CN114527808A - 用于控制数据存储装置温度的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

提供了用于控制数据存储装置温度的方法和系统。公开了用于控制数据存储装置的操作温度的方法。为存储装置设置阈值温度。在数据存储装置的操作期间，在多个时间点处随时间测量存储装置的操作温度。由此获得作为时间的函数的多个温度测量值。随时间对高于阈值的温度测量值进行累积以形成高温累积值(Vhigh)，并且随时间对低于阈值的温度测量值进行累积以形成低温累积值(Vlow)。将低温累积值(Vlow)与高温累积值(Vhigh)进行比较。如果比较的结果是高温累积值(Vhigh)相对于低温累积值(Vlow)太高，则启动操作温度降低动作。

Description

用于控制数据存储装置温度的方法和系统
技术领域
本发明涉及数据存储装置中的温度控制。具体地，本发明涉及平衡诸如硬盘驱动器的数据存储装置中的性能和冷却要求。
背景技术
诸如硬盘驱动器的数据存储装置通常对它们可以承受的温度、外部操作以及操作期间的温度都有限制。当存储装置未操作而只是简单存储时，允许的温度范围通常大于操作期间，并且存储装置的实际温度基本上由环境温度控制。
硬盘驱动器的允许操作温度范围通常为0-60℃或0-70℃。固态驱动器具有类似的允许操作温度范围。除了环境温度之外，存储装置在操作期间的实际温度还受存储装置上的工作负荷和冷却活动(诸如风扇操作)的控制。操作温度范围的限制通常被设置为使得在存储装置的期望或预期寿命期间能够保持可靠操作。存储装置的可靠性或耐用性可以根据MTBF(即平均故障间隔时间)来确定。因此，最小和最大操作温度可以被设置为使得确保足够长的MTBF。在操作期间，最小操作温度实际上没有限制，因为存储装置一启动就会产生热量。最大操作温度将是更为重要的。为了将存储装置保持在最大操作温度以下，可以使用诸如风扇之类的冷却布置来降低存储装置的操作温度。如果环境温度远低于最高操作温度，那么减少存储装置上的工作负荷也是降低操作温度的一种方式。
将数据存储装置保持在最大操作温度以下可能需要采取显著的冷却动作，而这又可能需要强大的风扇，这增加了存储系统的成本并消耗大量电力。此外，风扇会磨损并产生噪音。如果需要减少存储装置上的工作负荷，则调节存储装置的操作温度也可能导致低于预期的性能。这又可能导致需要更多的存储装置以始终确保所需的可用容量，从而提高了存储成本并占用更多空间。
设计能够承受更大操作温度的数据存储装置是可能的，但需要额外的成本(比如冷却布置和冗余存储装置容量)。
仍然需要控制数据存储装置的操作温度的有效方式。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种控制数据存储装置的操作温度的有效方法。另一个目的是提供一种可以在冷却需求和存储装置性能之间提供更好的平衡的温度控制方法。还有一个目的是提供一种能够更好地使用存储装置的温度控制方法。
本发明的另一个目的是提供一种用于控制存储装置的操作温度的温度控制器，这使得可以更有效地控制存储装置的操作温度。进一步的目的是提供一种允许存储装置长时间安全地被操作同时平衡对冷却和存储性能的需求的温度控制器。
根据第一方面，这些和其它目的完全或至少部分地通过一种控制数据存储装置的操作温度的方法来实现，该方法包括以下步骤：为存储装置设置阈值温度，在数据存储装置的操作期间，在多个时间点处随时间测量存储装置的操作温度，从而获得作为时间的函数的多个温度测量值，随时间对高于阈值的温度测量值进行累计，以形成高温累积值；随时间对低于阈值的温度测量值进行累计，以形成低温累积值；将低温累积值与高温累积值进行比较，并且如果比较的结果是高温累积值相对于低温累积值太高，则启动操作温度降低动作。这种方法使得可以以能够确保存储装置的期望寿命的方式控制存储装置的操作温度，同时还有效利用了存储容量以及冷却。通过将操作温度高于温度阈值的时段与操作温度低于该阈值的时段进行比较，可以确保数据存储装置的安全操作，而不必将其限制为始终在制造商规定的最大允许操作温度以下操作。这样，可以更好地利用存储装置。
在该上下文中，“过高”是指高温累积值与低温累积值的比率超过参考比率或者高温累积值与低温累积值的差超过预定的阈值计数器值。
在下文中，数据存储装置有时可以简称为存储装置。
操作温度降低动作是来自启动冷却布置、提高冷却布置的性能或降低数据存储装置的性能的组中的至少一个。
在变型中，该方法进一步包括如果比较的结果是低温累积值相对于高温累积值足够大，则提高数据存储装置的性能。以此方式，当这样做是安全的时候，可以从数据存储装置获得提高的性能。
在该方法的一些变型中，高温累积值是通过计算高于阈值温度的温度测量值作为时间的函数的第一积分而形成的，低温累积值是通过计算低于阈值温度的温度测量值作为时间的函数的第二积分而形成的，并且将低温累积值与高温累积值进行比较是通过计算低温累积值与高温累积值的比率来完成的。这是将高于阈值温度的操作温度的时段与低于阈值温度的操作温度的时段进行比较的实用方式，从而可以确保存储装置上的热负荷不会太高。
累积和比较的步骤可以包括启动计时器。如果所测量的温度在第一时间点处高于阈值温度，则该方法可以包括与所测量的温度高于阈值温度的度数成比例地递增计数器。如果所测量的温度在第一时间点处反而低于阈值温度，则该方法可以包括与所测量的温度低于阈值温度的度数成比例地递减计数器。然后，比较的结果可以是，如果计数器超过预定的阈值计数器值，则高温累积值相对于低温累积值太高。
该方法可以进一步包括：将所测量的操作温度与最大允许温度进行比较，最大允许温度高于阈值温度；以及如果测量的操作温度高于最大允许温度，则启动操作温度降低动作。因此，不仅可以基于长期热负荷，而且可以基于更直接的热负荷来调节存储装置的操作温度，以确保能够保持可靠操作。
在一些变型中，该方法进一步包括：测量从当测量的操作温度从高于阈值温度变为低于阈值温度时的第一时间点到当测量的操作温度下一次从低于阈值温度变为高于阈值温度时的第二时间点的第一时间间隔；将第一时间间隔与预定的最小时间间隔进行比较；以及如果第一时间间隔比预定的最小时间间隔短，则发出可能需要进一步的操作温度降低动作的指示。即使操作温度降低动作(诸如冷却或减少工作负荷)成功地将操作温度降低到阈值温度以下，但所采取的降温降低动作对于任何时间长度可能不足以将操作温度保持在阈值温度以下。更多地降低操作温度可能更有效，使得可以更少地应用操作温度动作。例如，与在短时间内多次运行风扇一分钟相比，持续运行风扇五分钟对用户的刺激性较小。此外，快速恢复到高于阈值温度可能会给数据存储装置带来更多压力，使得MTBF降低。
该方法可以进一步包括：监测存储装置的操作中的错误；以及基于错误的发生，调整阈值温度或操作温度降低动作中的至少一个。这种方法在数据存储装置或用于控制数据存储装置的操作温度的温度控制器的设计期间可能是有用的。例如，制造商可以调整存储装置所标记的阈值温度。也可以在数据存储装置的操作期间进行基于错误监测的调整，使得温度控制适应于更好地保证存储装置的安全操作。存储装置已经操作的时间越长，它对升高的温度就越敏感。通过监测错误的发生，可以在存储装置老化时根据需要向下调整阈值温度。
根据第二方面，上述目的完全或至少部分地通过一种用于控制数据存储装置的操作温度的温度控制器来实现，该温度控制器包括温度传感器，该温度控制器进一步包括电路，该电路被配置为执行：阈值温度设置功能，用于为存储装置设置阈值温度；温度测量功能，用于在存储装置操作期间使用温度传感器在多个时间点处随时间测量存储装置的操作温度，从而获得作为时间的函数的多个温度测量值；高温累积功能，用于随时间对高于阈值的温度测量值进行累计，以形成高温累积值；低温累积功能，用于随时间对低于阈值的温度测量值进行累积，以形成低温累积值；比较功能，用于将低温累积值与高温累积值进行比较；以及操作温度降低功能，用于如果比较的结果是高温累积值相对于低温累积值太高，则启动操作温度降低动作。利用这种温度控制器，可以以在存储装置的期望寿命期间可以确保安全操作的方式控制存储装置的操作温度。温度控制器使得可以更灵活地控制操作温度，使得操作温度有时可以被允许高于阈值温度，只要操作温度在历史上没有高于阈值温度太长时间或太高。因此，考虑了存储装置上的终生热负荷，而不仅仅是瞬时操作温度。这可以使得更有效地使用风扇和其它冷却布置成为可能，并且可以使得从数据存储装置获得更好的性能成为可能。
温度控制器可以进一步包括电路，该电路被配置为执行：性能提高功能，用于如果比较的结果是低温累积值相对于高温累积值足够高，则提高存储装置的性能。因此，温度控制器不仅可以确保存储装置上的热负荷不会太高，而且可以确保存储装置的性能不会不必要地低。
高温累积功能可以被配置为通过计算高于阈值温度的温度测量值作为时间的函数的第一积分来形成高温累积值，并且低温累积功能可以被配置为通过计算低于阈值温度的温度测量值作为时间的函数的第二积分来形成低温累积值。在这种实施例中，比较功能被配置为通过计算低温累积值与高温累积值的比率来将低温累积值与高温累积值进行比较。计算积分以及这些积分之间的比率是确定高温累积值相对于低温累积值是否太高的数学上简单的方法。
在一些实施例中，温度控制器进一步包括被配置为执行第一计时器功能和计数器功能的电路。在这种实施例中，高温累积功能被配置为如果所测量的温度在第一时间点处高于阈值温度，则与所测量的温度高于阈值温度的度数成比例地递增计数器，低温累积功能被配置为如果所测量的温度在第一时间点处低于阈值温度，则与所测量的温度低于阈值温度的度数成比例地递减计数器，并且比较功能被配置为如果计数器超过预定的阈值计数器值，则确定高温累积值相对于低温累积值太高。这提供了一种监测高温累积值相对于低温累积值的行为的简单而可靠的方式。
温度控制器可以进一步包括被配置为执行用于将所测量的温度与最大允许温度进行比较的温度比较功能的电路，并且操作温度降低功能可以进一步被配置为如果所测量的温度高于最大允许温度，则启动操作温度降低动作。最大允许温度高于阈值温度。因此，不仅可以基于长期热负荷，而且还可以基于存储装置不应在高于温度的更高温度被操作来控制该温度。
在一些实施例中，温度控制器进一步包括电路，该电路被配置为执行：第二计时器功能，用于测量从当所测量的温度从高于阈值温度变为低于阈值温度时的第一时间点到当所测量的温度下一次从低于阈值温度变为高于阈值温度时的第二时间点的第一时间间隔；时间比较功能，用于将第一时间间隔与预定的最小时间间隔进行比较；以及指示器功能，用于如果第一时间间隔比预定的最小时间间隔短，则发出可能需要进一步的操作温度降低动作的指示。如果操作温度经常高于阈值温度，则存储装置可能会更快磨损，即使根据高温累积值和低温累积值的比较确定的总热负荷在历史上是可以接受的。此外，如果操作温度一次保持在阈值温度以下更长的时间，则可以更有效地使用诸如风扇的冷却资源。
温度控制器可以进一步包括电路，该电路被配置为执行：错误监测功能，用于监测存储装置操作中的错误；以及调整功能，用于基于错误的发生调整阈值温度和操作温度降低动作中的至少一个。如果错误发生的频率超出可接受范围，则可能需要将阈值温度设置得更低，或者可能需要更有效地降低操作温度。这在存储装置或温度控制器的设计期间可能是有用的。这在存储装置的操作期间也可能是有用的，以允许在必要时调整温度控制。
根据第三方面，上述目的完全或至少部分地通过包括根据第二方面的温度控制器的数据存储装置来实现。数据存储装置通常可以以与第二方面的温度控制器相同的方式来实施，并具有伴随的优点。
根据第四方面，上述目的完全或至少部分地通过非暂时性计算机可读存储介质来实现，该非暂时性计算机可读存储介质上存储有指令，当指令在具有处理能力的装置上被执行时实现根据第一方面的方法。存储介质通常可以以与第一方面的方法相同的方式变化。
本发明的进一步适用范围将从下面给出的具体实施方式中变得显而易见。但应当理解，具体实施方式和具体实施例虽然表明了本发明的优选实施方案，但只是以说明的方式给出的，因为根据具体实施方式，对本领域技术人员而言，在本发明范围内的各种改变和修改将变得显而易见。
因此，应当理解，本发明不限于所描述的装置的特定组成部分或所描述的方法的步骤，因为这样的装置和方法可以变化。还应当理解，在本文中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不旨在进行限制。必须指出，除非上下文另有明确规定，否则在说明书和所附权利要求中使用的冠词“一个”、“该”和“所述”旨在表示存在一个或多个元件。因此，例如，对“对象”或“该对象”的引用可以包括几个对象等。此外，词语“包括”不排除其它元件或步骤。
附图说明
现在将通过示例并参考附图更详细地描述本发明，在附图中：
图1是包括数据存储装置的系统的图，
图2a是示出了图1中的数据存储装置中的操作温度变化的曲线图，
图2b是示出了如果使用现有技术方法来控制图1中的数据存储装置中的操作温度时操作温度变化的曲线图，
图2c是图示了高温累积值和低温累积值的曲线图，
图2d是示出了根据本发明方法的变型的操作温度变化的曲线图，
图3是图示了根据本发明的变型的温度控制方法的流程图，
图4是本发明的温度控制器的实施例的框图，以及
图5是根据本发明实施例的包括温度控制器的存储装置的实施例的框图。
具体实施方式
在图1中，示出了视频监控系统1。本发明将在这种视频监控系统的背景下进行讨论。然而，应当理解，本发明不以任何方式地限于视频监控，而是一般地适用于数据存储装置，且无论它们是否连接到网络。
视频监控系统1包括连接到网络3的多个网络相机2。网络3可以是诸如局域网、广域网或蜂窝网络的任何类型的有线或无线网络。由相机2捕获的视频可以本地存储在相机2中。更重要的是，捕获的视频可以由相机2经由网络3被传输到诸如控制中心4的远程站点。在控制中心4中，具有用于查看和存储接收到的视频的装置。可能具有运行视频管理系统的计算机5，该视频管理系统使操作员可以在显示器6上观看接收到的视频。当接收到视频时，可以实时观看该视频。替代地或附加地，接收的视频可以存储在记录器7中。
可能需要在稍后的时间点处检索视频以进行查看或分析，例如，如果报告了在相机2所在的区域发生了犯罪。在这样的时间点处，重要的是相机已在相关时间捕获了相关场景的视频，并且已将捕获的视频安全地传输到控制中心4。然而，关于视频创建的这些部分与本发明没有特别的相关性，并且因此将不再进一步讨论。
在这种情况下更重要的是视频的存储。记录器7包括一个或多个存储装置8。在该示例中，存储装置是硬盘驱动器。为了能够确保相关视频在需要时是可用的，必须确保存储装置8的可靠操作。从相机2接收的视频数据需要安全地写入硬盘驱动器8。进一步，一旦被写入，视频数据必须被安全存储并在需要时是可检索的。
随着时间的推移，硬盘驱动器会因使用而磨损。影响硬盘驱动器和其它数据存储装置使用寿命的因素之一是温度。升高的温度往往会降低MTBF。因此，制造商对硬盘驱动器的存放和操作温度设定了限制。如上所述，在操作期间，基本上只有可允许操作温度范围的上限是个问题。
为防止硬盘驱动器过热，会监测操作温度，并且如果操作温度超过最大可允许操作温度，则会采取降低温度的动作。这种操作温度降低动作可以是打开冷却风扇或其它冷却布置或提高这种冷却布置的功率。其它可能的操作温度降低动作包括降低硬盘驱动器8的性能或者甚至将其关闭。如果在记录器7中具有不止一个硬盘驱动器8，则硬盘驱动器可以轮流存储输入的视频数据，从而允许使一个硬盘驱动器在数据正被写入另一个硬盘驱动器时可以冷却下来。
发明人已经发现这种方法过于谨慎，并且与所需要的相比，其采取了更多的操作温度降低动作。过度积极的操作温度控制导致冷却布置的不必要的高成本和用于冷却的高功率消耗。这还导致较低的数据存储装置性能和用于冗余存储装置的较高的成本。与其将硬盘驱动器严格保持在制造商规定的最大允许操作温度或阈值温度以下，发明人发现可以允许操作温度暂时超过该阈值温度，只要相比于低于阈值的操作时段，高于阈值温度的温度负荷不太高就行。换句话说，只要为存储装置提供足够的时段来恢复，则在阈值温度以上操作一段有限的时段是可以接受的。因此，根据本发明，应该监测数据存储装置上的历史热负荷，并且高于阈值温度的操作应通过操作温度降低动作的方式与低于阈值温度的操作被平衡。
现在将首先参考图2a讨论存储装置8的温度控制，图2a示出了在没有温度控制的情况下存储装置8的操作温度可以如何变化的示例。
在高环境温度时段中，操作温度Top升高，并且在低环境温度时段中，操作温度Top降低。此外，在存储装置的高工作负荷时段中(诸如当大量视频数据被写入硬盘驱动器8以及当从硬盘驱动器8读取大量视频数据时)，操作温度Top升高。如果不应用温度控制，高环境温度和高工作负荷的不幸组合可能导致对硬盘驱动器8有害的操作温度。因此，硬盘驱动器的预期使用寿命可能会缩短，导致数据丢失并且导致硬盘驱动器8的维修或更换成本。
如前所述，通常采用某种形式的温度控制来保护诸如硬盘驱动器8的存储装置。在图2b中，示出了硬盘驱动器8的操作温度变化的另一个示例。另外，制造商规定的操作温度范围的上限Tlimit由水平虚线表示。在该示例中，监测硬盘驱动器8的操作温度Top，并且每当它达到上限Tlimit时，就采取操作温度降低动作。因此，可以启动风扇或其它冷却布置，或者可以提高冷却功率。替代地或附加地，可以减少硬盘驱动器8上的工作负荷。以此方式，操作温度降低。当操作温度Top已经降低了预定量时，操作温度降低动作停止。
从图2a中未调节的示例中可以看出，操作温度会根据环境温度和工作负荷而升高和降低。应当理解，即使没有应用操作温度降低动作，仅通过工作负荷自行下降和自然发生的环境温度降低，操作温度有时也会在超过上限Tlimit后回落至低于上限Tlimit。发明人已经发现，这可以用于有利地减少对主动冷却和强制降低数据存储装置性能的需要。可以允许硬盘驱动器8在升高的操作温度下操作有限的时段，只要通过在操作温度范围的上限以下的操作将高于上限的热负荷在历史上被平衡。
参考图2c，现在将讨论热负荷的这种平衡。再次示出了操作温度变化的示例。水平线标记了在操作温度控制方案中使用的阈值温度Tth。该阈值温度可以与硬盘制造商规定的操作温度范围的上限Tlimit相同，也可以不同。低于阈值温度Tth的阴影区域标记为Vlow，表示低于阈值温度Tth的温度负荷，而高于阈值温度的阴影区域标记为Vhigh，表示高于阈值温度Tth的温度负荷。低于阈值温度Tth的温度负荷可由低温累积值Vlow表示，并且高于阈值温度Tth的温度负荷可由高温累积值Vhigh表示。低温累积值Vlow和高温累积值Vhigh可以以如下文将进一步讨论的几种不同方式中的一种来确定。不管它们如何被确定或计算，它们都以一种或另一种方式代表操作温度对硬盘驱动器8造成的负荷或压力。低温累积值Vlow和高温累积值Vhigh各自分别反映操作温度Top低于或高于阈值温度Tth的时间和程度。
在操作期间监测操作温度Top，并且在当前时间t0，根据低温累积值Vlow与高温累积值Vhigh的比较，判断是否需要操作温度降低动作。如果高温累积值Vhigh与低温累积值Vlow相比足够小，则确定不需要采取任何操作温度降低动作。另一方面，如果发现高温累积值Vhigh与低温累积值Vlow相比太高，则启动操作温度降低动作。因此，可以启动风扇，或者如果风扇已经在操作，则可以提高风扇的速度。如果硬盘驱动器配备有诸如珀尔帖(Peltier)元件的另一种冷却布置，则可以类似地启动冷却布置或者可以提高这种冷却布置的性能。降低硬盘驱动器8的操作温度的另一种可能方式是降低其工作负荷。因此，可以暂时停止向硬盘驱动器8的写入，而是将数据缓存在RAM中或写入到另一个硬盘驱动器。类似地，可以中断从硬盘驱动器8读取数据。一旦操作温度Top已经降低到预定降低温度Tred，操作温度降低动作就停止。
低温累积值Vlow和高温累积值Vhigh可以被计算为测量的操作温度Top相对于时间的积分。当操作温度低于阈值温度Tth时，低温累积值Vlow被计算为操作温度作为时间的函数的积分。这可以表示为：
Figure BDA0003314547740000091
当操作温度Top高于(或等于)阈值温度Tth时，高温累积值Thigh被计算为操作温度作为时间的函数的积分。这可以表示为：
Figure BDA0003314547740000092
然后计算高温累积值Thigh和低温累积值Tlow的比率R：
Figure BDA0003314547740000093
将比率R与参考比率Rref进行比较，并且如果计算出的比率R高于参考比率Rref，则与低温累积值Vlow相比，高温累积值Vhigh过高。换句话说，硬盘驱动器8上的温度负荷直到当前时间t0都太高，这意味着操作温度Top需要通过一个或多个可用的操作温度降低动作被降低。相反，如果计算出的比率R低于参考比率Rref，则硬盘驱动器8上的温度负荷直到当前时间是可以接受的并且不需要降低操作温度Top。
低温累积值Vlow和高温累积值Vhigh不需要通过最严格的数学意义上的积分计算来确定。类似地，严格来说，它们的比较不需要作为比率的计算来进行。在实际实现中，低温累积值Vlow和高温累积值Vhigh的确定以及它们的比较可以如下面参考图2c和图4所描述的那样进行。温度控制器30中的计时器21被启动，优选地，温度控制器30中的计时器21在硬盘驱动器8投入操作时被启动。以诸如每分钟一次或每五分钟一次的预定时间间隔测量硬盘驱动器8的操作温度Top。计数器22用于保持跟踪硬盘驱动器8上的温度负荷。根据所测量的温度Top是低于还是高于阈值温度Tth，计数器22递减或递增。因此，如果在第一时间点t1处，测量的操作温度Top高于阈值温度Tth，则计数器增加一。然后，如果在第二时间点t2处的下一次测量时，温度仍然高于阈值温度Tth，则计数器22再次增加一。另一方面，如果在第二时间点t2处的温度低于阈值温度Tth，则计数器22减少一。为了更准确地监测热负荷，计时器21的增加和减少应该与操作温度高于或低于阈值温度Tth的多少成比例。例如，如果第一时间点处的操作温度Top比阈值温度Tth高2摄氏度，则计数器22增加二，并且如果第二时间点处的操作温度Top比阈值温度Tth高1摄氏度，则计数器再次增加一，使其值比在第一时间点t1之前的值多了三。可以与增加相同的比例来减少计数器22或可以不以与增加相同的比例来减少计数器22。在其最简单的形式中，如果第一时间点t1处的操作温度比阈值温度Tth低1摄氏度，则计数器22可以减少一，并且如果操作温度Top比阈值温度低2摄氏度，则计数器22可以减少二。然而，对硬盘驱动器可靠性的研究可能已经表明，比例应当是不同的，因为每一度的过热可能需要通过低于阈值温度Tth的不同度数或分钟数来进行抵消。仅作为示例，可以用在比阈值温度Tth低1度的操作温度Top下的五分钟时间来补偿在比阈值温度Tth高1度的操作温度Top下的五分钟时间。继续这个示例，可能无法用在比阈值温度低5度的操作温度Top下的五分钟时间或者可能无法用在比阈值温度Tth低1度的操作温度Top下的25分钟时间来补偿在比阈值温度Tth高5度的操作温度Top下的五分钟时间。相反，可能需要比阈值温度Tth低的较长时间时段来补偿较高的过量温度。仅作为示例，在比阈值温度Tth高五度的操作温度下的五分钟可能需要用在比阈值温度Tth低至少五度下的十分钟来补偿，或者在比阈值温度低至少1度的操作温度Top下的一小时来补偿。
高温累积值Vhigh与低温累积值Vlow的比较是通过将计数器值C与预定的阈值计数器值Cth进行比较来进行的。如果给定时间点处的计数器值C高于预定的阈值计数器值，则这说明硬盘驱动器8上的历史温度负荷过高，并且需要采取操作温度降低动作。同样，如果计数器值C低于阈值计数器值Cth，则这表明硬盘驱动器上的历史温度负荷是可接受的。在这种情况下，不需要操作温度降低动作。
不管用于确定低温累积值Vlow和高温累积值Vhigh以及它们的比较的确切方法，上面描述的温度控制方法可以通过最大允许温度Tmax形式的绝对温度限制来补充，如图2d中所示。最大允许温度Tmax是硬盘驱动器无论历史温度负荷如何都不允许超过的温度。因此，关于最大允许温度Tmax的控制将基本上以与本申请的背景技术部分中描述的现有技术温度控制方法相同的方式进行。如果操作温度Top达到最大允许温度Tmax，则启动操作温度降低动作并持续到操作温度已充分降低为止。
现在将借助图3中的流程图总结新的温度控制方法。在第一步骤S1中，为硬盘驱动器8设置阈值温度Tth。这可以由硬盘驱动器8的制造商预先编程。在存储驱动器的操作期间，在步骤S2中，在多个时间点处测量硬盘驱动器8的操作温度Top。因此，随着时间的推移来监测操作温度Top，以给出作为时间的函数的多个温度测量值。当在步骤S2中测量的操作温度Top高于阈值温度Tth时，在步骤S3a中，这些阈值温度测量值被累积以形成高温累积值Vhigh。当测量的操作温度Top反而低于阈值温度Tth时，在步骤S3b中，这样的低于阈值温度的测量值被累积以形成低温累积值Vlow。从累积步骤S3a和S3b返回到测量步骤S2的箭头指示这些步骤随着时间重复，更新累积值Vlow、Vhigh，以便创建操作温度Top的历史记录。
在步骤S4中，执行将低温累积值Vlow和高温累积值Vhigh进行比较的比较。如果比较的结果是高温累积值Vhigh相对于低温累积值Vlow太高，则在步骤S5中启动操作温度降低动作。
在目前为止描述的方法的变型中，可以添加附加的步骤，从而可以提高硬盘驱动器的性能。在可选的步骤S6中，如果步骤S4的比较结果是低温累积值Vlow相对于高温累积值Vhigh足够大，则提高硬盘驱动器的性能，例如提高数据写入或读取速度。这样，如果硬盘驱动器8上的历史热负荷较低，则用户可以获得更高的硬盘驱动器性能。
计时器21或附加计时器也可以用于保持跟踪操作温度降低动作的效果。通过测量从操作温度在下降过程中高于阈值温度Tth到操作温度再次高于阈值温度Tth的时间，可以检测到硬盘驱动器在冷却后是否过快地再次变得过热。如果硬盘驱动器8在阈值温度Tth以下操作的时间间隔很短，即它比预定的最小时间间隔短，这可能意味着所采取的操作温度降低动作不够充分。因此可能会发出这种效果的指示，从而可以在未来调整操作温度降低动作。如果温度控制方法可以通过用户输入来调整，这对硬盘驱动器的用户以及硬盘驱动器或硬盘驱动器的温度控制器的制造商都是有用的，因为它可以在设计期间用作输入。高于阈值温度Tth的操作时段之间的短间隔可能对硬盘驱动器8有害，因为频繁的温度变化可能会对硬盘驱动器施加额外的压力。
可以连续或定期监测硬盘驱动器操作中的错误。如果发生错误或错误频繁发生，则可以对温度控制方案进行调整。因此，可以调整阈值温度Tth，或者更具体地降低阈值温度。替代地或附加地，可以调整温度降低动作，例如提高冷却性能或者进一步降低硬盘驱动器性能。
参考图4，现在将描述根据本发明实施例的温度控制器30。温度控制器30具有温度传感器31。温度控制器30还具有被配置为执行多个功能的电路32。电路32可以包括处理器33(例如中央处理单元(CPU)、微控制器或微处理器)。处理器33被配置为运行执行温度控制器30的功能的程序代码。这些功能包括：阈值温度设置功能34，用于为存储装置8设置阈值温度Tth；温度测量功能35，用于在存储装置8的操作期间使用温度传感器31在多个时间点处随时间测量存储装置的操作温度；高温累积功能36，用于随时间对高于阈值的温度测量值进行累积，以形成高温累积值Vhigh；低温累积功能37，用于随时间对低于阈值温度测量值进行累积，以形成低温累积值Vlow；比较功能38，用于将低温累积值Vlow和高温累积值Vhigh进行比较；以及操作温度降低功能39，用于如果比较的结果是高温累积值Vhigh相对于低温累积值Vlow太高，则启动操作温度降低动作。
图4中的温度控制器30根据上述方法操作。
可选地，温度控制器30可以配备有与已经描述的方法的变化一致的执行其它功能的电路。
因此，在一些实施例中，温度控制器30包括被配置为执行性能提高功能40的电路。如果比较功能38中的比较结果是低温累积值Vlow相对于高温累积值Vhigh足够高，则该性能提高功能40提高存储装置8的性能。如上所述，如果事实证明存储装置上的历史热负荷较低，这使得可以从存储装置获得更好的性能。
温度控制器的可选温度比较功能41可以将操作温度Top与最大允许温度Tmax进行比较，从而确保在操作温度超过最大允许温度Tmax时启动操作温度降低动作，以防止损坏硬盘驱动器8。
温度控制器30还可以具有第一计时器功能42和计数器功能43，用于执行计数器递增方法以如上文关于温度控制方法所述对低温测量值和高温测量值进行累积以及将低温累积值Vlow和高温累积值Vhigh进行比较。第一计时器功能42可以采用计时器21，并且计数器功能可以采用计数器22。
可选地，温度控制器30可以具有第二计时器功能44、时间比较功能45和指示器功能46，用于执行保持跟踪操作温度Top在已经被降低后再次高于阈值温度Tth的速度。因此，如果时间比较功能45确定从操作温度降低到低于阈值温度Tth到再次高于阈值温度Tth的时间间隔比预定的最小时间间隔短，则指示器功能将发出可能需要进一步的操作温度降低动作的指示，如在上文中的方法中所讨论的那样。第二计时器功能44可以采用与第一计时器功能采用的计时器21相同的计时器21，或者第二计时器功能44可以采用另一计时器(未示出)。
图5是根据本发明实施例的包括温度控制器30的存储装置8的实施例的框图。通过将温度控制器30集成在硬盘驱动器中，可以有效地确保硬盘驱动器的操作温度的安全控制。如果硬盘驱动器8被包括在记录器7中，则温度控制器可以被集成在记录器7中但与硬盘驱动器8分开。如果记录器7具有多于一个的硬盘驱动器8，这可能是特别有利的。在这种情况下，一个温度控制器30可以控制记录器7中的两个或更多个硬盘驱动器8的操作温度。这可以使协调两个或更多个硬盘驱动器的操作温度降低动作成为可能，从而可以确保当另一个硬盘驱动器需要降低性能以返回到安全操作温度Top时，一个硬盘驱动器可用于写入。在这种情况下，可以在硬盘驱动器之一上的历史热负荷需要之前启动该硬盘驱动器的预先冷却。
可替代地，温度控制器可以单独布置并且可操作地连接到它应该控制其操作温度的一个或多个硬盘驱动器8。
温度控制器30可以以硬件、固件或软件或者它们的任何组合来实现。当实施为软件时，温度控制器可以以计算机代码或指令的形式被提供，计算机代码或指令当在具有处理能力的装置上被执行时将实现上述温度控制方法。这种装置可以是或者包括中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、在集成电路中实现的定制处理装置、ASIC、FPGA或者包括分立组件的逻辑电路。
应当理解，本领域技术人员可以通过多种方式对上述实施例进行修改，并且仍然可以利用如上述实施例所示的本发明的优点。作为示例，主要针对硬盘驱动器描述了温度控制方法和温度控制器，但是如上所述，它同样适用于诸如SSD的其它数据存储装置。
此外，虽然上面的描述最初是针对视频监控系统的，但这只是一个示例，以解释数据可能需要安全和可靠地存储的背景。根据本发明的温度控制方法决不限于视频数据的存储，而是可以应用于需要将数据存储在数据存储装置中的任何情况。
如上所述，温度控制器和方法在存储装置投入操作时开始保持跟踪低于和高于阈值温度的热负荷。在本发明的一些变型中，可以使用滑动时间窗口来应用温度控制，使得低温累积值和高温累积值例如是以最近的小时、天或月而不是存储装置的整个寿命期间被累积的。在存储装置上的温度负荷(来自环境温度和工作负荷)相当稳定或循环的情况下，这可能是合理的。如果存储装置已完全关闭较长时间，或者已修复或恢复，则重新开始累积低温累积值和高温累积值可能是合理的。
可以注意到，虽然本公开涉及数据存储装置，但是也可以存在可以应用所公开的温度控制的其它电子装置。这种温度控制的先决条件是，该装置的类型能够承受在阈值温度以上的临时操作，并有足够的时间在阈值温度以下操作。
因此，本发明不应限于所示实施例而应仅由所附权利要求限定。

Claims (15)

1.一种控制数据存储装置的操作温度的方法，所述方法包括以下步骤：
为所述存储装置设置阈值温度；
在所述数据存储装置的操作期间，在多个时间点处随时间测量所述存储装置的操作温度，从而获得作为时间的函数的多个温度测量值；
随时间对高于阈值的温度测量值进行累积，以形成高温累积值；
随时间对低于阈值的温度测量值进行累积，以形成低温累积值；
将所述低温累积值与所述高温累积值进行比较；以及
如果所述比较的结果是所述高温累积值相对于所述低温累积值太高，则启动操作温度降低动作。
2.根据权利要求所述1的方法，其中，所述操作温度降低动作是来自启动冷却布置、提高所述冷却布置的性能或降低所述数据存储装置的性能的组中的至少一个。
3.根据权利要求所述1的方法，进一步包括：
如果所述比较的所述结果是所述低温累积值相对于所述高温累积值足够大，则提高所述数据存储装置的性能。
4.根据权利要求所述1的方法，其中
所述高温累积值是通过计算高于所述阈值温度的温度测量值作为时间的函数的第一积分被形成，
所述低温累积值是通过计算低于所述阈值温度的温度测量值作为时间的函数的第二积分吧形成，并且其中，
将所述低温累积值与所述高温累积值进行比较是通过计算所述低温累积值与所述高温累积值的比率被完成。
5.根据权利要求所述1的方法，其中，累积和比较的所述步骤包括：
启动计时器，
如果所测量的温度在第一时间点处高于所述阈值温度，则与所测量的温度高于所述阈值温度的度数成比例地递增计数器；
如果所测量的温度在所述第一时间点处低于所述阈值温度，则与所测量的温度低于所述阈值温度的度数成比例地递减所述计数器；以及
所述比较的所述结果是如果所述计数器超过预定的阈值计数器值，则所述高温累积值相对于所述低温累积值太高。
6.根据权利要求所述1的方法，进一步包括：
将所测量的操作温度与最大允许温度进行比较，所述最大允许温度高于所述阈值温度；以及
如果所测量的操作温度高于所述最大允许温度，则启动操作温度降低动作。
7.根据权利要求所述1的方法，进一步包括：
测量从当所测量的操作温度从高于所述阈值温度变为低于所述阈值温度时的第一时间点到当所测量的操作温度下一次从低于所述阈值温度变为高于所述阈值温度时的第二时间点的第一时间间隔；
将所述第一时间间隔与预定的最小时间间隔进行比较；以及
如果所述第一时间间隔比所述预定的最小时间间隔短，则发出可能需要进一步的操作温度降低动作的指示。
8.根据权利要求所述1的方法，进一步包括：
监测所述存储装置的操作中的错误；以及
基于错误的发生，调整所述阈值温度或所述操作温度降低动作中的至少一个。
9.一种用于控制数据存储装置的操作温度的温度控制器，所述温度控制器包括：
温度传感器，
所述温度控制器进一步包括被配置为执行以下功能的电路：
阈值温度设置功能，用于为所述存储装置设置阈值温度；
温度测量功能，用于在所述存储装置操作期间、使用所述温度传感器在多个时间点处随时间测量所述存储装置的操作温度，从而获得作为时间的函数的多个温度测量值；
高温累积功能，用于随时间对高于阈值的温度测量值进行累积，以形成高温累积值；
低温累积功能，用于随时间对低于阈值的温度测量值进行累积，以形成低温累积值；
比较功能，用于将所述低温累积值与所述高温累积值进行比较；以及
操作温度降低功能，用于如果所述比较的结果是所述高温累积值相对于所述低温累积值太高，则启动操作温度降低动作。
10.根据权利要求9所述的温度控制器，进一步包括被配置为执行以下功能的电路：
性能提高功能，用于如果所述比较的结果是所述低温累积值相对于所述高温累积值足够高，则提高所述存储装置的性能。
11.根据权利要求9所述的温度控制器，其中
所述高温累积功能被配置为通过计算高于所述阈值温度的温度测量值作为时间的函数的第一积分来形成所述高温累积值，
所述低温累积功能被配置为通过计算低于所述阈值温度的温度测量值作为时间的函数的第二积分来形成所述低温累积值，并且其中，
所述比较功能被配置为通过计算所述低温累积值与所述高温累积值的比率来将所述低温累积值与所述高温累积值进行比较。
12.根据权利要求9所述的温度控制器，进一步包括被配置为执行以下功能的电路：
第一计时器功能；以及
计数器功能，并且其中，
所述高温累积功能被配置为如果所测量的温度在第一时间点处高于所述阈值温度，则与所测量的温度高于所述阈值温度的度数成比例地递增所述计数器，
所述低温累积功能被配置为如果所测量的温度在所述第一时间点处低于所述阈值温度，则与所测量的温度低于所述阈值温度的度数成比例地递减所述计数器，
所述比较功能被配置为如果所述计数器超过预定的阈值计数器值，则确定所述高温累积值相对于所述低温累积值太高。
13.根据权利要求9所述的温度控制器，进一步包括被配置为执行以下功能的电路：
第二计时器功能，用于测量从当所测量的温度从高于所述阈值温度变为低于所述阈值温度时的第一时间点到当所测量的温度下一次从低于所述阈值温度变为高于所述阈值温度时的第二时间点的第一时间间隔；
时间比较功能，用于将所述第一时间间隔与预定的最小时间间隔进行比较；以及
指示器功能，用于如果所述第一时间间隔比所述预定的最小时间间隔短，则发出可能需要进一步的操作温度降低动作的指示。
14.一种数据存储装置，包括根据权利要求9所述的温度控制器。
15.一种非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质上存储有指令，所述指令当在具有处理能力的装置上被执行时实现根据权利要求1所述的方法。
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