CN1685418A - 用于在写一次介质上的缺陷与分配管理的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于对写一次可记录介质的随机写入与重写的方法和设备、一种用于在写一次可记录介质上的缺陷管理的方法和设备、一种用于消除对写一次可记录介质所做的改变的方法和设备、以及一种用于对已用的写一次可记录介质的再使用的方法和设备。

Description

用于在写一次介质上的缺陷与再分配管理的方法和设备

作为与可重写介质相比的写一次介质的不同物理特性的结果，用于这两种介质的使用及应用模型在历史上已被不同地开发出来。可重写介质的主要优点是它的有效地承载变化的数据的能力，而写一次介质的主要优点在于它的几乎永久存储数据的能力，而不用冒着后来由错误的用户动作(例如无意的重写和删除动作)造成的丢失此数据的风险。

可以主要在下述方面中发现在这些类型的介质之间的不同：

顺序写入与随机写入

到目前为止，写一次介质已被典型地用于顺序存储(其中数据被附加到前面的数据)，而可重写介质除了具有其支持顺序存储的能力以外还能够支持随机存储。例如在CD-R中使用的顺序存储的例子是：“整轨道刻写(track-at-once)”、“整盘刻写(disk at once)”、以及“多段刻写(multi-session)”或“拖放(drag-and-drop)”写入。上述刻写可利用可重写介质来进行，举例来说例如CD-RW和DVD+RW。但是另外地，数据的“随机拖放”写入和其它随机写入策略也可用这些可重写介质来进行。

永久存储与改变内容和重复使用介质

写一次介质具有任何写入的数据总是可被恢复(只要没有进行物理重写，或者没有对物理介质本身进行损坏)的优点。因此，写一次介质已将它自己主要确立在下述应用领域中：其中信息在后来不需要被更新(例如像CD的个人拷贝)，或者在非常希望永远不会由于用户错误(像存档)而造成丢失数据的时候。可重写介质主要用在下述应用中：其中预期所存储的内容将需要在后来更新，或者其中不必长时间保存。在顺序记录(记录盘或轨道，但允许擦除并在将来再使用该介质)和随机存储(拖放、备份等)的情况下，可重写介质也用于临时存储。

在主系统中关于介质存储功能的知识通常不希望主系统(例如个人计算机或独立的用户DVD刻录机)需要知道关于介质载体的特征的许多细节，因为这只会使应用设计变得复杂，增加驱动器与主机的通信的数量和细节，并将这些介质的应用性限制到它们的特定使用和应用。这方面的一个例子是用于当前诸如CD-R之类的写一次介质的许多不同解决方案，其被专门设计成能克服所述方面的这种限制(TAO、DAO、RAW-mode、Q-sheet、多段刻写(multi-session)、固定和随机的包刻写(fixed and random packet-writing)等)。另一个例子是在应用级的附加复杂度。操作系统UDF1.5被专门开发，用于其处理缺陷介质的能力(在文件系统中的缺陷管理)以及其改变在CD-R上已经写入的数据和文件结构的能力(由文件系统对扇区的再分配)。作为对比，诸如CD-MRW和DVD+MRW之类的可重写介质能够在一种区段格式(session format)中进行2k随机(读和写)寻址，包括由驱动器执行的后台格式化、高速缓存和缺陷管理，而不需要在主机处有任何非常具体的介质知识。

本发明的目的是提供用于写一次介质工作的方法，以便随机可重写能力的主要优点(举例来说，例如可变内容、随机寻址、在主机处需要的少的介质知识、介质的再使用)可与写一次介质的主要优点(即永久存储)进行结合。这个目的应该优选地不用阻碍任何现在可用的和未来预期的专用设计而被实现。此外，理想的是主系统或应用不需要担心写入数据的顺序，因为这只会增加系统设计的复杂度和对功能的限制。

本发明的另一个目的是提供一种能够执行根据本发明的方法的设备，举例来说例如盘驱动器。

上面的目的是通过提供下述来实现的：

一种用于对写一次可记录介质的随机写入与重写的方法和设备，

一种用于在写一次可记录介质上的缺陷管理的方法和设备，

一种用于消除对写一次可记录介质所做的改变的方法和设备，以及一种用于对已用的写一次可记录介质的再使用的方法和设备。

可以注意到，在优选实施例中所述设备是盘驱动器。可以进一步注意到，在优选实施例中所述方法是在盘驱动器而不是在主系统中实施的。

还可以注意到，根据本发明的方法和设备可以尤其有利但不唯一地应用在根据蓝光光盘标准的光记录系统中。这是因为此系统是从可重写实施方式发展到写一次实施方式的，这与例如根据CD和DVD的标准从只读实施方式发展到可重写实施方式的系统形成对比。

根据下面对本发明的实施例的更详细的描述，本发明的目的、特征和优点将是显而易见的。此外，本发明的实质在附图1至5中进行说明。

在下文描述的实施例中，将对存在下述三类区域的典型的写一次盘的非限制性例子进行参考：

-边界区(BA)，典型地称为在盘的开始处的导入和在结束处的导出，用于盘的类型和内容组织的识别、使用特征(像例如写入策略或数据保护机制)、以及任何其它目的的数据存储；

-用户区(UA)，所有用户数据需要被包含在其中(文件系统和用户文件是主要的例子)；

-管理区(AA)，包含除了如存储在UA中的正常的用户数据以外的数据。在内部需要此数据用于驱动器或主机的内务处理(housekeeping)以实现所有的用户功能。在AA中的数据的例子是替换表或来自在UA中原始用户位置的备用数据。

为简单起见，不用设法将本发明的可应用性限制到更复杂的盘布局，我们将假定这些区域中的每一个存在于一个邻接空间，每个区域被线性编址(BA：-Y....-1，UA：0....N，AA：M....Z)而没有编址中断，如下所示：-Y        -10                                                                              NM                  Z

BA

UA

AA

显然，其它布置甚至在下面示出的作为非限制性例子的区域的非邻接、混合和非线性的布置情况下也是有效的。

大多数写一次盘具有固定的“最小写入块大小”。这里我们将-1                 -Y0                       GP                      KL                     ZH                 J

BA

UA

AA

UA

BA

称此为BLOCK-SIZE。在这种情况下，没有至少物理地写入具有BLOCK-SIZE的数据的整块是不可能写入较少数据的，因此需要驱动器或主机填充缺少量的数据。此外，典型的主机系统具有其将发送至驱动器或从驱动器要求的最小数据量。我们将称此最小数据量为ADDRESSING-SIZE。在从主机接收数据或向主机发送数据的过程中，典型的驱动器能够将数据组成单个数据流，这个过程称为高速缓存。

上面的术语是为了本发明的清晰起见，并且不能被看作是限制。盘结构的许多其它类型或变化以及驱动器和主机性能是在替代上是可能的。

此外，尽管描述了用于写一次介质的本发明的功能，但是所有所述技术也适用于ROM介质和以写一次方式使用的可重写介质。ROM介质就像写一次介质，其被完全写入，并没有可用的空闲容量。可重写介质在物理位置没被重写时可被看作是写一次介质。

接着将描述根据本发明的一种用于对写一次可记录介质的随机写入与重写的方法和设备的实施例。

典型地，写一次解决方案被设计用于对UA顺序地写入。在这种情况下，从最低的逻辑或物理地址开始写入在UA中的地址，然后在先前写入的数据的末尾附加接连的数据，在一些情况下，通过创建“多个开启的区段”而可以有例外。然而，在这种情况下，这些对话典型地被管理为分离的UA，在每个单独的对话内具有相同的顺序写入条件。可选择地，有可能在写一次使用中数据未被顺序地写入，但是主机可以管理“仍空闲的区域”和“已写入区域”所需的内务处理以保证没有数据被意外地重写。

在本发明的这个实施例中，我们对于主机在发送数据到驱动器以便存储时需要知道的地点和顺序没有作假设和规定。因此，这个实施例被设计，以便在主机需要向UA写入的任何时间、任何位置，驱动器将把数据存储在盘上由主机指定的位置。这由驱动器以下面的步骤来处理：

高速缓存由主机发送的数据(潜在地以主机ADDRESSING-SIZE的倍数的非顺序的簇进行发送)以适合盘BLOCK-SIZE的倍数；

如果数据流不适合所需的BLOCK-SIZE的倍数，或所发送的数据的寻址不适合如在UA中定义的物理/逻辑块的边界，则驱动器将在这是用于空闲区域的数据的情况下填充伪数据以使块完整(见3)，2.2或者通过从盘读取此数据并将其填充在数据流的正确位置来收集数据块的丢失部分的数据；

驱动器将在不需要与主机交互的情况下检验所请求的存储位置是否还未被写入(也就是说是空闲的)；

为此，驱动器将在占用区域表(其将在存储器中保持更新)处对AA进行管理，并管理在需要时(例如弹出或刷新高速缓存)存储在盘上的它的形式；

对于与空闲块匹配的数据的部分，驱动器将直接地或通过缓冲延迟把数据写入到盘的正确的空闲位置；

当部分数据位置已被占用时，驱动器将把该数据存储在为此目的保留的AA的空闲空间中(称为备用区域)，并更新在存储器中的以及需要时在盘上(例如弹出或刷新高速缓存)的表，用来把要被映射的UA的逻辑位置指定到AA中新的物理位置；

结果，在写一次盘上的任何逻辑地址的内容都可被更新，只要为此目的在AA中的空闲空间可用的话；

当在AA中的空闲区域耗尽时，作为主机轮询机制或驱动器“事件产生机制”的结果，驱动器将通过确认“达到空闲重写容量的末端”来发信号将此通知给主机。

结果，只要主机看到可用于新的写入动作的空闲的逻辑UA空间，并且知道存在用于提供任何重写备用的空闲AA空间(由于主机的选择或内部驱动器动作)，主机就不需要因为要知道关于如何将数据物理地存储在盘上而被烦扰。此外，主机可以自觉地更新逻辑位置，正如主机在可重写介质的情况下做的一样。唯一的折衷是对于驱动器来管理替换位置并更新相关的替换表的需要，所述表将允许重建如由主机指定的相关逻辑地址以及其中存储数据的物理地址。这个操作是利用主机中的最少需要的知识来进行的，导致由驱动器在写一次介质上的随机寻址。

以这种方式工作剩下的因素是用于存储重写区域的AA所需的保留空间。预测在介质的未来使用中需要多少AA区域将是必需的。这是一个不希望的限制，因为用户或应用需要不可能被提前预测，并且可以强烈地变化。当具有有限的介质存储容量时，保留AA空间自然花费UA空间。结果，存储容量将被过度地减少，因为在预期所述期望的性能时，有时太多将已被保留(用完在AA中的备用区域)或者有时太多已经被保留(用完UA)。

在本发明的实施例中，这个问题通过在UA和AA之间进行动态分割来解决，从而允许驱动器来分配和重新安排如由主机或驱动器需要的UA和AA地址。未由主机写入的物理地址将被看作“空闲的以供未来用作UA或AA”，以及由于主机或驱动器的写入而占用的地址将发现它们被分类为UA或AA区域。当由主机读取还没有指定的位置的地址时，驱动器将用“伪数据”(举例来说，例如在整个未指定区域上填充的“nbbb...”模式)来响应。

这个实施例具有下述优点：主机可以发送数据给驱动器，同时可最优使用UA和AA区域以用来适应主机的这些请求，直到在UA和AA中不再剩下空闲的未写空间。这样将充分使用最大的存储容量。可以使用与上述相同的通信机制(轮询或事件产生)以保证主机将发送给驱动器的数据不比驱动器可以存储的多。在未预料到的溢出情况下，驱动器将发送错误状态给主机，从而发信号通知需要终止主机的数据写入过程。

接着将描述根据本发明的一种用于在写一次可记录介质上的缺陷管理的方法和设备的实施例。与上述相同的机制也可用于缺陷管理的目的。

在其它介质上，典型地使用了两种缺陷管理机制：

-线性备用：其中将UA的一个逻辑地址再分配给AA中的空闲位置。保持在UA剩余部分中的逻辑顺序如同在进行此线性备用以前一样；UA的一个部分被重新映射到AA；

-滑动：其中从UA中提取UA的一个部分。UA剩余部分的许多逻辑地址也许需要被修改(在大多数情况下所述地址比滑动的地址大)，因为通过在UA中提取一定范围的地址而在物理和逻辑顺序之间产生了失配。

对于大多数使用缺陷管理的系统，缺陷表被保存在表中，并且在大多数情况下，这种表未被互相混合，而是被分开存储和更新。此外，大多数系统只使用用于可重写介质的缺陷管理，并且将滑动的使用限制在介质格式化阶段，而不是在介质寿命的有效数据存储阶段期间使用线性替换和动态滑动。

在本发明的一个实施例中，在写入之前用于缺陷检测的格式化可以在后台运行，同时数据可以在同样的活动期间被存储。缺陷检测和备份决定可以是下述的结果：格式化活动、或者在写入期间的缺陷检测、或者在写入后读取期间的缺陷检测、或者因为在任何时刻的任何原因。

在写一次的情况下，因为写入消耗空闲的空间，所以除了在BA和AA中组织所需的盘结构以外，理想的是进行后台格式化而不用通过在需要对所选择位置进行写入之前找到缺陷来进行任何特殊动作的写入(例如通过伪写入或读取)。同样，也许理想的是主动对UA进行写入和读取而不用主机的特定请求，以便改进驱动器的检测性能。然后可以可替代地使用缺陷管理来确保发送到主机的相同逻辑位置的数据被在AA中的另一个位置或动态再分配用作AA的UA中的其它位置所代替。

在本发明的一个实施例中，所选择的是，当盘被插入驱动器时，在格式化之前、在前台格式化期间、在后台格式化期间、在主动读取/写入阶段期间、在闲置阶段或任何阶段期间，不限制线性备用、滑动和缺陷管理的使用。

例如，动态地滑动和线性替换的组合连同UA和AA的动态的重新定义一起可以在流数据类型的情况下具有特定的优点。典型地，写一次介质的物理和逻辑的组织可以使得线性替换从容量观点来看是最优备份方法。然而，有时候相关备份的位置可以引起流性能的强烈降低。通过在驱动器中高速缓存用于缺陷位置的数据(或在盘上，并且也备份这些缓冲地址)、以及然后将它们作为单个流写入UA中接近原始缺陷地址的空闲邻接区域中、以及然后滑动这些使用的UA地址并将它们作为AA再分配，此内容或所述部分内容的进一步的流读取性能将得到显著的改善。

在这种解决方案中，通过组合或分离如由随机寻址、重写、线性备份和滑动引起的再分配表或这些列表的部分来建立更多性能和更容易的设计。在如这里公开的解决方案中，优选的是，驱动器通过自身、通过使用寿命期间的自我学习、通过主机或任何其它装置的指导来作出决定，在盘上的UA、DA或AA中包含的信息足以用来理解所选择用于缺陷管理和随机/写入或重写管理的方法。

接着将描述根据本发明的一种用于消除对写一次可记录介质所做的改变的方法和设备的实施例。

在任何对于盘的UA、AA或BA数据关键的时候(例如在高速缓存以后、在弹出或断电之前、或引起这种更新的驱动器、盘或主机的任何状态)，所有恢复用户数据与盘的状态和逻辑内容的相关信息即管理数据被写入到盘上。因为所述介质是写一次介质，并且所述系统甚至可以在此之上建立以便数据的意外重写或损失实际上不可能发生，所以要在盘上创建管理表，以便驱动器可以返回到这些表的前一状态，包括对所有适合那个状态的相关正确数据的访问，或者移动到下一状态(已被记录到所述盘)。这可以由驱动器本身、由主机、由用户干预、或由任何激发这种动作的情况来启动或执行。

此外，有可能从盘的前一状态开始，并恢复与主机或与驱动器的内部进程的主动数据交换，好像这种状态是盘的上一状态似的。从而允许一种容易的方式来“返回或前进x步”，并从那个点继续，将其作为盘的上一状态。

根据本发明的实施例，这是通过在如在BA、UA或AA中存储的结构或信息中添加多个向前和向后的位置指针来组织的，以便通过随着时间执行的存储状态的向后和向前导航是可能的。

根据本发明的实施例，这个功能用在特定的应用中，像检索和恢复先前记录的数据的数据备份，改变δ验证，数据同步功能，或仅仅用于用户、主机或驱动器对盘的有意或无意的数据存储或改变进行纠正。

接着将描述根据本发明的一种用于对已用的写一次可记录介质的再使用的方法和设备的实施例。

大多数写一次介质是用作一次的目的的，并且在对于用户而言盘上的数据的有效期过了之后被扔掉。

根据本发明的实施例，当在盘上还有可用的任何空闲空间时，使用与上述相同的机制有可能在逻辑上重新格式化盘，并获得盘的空闲容量，好像它是新盘似的，但是现在由于前面对盘空间的使用而具有更小的可用容量。这导致了同样的再使用可能性，如同用户将再使用普通的可重写介质一样，但是现在是用写一次介质。现在，一直到盘的最末尾的空闲比特也可用作新的盘存储空间。

在结合了“再使用”功能和“消除变化”功能的实施例中，有可能创建多个分区，其可以在写一次盘上共存、彼此隐藏数据以及允许主机、驱动器或用户将数据从一个分区移动到另一个。

在图2中说明了一个用于在空白盘上写入的根据本发明的缺陷管理系统的例子。如图2A所示，在e+1直到e+r上存在大的缺陷。如图2B所示的解决方案是应用滑动并从用户区(UA)提取出原始的缺陷区域e+1直到e+r。这减少了由缺陷占用的大小为“r”的UA的空闲容量。

在图3中说明了一个用于在盘上随机写入的根据本发明的缺陷管理系统的例子。如图3A所示，在e+1直到e+r上存在大的缺陷。如图3B所示的解决方案是从用户区(UA)提取出原始的缺陷区域e+1直到e+r并滑动u-r直到u-r+(v-u)以穿过u...v区域。这也减少了由缺陷占用的大小为“r”的UA的空闲容量。

在图4中说明了一个用于流的将线性备份和滑动结合的根据本发明的缺陷管理系统的例子。如图4A所示，存在r个单独的ECC缺陷。如图4B所示的解决方案是将r个线性备份组成一个单独的块，并随后滑动来为备份腾出空间。这同样减少了由缺陷占用的大小为“r”的UA的空闲容量。

图5示出了一个缺陷表的例子。根据这个例子，本发明对已知缺陷表的影响是有限的，因为它适合相同的表结构，只是需要一种附加类型条目(也就是“从-偏移(from-offset)”)，并且可以共享“不可用的”和“标记的”比特设置。

Claims (5)

1.一种用来在写一次类型的记录介质上记录信息的方法，其中所述方法适合于能够在所述写一次类型的记录介质上进行随机记录和随机重写。

2.一种用来在写一次类型的记录介质上记录信息的方法，其中所述方法适合于在向所述写一次类型的记录介质记录时执行缺陷管理。

3.一种用来在写一次类型的记录介质上记录信息的方法，其中所述方法适合于能够在所述写一次类型的记录介质上清除先前的记录。

4.一种用来在写一次类型的记录介质上记录信息的方法，其中所述方法适合于能够再使用先前已用的写一次类型的记录介质。

5.一种用来在写一次类型的记录介质上记录信息的记录设备，所述设备适合于执行根据权利要求1、2、3或4的所述方法。

Images