800。SoC 800可以在任何合适的设备中实现，诸如智能电话、上网本、平板计算机、接入点、网络附加存储、相机、智能家电、打印机、机顶盒、服务器、固态驱动器(SSD)、磁带驱动器、硬盘驱动器(HDD)、存储驱动器阵列、存储器模块、存储介质控制器、存储介质接口、磁头磁盘组件、磁介质前置放大器、汽车计算系统、或任何其他合适类型的设备(例如，本文中描述的其他设备)。尽管参考SoC进行描述，但图8的实体也可以被实现为其他类型的集成电路或嵌入式系统，诸如专用集成电路(ASIC)、存储器控制器、存储控制器、通信控制器、专用标准产品(ASSP)、数字信号处理器(DSP)、可编程SoC(PSoC)、系统级封装(SiP)或现场可编程门阵列(FPGA)。
SoC 800可以与用于提供计算设备或磁存储系统的功能的电子电路系统、微处理器、存储器、输入输出(I/O)控制逻辑、通信接口、固件和/或软件集成，诸如本文中描述的任何设备或组件(例如，硬盘驱动器)。SoC 800还可以包括耦合SoC的各种组件以用于组件之间的数据通信或路由的集成数据总线或互连结构(未示出)。SoC 800的集成数据总线、互连结构或其他组件可以通过外部端口、并行数据接口、串行数据接口、外围组件接口、或任何其他合适的数据接口被暴露或访问。例如，SoC 800的组件可以通过外部接口或片外数据接口来访问或控制外部存储介质或磁写入电路系统。
在该示例中，SoC 800被示出为具有各种组件，包括输入输出(I/O)控制逻辑802和基于硬件的处理器804(处理器804)，诸如微处理器、处理器核心、应用处理器、DSP等。SoC800还包括存储器806，存储器806可以包括任何类型和/或组合的RAM、SRAM、DRAM、非易失性存储器、ROM、一次性可编程(OTP)存储器、多次可编程(MTP)存储器、闪存和/或其他合适的电子数据存储。在一些方面，处理器804和存储在存储器806上的代码(例如，固件)被实现为存储介质控制器或存储介质接口的一部分，以提供与磁存储介质的基于脉冲的写入相关联的各种功能。在本公开的上下文中，存储器806经由非瞬态信号存储数据、代码、指令或其他信息，并且不包括载波或瞬态信号。替代地或另外地，SoC 800包括用于访问附加的或可拉伸的片外存储介质(诸如磁存储器或固态存储器(例如，闪存或NAND存储器))的数据接口(未示出)。
SoC 800还包括固件808、应用、程序、软件和/或操作系统，其可以体现为被维持在存储器806上以供处理器804执行以实现SoC 800的功能的处理器可执行指令。SoC 800还可以包括其他通信接口，诸如用于控制本地片上(未示出)或片外通信收发器的组件或与该组件通信的收发器接口。替代地或另外地，收发器接口还可以包括或实现信号接口以在片外传送射频(RF)、中频(IF)或基带频率信号以支持通过耦合到SoC 800的收发器、物理层收发器(PHY)或介质访问控制器(MAC)进行的有线或无线通信。例如，SoC 800包括收发器接口，该收发器接口被配置为启用有线或无线网络上的存储，诸如以为网络附加存储(NAS)设备提供基于脉冲的写入特征。
SoC 800还包括读/写通道140和恒定密度写入器142，它们可以如图所示单独实现或者与存储组件或数据接口组合。替代地或另外地，SoC 800可以包括到前置放大器和磁介质磁盘驱动器的主轴/电机组件的接口。如本文所述，恒定密度写入器142可以在位转变之间插入相位延迟以实现磁存储介质的恒定密度写入的各方面。这些实体中的任何一个可以体现为不同或组合组件，如参考本文中呈现的各个方面所述。这些组件和/或实体或对应功能的示例参考图1的环境100的相应组件或实体或者图2和/或图3所示的相应配置来描述。恒定密度写入器142可以整体或部分地实现为由存储器806维持并且由处理器804执行以实现磁储存介质的恒定密度写入的各个方面或特征的数字逻辑、电路系统和/或处理器可执行指令。
恒定密度写入器142可以独立地或与任何合适的组件或电路系统组合来实现以实现本文中描述的各方面。例如，恒定密度写入器142可以被实现为DSP、处理器/存储桥、I/O桥、图形处理单元、存储器控制器、存储控制器、算术逻辑单元(ALU)等的一部分。恒定密度写入器142还可以与SoC 800的其他实体成一体地提供，诸如与SoC 800的处理器804、存储器806、存储介质接口或固件808集成。替代地或另外地，恒定密度写入器142和/或SoC 800的其他组件可以被实现为硬件、固件、固定逻辑电路系统或其任何组合。
作为另一示例，考虑图9，图9示出了根据用于磁存储介质的基于脉冲的写入的一个或多个方面的示例存储介质控制器900。通常，存储介质控制器900使得计算设备102能够访问磁存储介质的内容，诸如操作系统、应用、或者应用或其他服务的数据。存储介质控制器还向与控制器相关联的磁存储介质写入和从其读取计算设备102的数据。
在各个方面，存储介质控制器900或其组件的任何组合可以被实现为存储驱动控制器(例如，HDD控制器或HDD芯片组)、存储介质控制器、NAS控制器、存储介质接口、存储介质端点、存储介质目标、或者用于磁存储介质、固态存储介质等(例如，混合SSD/HDD存储系统)的存储聚合控制器。在一些情况下，存储介质控制器900与参考图8描述的SoC 800类似地实现，或者与SoC 800的组件一起实现。换言之，SoC 800的实例可以被配置为存储介质控制器，诸如用于管理磁存储介质的存储介质控制器900。在该示例中，存储介质控制器900包括输入输出(I/O)控制逻辑902和处理器904，诸如微处理器、微控制器、处理器核心、应用处理器、DSP等。存储介质控制器900还包括分别启用对主机系统(或结构)和存储介质的访问的主机接口906(例如，SATA、PCIe、NVMe或Fabric接口)和存储介质接口908(例如，磁介质接口或磁头磁盘组件(HDA)接口)。在该示例中，存储介质接口908包括主轴接口910和前置放大器接口912的单独实例，以便启用与介质驱动器的磁头磁盘组件的通信。
在一些方面，当管理或启用对耦合到存储介质接口908的存储介质的访问时，存储介质控制器900实现磁存储介质的恒定密度写入的各方面。存储介质控制器900经由主机接口906为主机系统提供存储接口，通过该存储接口，可以从主机系统接收存储访问命令，诸如要写入磁存储介质的数据。如图9所示，存储介质控制器900还包括伺服控制单元138、读/写通道140和恒定密度写入器142。伺服控制单元138可操作地耦合到主轴接口910并且为磁介质驱动器提供主轴或音圈控制。在该示例中，读/写通道140和恒定密度写入器142可操作地耦合到前置放大器接口912并且向介质驱动器的前置放大器电路系统提供相位延迟写入数据306和/或脉冲写入控制信号。在一些方面，处理器904和存储介质控制器900的固件或逻辑被实现为提供与磁存储介质的基于脉冲的写入相关联的各种数据写入或处理功能。
存储介质控制器900的恒定密度写入器142可以如图所示单独实现或者与处理器904、读/写通道140或存储介质接口908组合。根据各个方面，恒定密度写入器142在位转变之间插入相位延迟以实现磁存储介质的恒定密度写入的各方面。这些组件和/或实体或相应功能的示例参考图1的环境100的相应组件或实体或图2和/或图3所示的相应配置来描述。恒定密度写入器142可以整体或部分地实现为由控制器的存储器维持并且由处理器904执行以实现磁存储介质的基于脉冲的写入的各个方面和/或特征的处理器可执行指令。
尽管已经以结构特征和/或方法操作特定的语言描述了该主题，但是应当理解，所附权利要求中定义的主题不一定限于本文中描述的具体示例、特征或操作，包括它们的执行顺序。

Claims (17)

1.一种用于恒定密度写入磁存储介质的方法，所述方法包括：
从主机接收写入数据，所述写入数据具有与时钟信号的时钟周期相关联的初始位周期，所述时钟信号的所述时钟周期根据所述磁存储介质的磁盘的角速度来确定并且是固定的；
确定针对磁存储介质的磁盘的多个同心磁道中的同心磁道的相应位周期，所述相应位周期中的每个位周期与所述多个同心磁道中的特定同心磁道相关联，所述相应位周期表示基于所述多个同心磁道的相应半径而变化的时间周期；所述相应位周期被配置为跨所述多个同心磁道维持特定位密度；
针对所述写入数据，从所述多个同心磁道中选择同心磁道，所述同心磁道与所述相应位周期中的位周期相关联；
在沿着所述同心磁道写入之前，通过根据与所述同心磁道相关联的所述位周期延迟所述写入数据的位之间的转变，来生成相位延迟写入数据，所述转变的所述延迟有效地引起所述相位延迟写入数据的位具有与所述同心磁道相关联的所述位周期，与所述同心磁道相关联的所述位周期大于或等于与所述时钟信号相关联的所述初始位周期；以及
沿着所述同心磁道写入所述相位延迟写入数据的所述位，使得所述同心磁道具有所述特定位密度。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
定义所述时钟周期的相位，所述相位包括第一相位和第二相位，其中：
所述时钟信号包括第一时钟周期和第二时钟周期；
所述相位延迟写入数据的所述位包括第一位、第二位和第三位；以及
所述转变的所述延迟引起在所述第一时钟周期的所述第一相位发生所述第一位与所述第二位之间的转变，并且所述转变的所述延迟引起在所述第二时钟周期的所述第二相位发生所述第二位与所述第三位之间的另一转变。
3.根据权利要求2所述的方法，其中：
所述第一时钟周期和所述第二时钟周期是所述时钟信号的连续时钟周期；或者
所述第一时钟周期与所述第二时钟周期相隔所述时钟信号的一个或多个其他时钟周期。
4.根据权利要求1所述的方法，其中与所述同心磁道相关联的所述位周期的持续时间等于所述时钟周期的持续时间的整数倍与所述时钟信号的持续时间的一部分的总和。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在生成所述相位延迟写入数据之前，基于所述位周期和所述写入数据生成初始相位数据，所述初始相位数据指示基于时钟周期的相位的所述写入数据内的所述位的起始相位；以及
通过在所述写入数据的所述位中的第一位与所述写入数据的所述位中的第二位之间插入至少一个拉伸位，基于所述初始相位数据生成拉伸写入数据，所述至少一个拉伸位的所述插入有效地将所述第二位的所述起始相位移位所述时钟周期的倍数，
其中所述写入数据的所述位之间的所述转变的所述延迟包括基于所述初始相位数据来延迟所述拉伸写入数据的位之间的转变。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括：
在生成所述相位延迟写入数据之前，通过过滤所述拉伸写入数据的所述位内的单个位转变来生成过滤写入数据，
其中延迟所述拉伸写入数据的所述位之间的所述转变包括基于所述初始相位数据来延迟所述过滤写入数据的位之间的转变。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：
确定所述同心磁道中的所述同心磁道的相应起始相位，所述相应起始相位中的每个起始相位与所述多个同心磁道中的另一特定同心磁道相关联；所述相应起始相位被配置为跨所述多个同心磁道对准位。
8.一种用于恒定密度写入磁存储介质的装置，所述装置包括：
磁存储介质的磁盘，用于存储写入数据，所述磁盘包括多个同心磁道；
接口，用于从主机接收所述写入数据，所述写入数据具有与时钟信号的周期相关联的初始位周期，所述时钟信号的所述周期根据所述磁存储介质的所述磁盘的角速度而是固定的；
磁介质写入器，被配置为将相位延迟写入数据作为数据位写入所述磁存储介质；以及
恒定密度写入器，被配置为：
确定所述多个同心磁道中的同心磁道的相应位周期，所述相应位周期中的每个位周期与所述多个同心磁道中的特定同心磁道相关联，所述相应位周期表示基于所述多个同心磁道的相应半径而变化的时间周期；所述相应位周期被配置为跨所述多个同心磁道维持特定位密度；
针对所述写入数据，从所述多个同心磁道中选择同心磁道，所述同心磁道与所述相应位周期中的位周期相关联；
通过根据与所述同心磁道相关联的所述位周期延迟所述写入数据的位之间的转变，来生成所述相位延迟写入数据，所述延迟有效地引起所述相位延迟写入数据的位具有与所述同心磁道相关联的所述位周期，与所述同心磁道相关联的所述位周期大于或等于与所述时钟信号相关联的所述初始位周期；以及
向所述磁介质写入器传输所述相位延迟写入数据，以使得所述同心磁道能够具有所述特定位密度。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述恒定密度写入器被配置为：
在生成所述相位延迟写入数据之前，基于所述位周期和所述写入数据生成初始相位数据，所述初始相位数据指示基于所述初始位周期的相位的所述写入数据内的所述位的起始相位；
通过在所述写入数据的所述位中的第一位与所述写入数据的所述位中的第二位之间插入至少一个拉伸位，基于所述初始相位数据生成拉伸写入数据，所述至少一个拉伸位的所述插入有效地将与所述第二位相关联的所述起始相位中的起始相位移位所述初始位周期的倍数；以及
基于所述初始相位数据来延迟所述拉伸写入数据的位之间的转变。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述恒定密度写入器被配置为：
在生成所述相位延迟写入数据之前，通过过滤所述拉伸写入数据的所述位内的单个位转变来生成过滤写入数据；以及
基于所述初始相位数据来延迟所述过滤写入数据的位之间的转变。
11.根据权利要求8所述的装置，其中所述多个同心磁道中的两个连续同心磁道的所述相应位周期相差一纳秒的一部分。
12.根据权利要求8所述的装置，其中：
所述写入数据包括其他写入数据，所述其他写入数据具有与所述时钟信号的所述周期相关联的所述初始位周期；
所述磁介质写入器被配置为将其他相位延迟写入数据作为其他数据位写入所述磁存储介质；
所述恒定密度写入器被配置为：
针对所述其他写入数据，选择所述多个同心磁道中的另一同心磁道，所述另一同心磁道与所述相应位周期中的另一位周期相关联；
通过根据与所述另一同心磁道相关联的所述另一位周期延迟所述其他写入数据的位之间的转变，来生成所述其他相位延迟写入数据，所述延迟有效地引起所述其他相位延迟写入数据的位具有与所述另一同心磁道相关联的另一位周期，与所述另一同心磁道相关联的所述另一位周期不同于与所述时钟信号相关联的所述初始位周期；以及
向所述磁介质写入器传输所述其他相位延迟写入数据，以使得所述另一同心磁道能够具有所述特定位密度；
所述磁存储介质的所述磁盘被配置为在所述磁介质写入器写入所述写入数据和所述其他写入数据时以角速度旋转；以及
基于所述特定位密度，沿着所述同心磁道被写入的所述数据位的有效位周期近似等于沿着所述另一同心磁道被写入的所述其他数据位的有效位周期。
13.一种用于恒定密度写入磁存储介质的片上系统(SoC)，所述SoC包括：
到主机的接口，写入数据从所述接口被接收以用于写入磁存储介质，所述写入数据具有与时钟信号的周期相关联的初始位周期，所述时钟信号的所述周期根据所述磁存储介质的磁盘的角速度而是固定的；
到所述磁存储介质的介质写入器的接口；以及
至少部分以硬件实现的恒定密度写入器，所述恒定密度写入器配置为：
确定针对多个同心磁道中的同心磁道的相应位周期，所述相应位周期中的每个位周期与所述多个同心磁道中的特定同心磁道相关联，所述相应位周期表示基于所述多个同心磁道的相应半径而变化的时间周期；所述相应位周期被配置为跨所述多个同心磁道维持特定位密度；
针对所述写入数据，从所述多个同心磁道中选择同心磁道，所述同心磁道与所述相应位周期中的位周期相关联；
通过根据与所述同心磁道相关联的所述位周期延迟所述写入数据的位之间的转变，来生成相位延迟写入数据，所述转变的所述延迟有效地引起所述相位延迟写入数据的位具有与所述同心磁道相关联的所述位周期，与所述同心磁道相关联的所述位周期大于或等于与所述时钟信号相关联的所述初始位周期；以及
向磁介质写入器传输所述相位延迟写入数据，以使得所述同心磁道能够具有所述特定位密度。
14.根据权利要求13所述的SoC，其中所述相应位周期中的至少一个位周期不是所述初始位周期的倍数。
15.根据权利要求13所述的SoC，其中所述恒定密度写入器被配置为：
在生成所述相位延迟写入数据之前，基于所述位周期和所述写入数据生成初始相位数据，所述初始相位数据指示基于所述初始位周期的相位的所述写入数据内的所述位的起始相位；
通过在所述写入数据的所述位中的第一位与所述写入数据的所述位中的第二位之间插入至少一个拉伸位，基于所述初始相位数据生成拉伸写入数据，所述至少一个拉伸位的所述插入有效地将与所述第二位相关联的所述起始相位中的起始相位移位所述初始位周期的倍数；以及
基于所述初始相位数据来延迟所述拉伸写入数据的位之间的转变。
16.根据权利要求15所述的SoC，其中所述恒定密度写入器被配置为：
在延迟所述转变之前，通过过滤所述拉伸写入数据的所述位内的单个位转变来生成过滤写入数据；以及
基于所述初始相位数据来延迟所述过滤写入数据的位之间的转变。
17.根据权利要求13所述的SoC，其中所述多个同心磁道中的两个连续同心磁道的所述相应位周期相差一纳秒的一部分。
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