TWI416513B - A system and method for managing adjacent track interference in a hard disk drive - Google Patents

Description

在硬碟驅動器中管理鄰近磁軌干擾的系統和方法

本發明係有關於一種在硬碟驅動器中管理磁軌干擾的系統和方法，尤指一種可解決硬碟驅動器的鄰近磁軌干擾問題的系統及方法。

在硬碟驅動器領域裡，鄰近磁軌干擾(ATI)是一種日益增長的問題。當在硬碟驅動器的特定磁軌上多次寫入(例如30,000次或更多)，而鄰近磁軌卻沒有被寫入時，可能會使該未被寫入資料的磁軌受損壞，這是因為持續過度寫入資料所引起該鄰近磁軌的磁通量受到干擾，經許多週期之後，不斷累積並造成鄰近磁軌無法讀取的現象。

例如，假設磁軌N有鄰近磁軌N＋1和N－1，如果在磁軌N＋1或N－1寫入之前，磁軌N已被寫入很多次，那麼在磁軌N＋1或N－1的資料可能損壞，這是磁記錄中被大量文件證明的相互干擾問題。

對於此類問題有一種看起來簡單的解決方案，即在資料被破壞之前在鄰近磁軌寫入資料，然而，決定什麼時候以及如何在磁軌上重寫資料是十分複雜的問題，因為沒有簡單的計算器記載在特定扇區的資料被存取了多少次，因此，關鍵是無法確切知道何時會產生磁軌干擾；而目前技術中，無論是在硬碟驅動器構件上還是操作系統、應用程式或驅動程式上，對於鄰近磁軌干擾尚無可應用的有效解決方案。這是由於鄰近磁軌干擾的提示就是資料已經損壞，這時候保存資料已經太晚了，相關的文件已經丟失。

鄰近磁軌干擾的集中因素是面積密度，即隨著面積密度的增加，便包含了資料的物理面積減少，因此，增加了表示“邊緣“或”邊界”面積和鄰近磁軌的面積百分比，而隨著技術的不斷發展，磁軌數量將繼續顯著增加，面積密度亦相應增加，即隨著物理尺寸、介質的物理性質以及寫入機制趨勢的持續發展，鄰近磁軌干擾產生的可能性相應增加。

隨著鄰近磁軌干擾問題的持續增長，發現了普通的操作系統程式傾向於在硬碟驅動器的特定位置大量寫入，而當發生了過度寫入時，該硬碟驅動器上的資料被損壞，且常導致系統不能啟動。實際上，由於面積密度和操作系統工作量的增加，這個問題日益嚴重。同時，在硬碟驅動器上存取和更新信息的程序常常引起鄰近磁軌干擾。

根據本發明的至少一個目前的較佳實施例，經過廣泛考慮在此提出新的方法和系統，該方法和系統係用來改善現存的硬碟驅動掃描和記錄來檢測將來可能發生的鄰近磁軌問題，並在資料損壞之前擦除(scrub)資料。

本發明之目的係在提供一種可處理干擾磁軌的方法，該方法包括：確定在至少一個磁軌中的鄰近磁軌干擾可能性，通過至少一個磁軌上擦除資料來避免資料損壞，該磁軌具有已確定的鄰近磁軌干擾可能性。

本發明之另一目的係在提供一種可處理干擾磁軌的系統，該系統包括：處理器；記憶體，儲存由處理器存取的代碼，用來：確定在至少一個磁軌的鄰近磁軌干擾可能性；通過在至少一個磁軌上擦除資料來避免資料損壞，該磁軌具有已確定的鄰近磁軌干擾可能性。

進一步來說，本發明的另一目的提供了一種機器可讀的程序儲存裝置，有形地包含有機器可運作的指令程序來執行動作，所述動作包括：確定在至少一個磁軌的鄰近磁軌干擾可能性；通過在至少一個磁軌上擦除資料來避免資料損壞，該磁軌具有已確定的鄰近磁軌干擾可能性。

本發明之又一目的係在提供一種可處理干擾磁軌的系統，該系統包括：圖形適配器；處理器；記憶體，用於儲存處理器存取的代碼，用來：確定在至少一個磁軌的鄰近磁軌干擾可能性；通過在至少一個磁軌上擦除資料來避免資料損壞，該磁軌具有已確定的鄰近磁軌干擾可能性。

為了方便理解本發明以及本發明的進一步的特徵和優點可通過以下的詳細描述和附圖作為參考。本發明的範圍將在附帶的專利範圍中指出。

如下面的附圖中的一般描述和圖示所示，可理解本發明的要素係以廣泛不同的配置來設計和安排。因此，以下所描述的實施例中本發明的設備，系統或方法，如第一圖到第二圖表示，並不會限制本發明的專利範圍，而僅僅表示本發明選定的實施例。

本發明說明書中所述“一個實施例”或“一實施例”(或類似說法)的描述係有關於實施例描述的具體特徵、結構或特性包括在本發明的至少一個實施例中。因此，在本發明的說明書中，不同地方出現的語句“在一個實施例中”或“在一實施例中”不一定全部指的是同一個實施例。

進一步來說，所述的特徵、結構或特性可以在一個或多個實施例中以適當的形式組合。在以下的敘述中，提供多個特定的細節來對本發明的實施例提供全面的理解。然而，本發明所屬技術領域中具有通常知識者應該認識到，本發明在缺少一個或多個特定的細節，或是以其他的方法、元件、材料等依然可以應用。在其他例子中，沒有詳細顯示和描述眾所皆知的結構、材料或者操作以避免使本發明的目的變得不明顯。

參考附圖可方便理解本發明的圖示實施例，且於全文中，相同的構件係使用相同的數字或標號指定；以下的描述僅為本發明的一種例子，即僅僅示出與本發明申請專利範圍一致的裝置、系統和過程的某些選定的實施例。

根據本發明的至少一個目前的較佳實施例，經過廣泛考慮在此提出的方法，該方法用來改善現存的驅動掃描和記錄來檢測將來的鄰近磁軌掃描問題，以及在資料損壞之前擦除資料。該方案可以在硬碟的構件中實現，不要求新的或專門的應用程式或驅動程式(driver)。“擦除”，在此作為通常的理解，較佳的包括讀取資料以及將同樣的資料寫入覆蓋它自己，因此消除潛在的鄰近磁軌干擾的影響。

當前的硬碟驅動器構件和SMART資料記錄在讀取扇區的時候追蹤位元錯誤，在空閒時間執行損壞資料的掃描，如果發生扇區不可讀取，便被標記為潛在的壞扇區，當下一次寫入時確定其為不可用或是可用；雖然這個動作可用來標記壞的/破壞的扇區，然而，此種運作模式僅由無法從扇區中讀取資料時才能觸發，因此，這不能解決鄰近磁軌干擾的問題，因為鄰近磁軌干擾有一種累積性的影響導致在扇區徹底損壞之前位元錯誤的緩慢增加，而且，雖然目標扇區已經很長時間不能讀出和寫入，在此期間鄰近扇區可以繼續被寫入足夠次數而導致資料損壞形式的破壞。

請參閱第一圖，係為本發明的較佳實施例的電腦系統結構圖，如圖所示，該實施例可為擕帶式電腦系統，例如位於Purchase NewYork的聯想(美國)公司銷售的個人電腦ThinkPad^® 系列之一；或者是工作站，例如Intellistation^® ，由位於Armonk NewYork的國際商業機器有限公司(IBM)銷售。然而，由以下的描述中可觀察，本發明可以應用於任何資料處理系統進行磁碟驅動的資料保存。

如第一圖所示，電腦系統12包括至少一系統處理器42，其與唯讀記憶體(ROM)40和系統記憶體46通過處理器匯流排44連接。系統處理器42可以包括Intel公司生產的一個處理器。該系統處理器42是一個通常用途的處理器，其在通電的時候執行儲存在唯讀記憶體40中的啟動程式碼41，然後在儲存在系統記憶體46中的作業系統和應用軟體的控制下處理資料。系統處理器42通過處理器匯流排44和主橋48連接至週邊元件連接埠(PCI)本地匯流排50。

PCI本地匯流排50支援和多個設備的連接，包括適配器和橋。在這些設備中有網路適配器66，其將電腦系統12介面連接至區域 網及圖形適配器68，而該圖形適配器68是電腦系統12和顯示器69的介面。PCI本地匯流排50的通信由本地PCI控制器52管理，其通過記憶體匯流排54和非揮發性隨機存取記憶體(NVRAM)56連接。本地PCI控制器52可以通過第二個主橋60連接至附加的匯流排和設備。

電腦系統12進一步包括工業標準結構(ISA)匯流排62，其通過ISA橋64連接到PCI本地匯流排50；另，連接到ISA匯流排62是輸入/輸出(I/O)控制器70，其用於控制電腦系統12和鍵盤、滑鼠及磁碟機等的附加週邊設備之間的通信。此外，I/O控制器70支援電腦系統12係通過串口和並口的外部通信。

請參閱第二圖，係為資料磁軌的原理圖，顯示出磁碟驅動器上的五個平行磁軌，其以X-2到X+2之間連續標記；與上文所述形成對比，根據本發明的較佳實施例，在扇區讀取和/或背景掃描時為監測位元錯誤設定新的門檻值，而此門檻值係用於尋找鄰近磁軌干擾標記(或紅色標記)。較佳的，該門檻值考慮鄰近磁軌干擾的累積效應，須設的足夠低以便於在扇區變得不可讀之前檢測到鄰近磁軌干擾。同樣地，當考慮在一個扇區的位元錯誤率的關係並且把它和扇區X+1、X+2、X-1以及X-2的位元錯誤率相比較，鄰近磁軌干擾標記是十分明確的。如果正在讀取的扇區在背景掃描時位元錯誤率(BER)超過了門檻值，那麼最好檢查與其最為鄰近的兩個扇區。如果標記出現在如下地方，則磁軌X-1便具有好的位元錯誤率而磁軌X-2具有增加的位元錯誤率，那麼通過在磁軌X-1中寫入資料，容易引起鄰近磁軌干擾。磁軌X+1和磁軌X+2情況相同。在周圍磁軌位元錯誤率的關係因此構成了新的鄰近磁軌干擾的行為標準。

在第二圖中，扇區A、兩個扇區B、以及兩個扇區C標識在不同磁軌上，而通過圖示和非限定性的例子的方式，可在磁軌X的扇區A上檢測到增加的位元錯誤率的門檻值。因此應當意識到如果扇區B或扇區C也顯示了增加的位元錯誤率，而磁軌X+1或X-1顯示為好的位元錯誤率，那麼可以考慮鄰近磁軌干擾是其中 的原因。在第二圖的陰影部分指示在信號破壞完成之前，該磁軌係處於鄰近磁軌干擾的危險中。換句話說，儘管磁軌X+1或X-1顯示好的位元錯誤率，可以更早的檢測到預期的鄰近磁軌干擾來避免未發生的破壞，而傳統的鄰近磁軌干擾檢測方法通常只能夠在一個或多個磁軌發生了顯著的資料損壞之後才能做出干涉。

如果演算法確定扇區或磁軌有鄰近磁軌干擾的危險，那麼包含目標扇區(在這個情況下，扇區A)的磁軌X和磁軌X+2或X-2將使用讀取/重新寫入命令來較佳地擦除。這個讀取或重新寫入命令將有效的消除鄰近磁軌干擾的影響，防止資料損失。

上文所述的標記掃描可以通過本質上任何適當的方法進行。通過使用如T13網站上描述的傳統背景掃描操作即可觀察到好的結果，T13是國際資訊技術標準委員會的技術委員會(www.t13.org)，其中，文件1699D AT附件8(ATA/ATAPI命令集[ATA8-ACS])指出了在主機系統和儲存裝置之間的AT附加命令集，而該文件的7.52.5段，“SMART Excecute Offline Immediate(SMART脫機立即運行)”描述了在本發明的實施例的上下文中特別使用的脫機資料掃描(通過使用背景讀取來獲得上文中描述的標記)。

上文所述的位元錯誤率門檻值(尤其是增加的位元錯誤率門檻值)可對於具體的應用進行恰當的選擇和客戶化自定義；較佳的，在知道問題硬碟驅動器的資料恢復能力的基礎上由硬碟驅動器提供商確定門檻值。因此，對於具有特別先進和精細的資料恢復能力的硬碟驅動器，位元錯誤率門檻值可設定成較高，而對於那些具有有限或折中資料恢復能力的硬碟驅動器，則位元錯誤率門檻值需要設定成較低。

綜上所述，應該意識到位元錯誤率門檻值應該是主要的及中間的設計細節，並且對於不同的驅動器在硬碟驅動器資料生成的不同內容中有很大的差別，而位元錯誤率門檻值因此較佳地由每個硬碟資料設計點確定。然而，儘管位元錯誤率門檻值有一定的變化性，而根據本發明的至少一個較佳實施例中，位元錯誤率的門檻值可以方便地係與驅動器的整體差錯糾正能力相關。在這種情 況下，給驅動器留下50%的差錯糾正代碼能力的位元錯誤率門檻值被認為是有用的及可行的目標，或者是在設定位元錯誤率門檻值時的近似值。

根據至少一個當前的較佳實施例，本發明包括可於具有至少一個運作適當的軟體程式的電腦上實現要素；這些也可能實現在至少一個積體電路上或至少一個積體電路的一部分上，如此，本發明可以實現在硬體、軟體或二者的結合上。

在此如果沒有另行聲明，應該假設在此提及和引用的所有專利、專利應用、專利公開以及其他公開(包括網路公開)在此通過引用如同已描述一樣完全結合其全部內容。

儘管第一圖及第二圖在此描述了本發明的圖示實施例，然而，本發明並不僅限於這些精確的實施例，對於本發明所屬技術領域中具有通常知識者可以利用與上述討論和權利要求一致的方式從事實施的多樣化，而不脫離本發明的範圍和精神。

12．．．電腦系統

40．．．唯讀記憶體

41．．．啟動程式碼

42．．．系統處理器

44．．．處理器匯流排

46．．．系統記憶體

48．．．主橋

50．．．PCI本地匯流排

52．．．PCI控制器

54．．．記憶體匯流排

56．．．非揮發性隨機存取記憶體(NVRAM)

60．．．主橋

62．．．ISA匯流排

64．．．ISA橋

66．．．網路適配器

68．．．圖形適配器

69．．．顯示器

70．．．I/O控制器

第一圖係為本發明較佳實施例的電腦系統的結構圖。

第二圖係為資料磁軌的原理圖。

12．．．電腦系統

40．．．唯讀記憶體

41．．．啟動程式碼

42．．．系統處理器

44．．．處理器匯流排

46．．．系統記憶體

48．．．主橋

50．．．PCI本地匯流排

52．．．PCI控制器

54．．．記憶體匯流排

56．．．非揮發性隨機存取記憶體(NVRAM)

60．．．主橋

62．．．ISA匯流排

64．．．ISA橋

66．．．網路適配器

68．．．圖形適配器

69．．．顯示器

70．．．I/O控制器

Claims (26)

1. 一種在硬碟驅動器中管理鄰近磁軌干擾的方法，包括：確定在至少一個磁軌中的鄰近磁軌干擾可能性；以及通過在至少一個磁軌上擦除資料來避免資料損壞，該磁軌具有已確定的鄰近磁軌干擾可能性。
2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該確定包括應用門檻值在硬碟驅動器的磁軌中檢測鄰近磁軌干擾標記。
3. 如申請專利範圍第2項所述的方法，其中該應用門檻值包括應用位元錯誤率門檻值。
4. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該確定包括選擇目標扇區或磁軌，以及將目標扇區或磁軌的至少一個性能指標和至少一個鄰近扇區或磁軌的該性能指標相比較。
5. 如申請專利範圍第4項所述的方法，其中該比較性能指標包括將目標扇區或目標磁軌的性能指標和與其最為接近的兩個磁軌相比較。
6. 如申請專利範圍第4項所述的方法，其中該比較性能指標包括比較鄰近磁軌的位元錯誤率。
7. 如申請專利範圍第4項所述的方法，其中該確定，進一步包括在鄰近扇區或磁軌的性能指標具有顯著不同的事件中確定顯著的鄰近磁軌干擾可能性。
8. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中該擦除包括讀取資料以及隨後重新寫入資料。
9. 一種在硬碟驅動器中管理鄰近磁軌干擾的系統，包括：一處理器；以及一存有代碼的記憶體，該代碼能讓處理器讀取，且該代碼用來：確定在至少一個磁軌中的鄰近磁軌干擾可能性；以及通過在至少一個磁軌上擦除資料來避免資料損壞，該磁軌具 有已確定的鄰近磁軌干擾可能性。
10. 如申請專利範圍第9項所述的系統，其中該確定作用於應用門檻值在硬碟驅動器的磁軌中檢測鄰近磁軌干擾標記。
11. 如申請專利範圍第10項所述的系統，其中該確定作用於應用位元錯誤率門檻值。
12. 如申請專利範圍第9項所述的系統，其中該確定作用於選擇目標扇區或磁軌，以及將目標扇區或磁軌的至少一個性能指標和至少一個鄰近扇區或磁軌的該性能指標相比較。
13. 如申請專利範圍第12項所述的系統，其中該確定作用於將目標扇區或目標磁軌的性能指標和以其最為接近的兩個磁軌相比較。
14. 如申請專利範圍第12項所述的系統，其中該確定作用於比較鄰近磁軌的位元錯誤率。
15. 如申請專利範圍第12項所述的系統，其中該確定進一步作用於在鄰近扇區或磁軌的性能指標具有顯著不同的事件中確定顯著的鄰近磁軌干擾可能性。
16. 如申請專利範圍第9項所述的系統，其中該擦除作用於讀取資料以及隨後重新寫入資料。
17. 一種機器可讀的程式儲存裝置，具體化地包含有機器可運作指令程式來執行動作，該動作包括：確定在至少一個磁軌中的鄰近磁軌干擾可能性；以及通過在至少一個磁軌上擦除資料來避免資料損壞，該磁軌具有已確定的鄰近磁軌干擾可能性。
18. 如申請專利範圍第17項所述的程式儲存裝置，其中該確定包括應用門檻值在硬碟驅動器的磁軌中檢測鄰近磁軌干擾信號。
19. 如申請專利範圍第18項所述的程式儲存裝置，其中該應用門檻值包括應用位元錯誤率門檻值。
20. 如申請專利範圍第17項所述的程式儲存裝置，其中該確定包括選擇目標扇區或磁軌，以及將目標扇區或磁軌的至少一個性能指標和至少一個鄰近扇區或磁軌的該性能指標相比較。
21. 一種在硬碟驅動器中管理鄰近磁軌干擾的系統，包括：一圖形適配器；一處理器；以及一記憶體，儲存處理器可存取的代碼，用來：確定在至少一個磁軌中的鄰近磁軌干擾可能性；以及通過在至少一個磁軌上擦除資料來避免資料損壞，該磁軌具有已確定的鄰近磁軌干擾可能性。
22. 如申請專利範圍第21項所述的系統，進一步包括：輸入/輸出控制器，其用於控制系統和附加的週邊鍵盤之間的通信。
23. 如申請專利範圍第21項所述的系統，其中該確定作用於應用門檻值在硬碟驅動器的磁軌中檢測鄰近磁軌干擾信號。
24. 如申請專利範圍第21項所述的系統，其中該確定作用於選擇目標扇區或磁軌，以及將目標扇區或磁軌的至少一個性能指標和至少一個鄰近扇區或磁軌的該性能指標相比較。
25. 如申請專利範圍第24項所述的系統，其中該確定進一步作用於在鄰近扇區或磁軌的性能指標具有顯著的不同的事件中確定顯著的鄰近磁軌干擾可能性。
26. 如申請專利範圍第21項所述的系統，其中該擦除作用於讀取資料以及隨後重新寫入資料。