JP6689242B2 - 磁気ディスク装置および磁気ヘッド制御方法 - Google Patents

磁気ディスク装置および磁気ヘッド制御方法 Download PDF

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Description

この発明の実施形態は、磁気ディスク装置および磁気ヘッド制御方法に関する。
磁気ディスク装置にあっては、通常、磁気ヘッドをシーク（Seek）開始と同時にシーク用の浮上量位置まで上昇させ、シーク完了前に読み出し／書き込み（Read/Write、以下Ｒ／Ｗ）用の浮上量位置まで下降させるＤＦＨ（Dynamic Flying Height）制御を実施する。
磁気ディスク装置では、ＤＦＨ制御と組み合わせてメディア・バンプ（Media Bump）回避用の制御を実施する。この場合、シーク開始トラックのシーク先方向にメディア・バンプがあり、衝突の恐れがある場合に、磁気ヘッドがシーク用の浮上量位置に達するまで、シーク開始を遅らせる制御を実施する。また、シーク完了トラックのシーク元方向にメディア・バンプがあり、衝突の恐れがある場合にメディア・バンプを通過した後に磁気ヘッドを下降させる制御を実施する。
前述のＤＦＨ制御とメディア・バンプ回避用の制御を実施した場合に、メディア・バンプ回避制御により発生する遅延時間を考慮せず、リオーダリングでシーク距離から定まるシーク時間と、シーク完了後、Ｒ／Ｗ可能になるセクタ位置と評価対象コマンドのセクタ位置との関係から定まる回転待ち時間を加算した時間を使用し、最短でアクセスできるコマンドを選択した場合は、メディア・バンプ回避によりシークが遅延することで、次コマンドの開始セクタの手前までにシークが完了しなかった場合に回転待ちが発生し、性能が低下する問題がある。
特開２００６−３０９９０１号公報
この発明の実施形態の課題は、リオーダリング要求時に、ＤＦＨ制御と共に実施するメディア・バンプ回避制御により発生するシーク遅延時間を考慮して、回転待ち時間を短縮することのできる磁気ディクス装置と磁気ヘッド制御方法を提供することにある。
実施形態によれば、磁気ディスク装置は、コマンド処理に伴うディスクへのアクセス実行中に、前コマンドの次に処理すべきコマンドを内部で待機しているコマンド群から決定するリオーダリング処理のコマンド評価において、シーク距離から定まるシーク時間と、シーク完了後、読み出し／書き込みが可能となるセクタ位置と評価対象コマンドのセクタの位置関係から定まる回転待ち時間を加算した時間を用いて最短でアクセスできるコマンドを選択する場合に、前記前コマンドの完了から前記選択したコマンドの開始までのシーク区間にＤＦＨ（Dynamic Flying Height）制御に影響があるメディア・バンプの有無を判定し、前記ＤＦＨ制御に影響があるメディア・バンプがあると判定された場合に、前記メディア・バンプの回避に必要な遅延時間を計算し、その遅延時間を加算した時間を加味する。
図１は、実施形態に係る磁気ディスク装置（ＨＤＤ）を概略的に示すブロック図。 図２は、実施形態において、通常のＤＦＨ制御による磁気ヘッドのシーク浮上動作を説明するための断面図。 図３は、実施形態において、通常のＤＦＨ制御による磁気ヘッドのシーク軌道イメージを示す模式図。 図４は、実施形態において、媒体ごとに予め計測されるメディア・バンプ情報の例を示す図。 図５は、実施形態において、リオーダリング要求時のＤＦＨ制御による磁気ヘッドのシーク浮上動作を説明するための上面図。 図６は、実施形態において、リオーダリング要求時のＤＦＨ制御による磁気ヘッドのシーク軌道イメージを示す上面図。 図７は、実施形態において、リオーダリング要求時のＤＦＨ制御による処理動作を説明するためのフローチャート。 図８は、実施形態において、メディア・バンプ数とヘッドの性能との関係を示す特性図。
以下、図面を参照しながら、実施形態について説明する。
なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更であって容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
（実施形態）
図１乃至図４を参照して本実施形態に係る磁気ディスク装置（Hard Disk Drive: ＨＤＤ）の構成を説明する。図１は、実施形態に係る磁気ディスク装置（ＨＤＤ）を概略的に示すブロック図である。図１に示すＨＤＤ１０は、筐体１１と、筐体１１内に配設された記録媒体としての磁気ディスク１２と、磁気ディスク１２を支持および回転するスピンドルモータ１４と、磁気ディスク１２に対してデータの書込み、読出しを行う複数の磁気ヘッド１６と、を備えている。また、ＨＤＤ１０は、磁気ヘッド１６を磁気ディスク１２上の任意のトラック上に移動するとともに位置決めするヘッドアクチュエータ１８を備えている。ヘッドアクチュエータ１８は、詳細は図示しないが、磁気ヘッド１６を移動可能に支持するサスペンションアッセンブリと、このサスペンションアッセンブリを回動させるボイスコイルモータ（Voice Coil Motor: ＶＣＭ）とを含んでいる。
ＨＤＤ１０は、ヘッドアンプ３０、メインコントローラ４０およびドライブコントローラ４８を備えている。ヘッドアンプ３０は、例えば、ヘッドアクチェータ１８のサスペンションアッセンブリに設けられ、磁気ヘッド１６に電気的に接続されている。メインコントローラ４０およびドライブコントローラ４８は、例えば、筐体１１の背面側に設けられた図示しない制御回路基板に構成されている。メインコントローラ４０は、演算プロセッサ（Central Processing Unit: ＣＰＵ）４０１、プログラム格納用のＲＯＭ（Read Only Memory）４０２、データ処理作業用のＲＡＭ（Random Access Memory）４０３、リード・ライト（Ｒ／Ｗ）制御部４０４、データ・バッファ制御部４０５、データ・バッファ部４０６、ホストＩＦ（インターフェース）制御部４０７、を備え、バス４０８を通じて接続されている。メインコントローラ４０は、ヘッドアンプＩＣ１８に電気的に接続されると共に、ドライブコントローラ４８を介してＶＣＭ及びスピンドルモータに電気的に接続される。また、メインコントローラ４０は、ホストＩＦ制御部４０７の制御により、ホストコンピュータ（ＲＡＩＤコントローラ）２０に接続可能である。
上記構成によるＨＤＤ１０において、メインコントローラ４０による制御について、図２乃至図４を参照して説明する。図２は、通常のＤＦＨ制御による磁気ヘッドのシーク浮上動作を説明するための断面図、図３は、通常のＤＦＨ制御による磁気ヘッドのシーク軌道イメージを示す模式図、図４は、媒体ごとに予め計測されるメディア・バンプ情報の例を示す図である。なお、図２、図３において、Ｔｘは時間、Ｈｘはヘッド浮上量、Ｓｘ／Ｆｘは位置（トラック）、Ｄｘは欠陥（Defect）エリア端（トラック）、Ｂｘはメディア・バンプ位置を示している。
上記メインコントローラ４０は、メディア・バンプ（Media Bump：媒体上突起）に関する情報を、図４に示すメディア・バンプ・インフォメーション（Media Bump Information：媒体上突起情報）の形式でＲＡＭ４０３内に作成し保持している。メインコントローラ４０は、図２に示すように、リード／ライト終了位置Ｓ１からリード／ライト開始位置Ｓ２へシーク（Seek：探索）を実施する際に、磁気ヘッド１６の浮上量を待機浮上量Ｈ１からシーク用浮上量Ｈｓに切り替え、リード／ライト前にリード／ライト用浮上量Ｈ２に切り替えるＤＦＨ（Dynamic Flying Height）制御を実施する。
なお、本実施形態では、磁気ヘッド１６の浮上量をＨ１からＨｓに切り替える時間をＴ１、磁気ヘッド１６のヘッドの浮上量をＨｓからＨ２に切り替える時間をＴ２としており、評価対象コマンド開始までの時間は、図２に示すように、Ｔ１＋Ｔｓ＋Ｔ２となる。メインコントローラ４０は、シーク区間内で浮上量がシーク用浮上量Ｈｓになっていないシーク区間にメディア・バンプが存在するかどうかを、メディア・バンプ・インフォメーションを使用して判定する。
本実施形態のＨＤＤ１０において、シーク区間にメディア・バンプがある場合に、図２と同一区間のシークを実施した際のＤＦＨ制御例を図３に示す。本実施形態のＨＤＤ１０は、磁気ヘッド１６の浮上量を図３に示すＨ１からＨｓに切り替える区間にメディア・バンプＢＰ１がある場合に、磁気ヘッド１６を図３に示すＨ１からＨｓまで上昇させてから、メディア・バンプＢＰ１を通過するシークを行う。
本実施形態で磁気ヘッド１６を図３に示すＨ１からＨｓまで上昇させる時間は、図３のＳ１でシークせずに磁気ヘッド１６を図３に示すＨ１からＨ１ｗまで上昇させる時間Ｔ１ｗと、図３に示すＳ１からＦ１’までシークしながら、磁気ヘッド１６を図３のＨ１ｗからＨｓまで上昇させる時間を加算した時間であり、図２に示すＴ１と一致する。上昇させる間のシーク区間の図３に示すＳ１からＦ１’は図中で距離を持たせているが、図３に示すＳ１で浮上させるまでシークしなくてもよい。
本実施形態のＨＤＤ１０において、磁気ヘッド１６の浮上量を図３に示すＨｓからＨ２に切り替える区間にメディア・バンプＢＰ２がある場合に、このメディア・バンプＢＰ２を通過してから、磁気ヘッド１６の浮上量を図３のＨｓからＨ２に切り替える。本実施形態で、磁気ヘッド１６の浮上を図３のＨｓからＨ２まで下降させる時間は、図３のＦ２’からＳ１までシークしながら磁気ヘッド１６を図３のＨｓからＨ２ｗまで下降させる時間と、図３のＳ１でシークせずに磁気ヘッド１６を図３のＨ２ｗからＨ２まで下降させる時間とを加算した時間であり、図２のＴ２と一致する。
本実施形態では、図３のＦ２’からＳ２をシークしている間に浮上量変更を開始しているが、図３のＳ２に達してから浮上量を変更してもよい。
本実施形態において、図３のＳ１でシークせずに磁気ヘッド１６を図３に示すＨ１からＨ１ｗまで上昇させる時間Ｔ１ｗは磁気ヘッド１６を図３に示すＨ１からＨｓまで上昇させる時間から、図３に示すＳ１とＢ１ｓの区間をシークするために必要な時間を減算した時間で算出することができる。
図３のＳ２に達してから磁気ヘッド１６を図３に示すＨ２ｗからＨ２まで下降させる時間Ｔ２ｗは磁気ヘッド１６を図３に示すＨｓからＨ２まで下降させる時間からＢ２ｅからＳ２にシークするために必要な時間を減算した時間で算出することができる。
前述のＴ１ｗ、Ｔ２ｗを計算する処理はシーク起点・終点とメディア・バンプの位置関係により定まり、シークせずに浮上制御を実施する時間であるＴ１ｗ、Ｔ２ｗがメディア・バンプにより発生するシーク遅延時間となる。
前述のＴ１ｗ、Ｔ２ｗを計算する処理を簡易化した場合はＴ１ｓおよびＴ２ｓが０となり、図３に示すＴ１ｗが図２に示すＴ1、図３に示すＴ２ｗが図２に示すＴ２と同値となり、Ｔ１ｗとＴ２ｗがメディア・バンプにより発生する遅延時間となる。
前述のＴ１ｗ、Ｔ２ｗを計算する処理を簡易化した上でシークしながら浮上制御する時間Ｔ１ｓおよびＴ２ｓを０ではない値に計算し、シークしながら浮上制御できる時間を増加させ、メディア・バンプにより発生する遅延時間Ｔ１ｗ、Ｔ２ｗを減らす方法として、図３に示すＳ１からＦ１’、Ｆ２’からＳ２の距離を図３に示すメディア・バンプＢＰ１，ＢＰ２の周辺に、図１に示すホストコンピュータ２０がアクセスできないDefect（欠陥情報）を追加することにより、図３に示すＴ１ｓの時間をＤ１ｓからシークを開始しＢ１ｓに到達するシーク時間、Ｔ２ｓをＢ２ｅからＤ２ｅをＤ２ｅで停止する制御のシーク時間として計算することができる。
本実施形態のＤＦＨ制御を実施するＨＤＤ１０において、あるコマンドの実行中に次に実行すべきコマンドを選択するリオーダリング処理を実行する場合について、図５乃至図８を参照して説明する。図５は、リオーダリング要求時のＤＦＨ制御による磁気ヘッドのシーク浮上動作を説明するための上面図、図６は、リオーダリング要求時のＤＦＨ制御による磁気ヘッドのシーク軌道イメージを示す上面図、図７は、リオーダリング要求時のＤＦＨ制御による処理動作を説明するためのフローチャート、図８は、メディア・バンプ個数と磁気ヘッドの性能（パフォーマンス）との関係を示す特性図（Ａは従来装置の場合、Ｂは本実施形態の場合）である。
上記リオーダリング処理では、図７に示すフローチャート従って時間を計算し評価する。なお、ここでは、図３のＳ１が現在実行中のコマンドＲ/Ｗ完了位置とし、Ｓ２が評価対象コマンドのＲ/Ｗ開始位置とする。
図７において、リオーダリング処理が開始されると（ステップＳ１１）、現在実行中のコマンドのＲ/Ｗ終了位置（図６のシーク・スタート・セクタ（Seek start sector））と評価コマンドのＲ/Ｗ開始位置（図５のターゲット・セクタ（Target sector）との関係から、純シーク時間（Ｔａ＝Ｔ１ｓ＋Ｔｓ＋Ｔ２ｓ)を計算する（ステップＳ１２）。ここで、シーク元の磁気ヘッド１６の媒体面に、メディア・バンプがない場合にヘッド浮上量をシーク用浮上量にあげる時間Ｔ１でシークする区間Ｓ１〜Ｆ１’にメディア・バンプがあるか否かを、図４に示したメディア・バンプ・インフォメーション（メディア・バンプ情報）を参照して判定する。具体的には、シーク元の磁気ヘッド１６の媒体面に存在するメディア・バンプ個数が一定数ａ（図８のメディア・バンプ個数−パフォーマンス特性）で性能が逆転するメディア・バンプ個数）以上か判定し（ステップＳ１３）、一定数ａ以上の場合に区間Ｓ１〜Ｆ１’のメディア・バンプの有無を判定して（ステップＳ１４）、浮上量制御時間としてＴ１ｗを純シーク時間に加算した時間を実シーク時間する（ステップＳ１５）。一定値ａ未満の場合は、計算時間の増加抑止のために、サーチ処理を実施せずにメディア・バンプ無と判定し（ステップＳ１６）、純シーク時間を実シーク時間とする（ステップＳ１７）。
ここで、図８に示すパフォーマンスであるＩＯＰＳ（Input/Output operations Per Second）とは、１秒間に何回ＩＯ処理ができるかの指標である。
次に、シーク先の磁気ヘッド１６の媒体面に存在するメディア・バンプ個数が一定数ｂ（図８のメディア・バンプ個数−パフォーマンス特性）で性能が逆転するメディア・バンプ個数）以上か判定し（ステップＳ１８）、一定数ｂ以上の場合に区間Ｆ２’〜Ｓ２のメディア・バンプの有無をメディア・バンプ・インフォメーションを参照して判定し（ステップＳ１９）、浮上量制御時間としてＴ２ｗを計算済実シーク時間に加算した時間を実シーク時間する（ステップＳ２０）。一定値ｂ未満の場合は、計算時間の増加抑止のために、サーチ処理を実施せずにメディア・バンプ無と判定し（ステップＳ２１）、計算済実シーク時間を実シーク時間として使用する（ステップＳ２２）。
実シーク時間の計算結果から読み出し／書き込みが可能となるセクタ（図６のR/W ready sector）を求め（ステップＳ２３）、Ｒ／Ｗ可能セクタと評価コマンドのＲ／Ｗ開始位置（図５のTarget sector）との位置関係から回転待ち時間を計算し（ステップＳ２４）、処理評価までに必要な時間を実シーク時間＋回転待ち時間とする（ステップＳ２５）。他の評価コマンドの有無を判断し（ステップＳ２６）、他の評価コマンドがあれば、ステップＳ１２から評価コマンドを切り替えて処理を行い、他の評価コマンドがなければ、一連の処理を終了する。
なお、本処理中において、図３のＴ１ｗ、Ｔ２ｗは読み出し（Read）と書き込み（Write）時に異なる値としてもよい。また、本処理中において、図３のＴ１ｗ、Ｔ２ｗが０になるアクセスの場合は、それを使用する際のメディア・バンプが存在するかを判定する処理を実施しなくてもよい。また、本処理中において、図３のＴ１ｓ、Ｔ２ｓはその時間をＴ１ｗ、Ｔ２ｗに含ませてもよい。また、本処理中において、図３のＳ１と図３のＳ２のシーク距離からメディア・バンプが存在しうるかを判定できる場合は、メディア・バンプが存在するか否かの判定をシーク距離のみから判定するようにしてもよい。
以上のように、本実施形態に係る磁気ディスク装置によれば、リオーダリング処理において、コマンド処理に伴うディスクのアクセス実行中に、次に処理すべきコマンドをＨＤＤ内部で待機しているコマンド群から決定し、リオーダリング処理のコマンド評価では、シーク距離から定まるシーク時間と、シーク完了後、Ｒ／Ｗ可能になるセクタ位置と評価対象コマンドのセクタの位置関係から定まる回転待ち時間を加算した時間を使用し、最短でアクセスできるコマンドを選択する場合に、前コマンド完了から評価コマンド開始までのシーク区間にＤＦＨ制御に影響があるメディア・バンプがあるかを判定し、ＤＦＨ制御に影響があるメディア・バンプがあると判定した場合にメディア・バンプ回避に必要な遅延時間を加算した時間で最短でアクセスできるコマンドを選択することができる。
すなわち、シーク区間にＤＦＨ/シーク制御に影響があるメディア・バンプがあることを検出し、メディア・バンプ回避によって発生する遅延時間を考慮したリオーダリングを実施することで、現コマンド完了位置から、次コマンド候補先頭位置へのシーク時間を正しく計算することができ、これによって最適な次コマンド選択し、メディア・バンプ回避制御に伴う性能低下を抑止することができる。
また、メディア・バンプの個数により、メディア・バンプの影響を考慮するかどうかを切り替えることにより、メディア・バンプの個数が少ないＨＤＤでメディア・バンプ回避制御によって発生する遅延時間を計算するようにしたことにより、コマンド間で実施するリオーダリング処理で評価できる最大コマンド数を減らすことができ、性能低下の発生することを抑止することができる。
また、シーク距離により、メディア・バンプの影響を考慮するかどうかを切り替えることにより、シーク距離によってシーク制御、ＤＦＨ制御方式が異なる場合に、メディア・バンプ回避制御への影響を正確に計算することができ、メディア・バンプ回避制御に伴う性能低下を抑止することができる。
また、メディア・バンプ回避制御によって発生する遅延時間を読み出しと書き込みで別々に計算することにより、読み出しと書き込みでＤＦＨ制御方式が異なる場合でも、メディア・バンプ回避制御への影響を正確に計算することができ、メディア・バンプ回避制御に伴う性能低下を抑止することができる。
また、磁気ヘッド毎の特性（ＤＦＨ制御速度）を考慮し、メディア・バンプ回避制御によって発生する遅延時間を磁気ヘッド毎に別々に計算することにより、磁気ヘッド毎に異なるＤＦＨ制御速度が異なる場合でも、メディア・バンプ回避制御への影響を正確に計算することができ、メディア・バンプ回避制御に伴う性能低下を抑止することができる。
また、メディア・バンプ周辺に所定のトラックスキップのためのDefect（欠陥情報）を挿入して、メディア・バンプ回避制御の対象になる領域を減らすことで、リオーダリング時にメディア・バンプ回避制御を考慮する計算処理発生頻度および計算時間を削減することができ、性能低下を抑止することができる。
本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
１０…磁気ディスク装置、１１…筐体、１２…磁気ディスク、１４…スピンドルモータ、１６…磁気ヘッド、１８…ヘッドアクチュエータ、３０…ヘッドアンプ、４０…メインコントローラ、４８…ドライブコントローラ、４０１…演算プロセッサ（ＣＰＵ）、４０２…ＲＯＭ、４０３…ＲＡＭ、４０４…リード・ライト（Ｒ／Ｗ）制御部、４０５…データ・バッファ制御部、４０６…データ・バッファ部、４０７…ホストＩＦ（インターフェース）制御部、４０８…バス、２０…ホストコンピュータ（ＲＡＩＤコントローラ）。

Claims (8)

  1. コマンド処理に伴うディスクへのアクセス実行中に、前コマンドの次に処理すべきコマンドを内部で待機しているコマンド群から決定するリオーダリング処理のコマンド評価において、シーク距離から定まるシーク時間と、シーク完了後、読み出し／書き込みが可能となるセクタ位置と評価対象コマンドのセクタ位置との関係から定まる回転待ち時間を加算した時間を用いて最短でアクセスできるコマンドを選択する磁気ディスク装置であって、
    前記前コマンドの完了から前記選択したコマンドの開始までのシーク区間にＤＦＨ（Dynamic Flying Height）制御に影響があるメディア・バンプの有無を判定する判定手段と、
    前記判定手段によりＤＦＨ制御に影響があるメディア・バンプがあると判定された場合に、前記メディア・バンプの回避に必要な遅延時間を計算し、その遅延時間を加算した時間を加味して最短でアクセスできるコマンドを次に処理すべきコマンドとして選択する選択手段と
    を備える磁気ディスク装置。
  2. 前記選択手段は、前記メディア・バンプの個数により、前記メディア・バンプの影響を考慮するかどうかを切り替える請求項１記載の磁気ディスク装置。
  3. 前記選択手段は、前記前コマンドの完了から前記選択したコマンドの開始までのシーク距離により、前記メディア・バンプの影響を考慮するかどうかを切り替える請求項１記載の磁気ディスク装置。
  4. 前記選択手段は、前記読み出しと書き込みとで前記メディア・バンプの回避制御で発生する遅延時間を別々に計算する請求項１記載の磁気ディスク装置。
  5. 前記選択手段は、前記ディスクに対するヘッド毎に、前記メディア・バンプの回避制御で発生する遅延時間を別々に計算する請求項１記載の磁気ディスク装置。
  6. 前記選択手段は、前記ディスクに対するヘッド毎のＤＦＨ制御速度に基づく特性を考慮して、前記メディア・バンプの回避制御で発生する遅延時間を計算する請求項１記載の磁気ディスク装置。
  7. さらに、前記ディスクの前記メディア・バンプの周辺に所定のトラックスキップを行うための欠陥情報を挿入する請求項１記載の磁気ディスク装置。
  8. コマンド処理に伴うディスクへのアクセス実行中に、前コマンドの次に処理すべきコマンドを内部で待機しているコマンド群から決定するリオーダリング処理のコマンド評価において、シーク距離から定まるシーク時間と、シーク完了後、読み出し／書き込みが可能となるセクタ位置と評価対象コマンドのセクタ位置との関係から定まる回転待ち時間を加算した時間を用いて最短でアクセスできるコマンドを選択する磁気ディスク装置の磁気ヘッド制御方法であって、
    前記前コマンドの完了から前記選択したコマンドの開始までのシーク区間にＤＦＨ（Dynamic Flying Height）制御に影響があるメディア・バンプの有無を判定し、
    前記ＤＦＨ制御に影響があるメディア・バンプがあると判定された場合に、前記メディア・バンプの回避に必要な遅延時間を計算し、その遅延時間を加算した時間を加味して最短でアクセスできるコマンドを次に処理すべきコマンドとして選択する
    磁気ディスク装置の磁気ヘッド制御方法。
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