生成作為基本尋找時間曲線的函數(shù)的操作尋找時間曲線的數(shù)據(jù)存儲裝置的制造方法
【專利說明】生成作為基本尋找時間曲線的函數(shù)的操作尋找時間曲線的 數(shù)據(jù)存儲裝置
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請是Mingji Lou等人于2014年10月9日提交的題為"DATA STORAGE DEVICE DYNAMICALLY REDUCING COAST VELOCITY DURING SEEK TO REDUCE POWER CONSUMPTION"的 共同待決的美國專利申請14/510, 951(律師案號T7251)的部分繼續(xù)申請，其整體通過引用 合并于此。
【背景技術(shù)】
[0003] 諸如磁盤驅(qū)動器的數(shù)據(jù)存儲裝置包括磁盤和連接到致動器臂的遠(yuǎn)端的磁頭，致動 器臂通過音圈電機(jī)（VCM)繞著樞軸轉(zhuǎn)動，以將磁頭徑向地定位在磁盤上方。磁盤包括多個 徑向分隔的同心磁道，用于記錄用戶數(shù)據(jù)扇區(qū)和伺服扇區(qū)。伺服扇區(qū)包括磁頭定位信息 (例如，磁道地址），該信息被磁頭讀取并且被伺服控制系統(tǒng)處理以在控制致動器臂從磁道 到磁道尋找時對其進(jìn)行控制。
[0004] 圖1將現(xiàn)有技術(shù)磁盤格式2顯示為包括由圍繞每個伺服磁道的圓周而記錄的伺服 扇區(qū)6。-心限定的多個伺服磁道4。每個伺服扇區(qū)6i包括用于存儲周期模式的前導(dǎo)區(qū)8,其 允許對讀取信號的適當(dāng)?shù)脑鲆嬲{(diào)整和定時同步；以及同步標(biāo)記10,其用于存儲特定模式， 該特定模式用于符號同步到伺服數(shù)據(jù)字段12。伺服數(shù)據(jù)字段12存儲粗糙磁頭定位信息， 諸如伺服磁道地址，該粗磁頭定位信息用于在尋找操作期間將磁頭定位在目標(biāo)數(shù)據(jù)磁道上 方。每個伺服扇區(qū)6i還包括多組伺服突發(fā)串（servo burst) 14(例如，N和Q伺服突發(fā)串）， 其相對于彼此并且相對于伺服磁道中心線以預(yù)定相位記錄。基于相位的伺服突發(fā)串14提 供精細(xì)磁頭位置信息，其用于在讀/寫操作期間訪問數(shù)據(jù)磁道時的中心線追蹤。通過讀取 伺服突發(fā)串14生成位置誤差信號（PES)，其中PES表示磁頭相對于目標(biāo)伺服磁道的中心線 的測量的位置。伺服控制器處理PES以生成控制信號，該控制信號應(yīng)用于磁致動器（例如， 音圈馬達(dá)）從而在磁盤上方在減小PES的方向上徑向地致動磁頭。
【附圖說明】
[0005] 圖1示出現(xiàn)有技術(shù)磁盤格式，其包括由伺服扇區(qū)限定的多個伺服磁道。
[0006] 圖2A示出根據(jù)包括在磁盤上方被致動的磁頭的實施例的磁盤驅(qū)動器形式的數(shù)據(jù) 存儲裝置。
[0007] 圖2B是根據(jù)一個實施例的流程圖，其中基于基本尋找時間曲線生成操作尋找時 間曲線。
[0008] 圖2C示出基于基本尋找時間曲線生成的操作尋找時間曲線的示例實施例。
[0009] 圖2D示出其中操作尋找時間曲線可以作為運行時間參數(shù)（例如，工作負(fù)載）的函 數(shù)而調(diào)整的實施例。
[0010] 圖3示出示例尋找曲線，其包括滑行速度（其在尋找期間基于測量的速度來更 新）、減速距離和減速時間。
[0011] 圖4A示出根據(jù)一個實施例的表示減速距離相對于滑行速度的函數(shù)。
[0012] 圖4B示出根據(jù)一個實施例的表示減速時間相對于滑行速度的函數(shù)。
[0013] 圖5示出根據(jù)一個實施例的控制電路，其被配置為在尋找操作期間生成致動器控 制信號。
[0014] 圖6示出被配置為在尋找操作期間生成致動器控制信號的控制電路，包括用于更 新滑行速度的特定實施例。
[0015] 圖7示出其中尋找曲線和對應(yīng)的滑行速度可以相對于如圖2C所示的不同的操作 尋找時間曲線而改變的實施例。
【具體實施方式】
[0016] 圖2A示出根據(jù)一個實施例的磁盤驅(qū)動器形式的數(shù)據(jù)存儲裝置，其中該實施例包 括磁盤16和致動器20,磁盤16包括多個磁道18,致動器20被配置為在磁盤16上方致動 磁頭22。磁盤驅(qū)動器還包括控制電路24,其被配置為執(zhí)行圖2B的流程圖，其中作為基本尋 找時間曲線的函數(shù)生成操作尋找時間曲線（方框26)，其中尋找時間曲線限定用于在磁盤 上方通過尋找長度來徑向地尋找磁頭的尋找時間。尋找操作被執(zhí)行（方框28)以至少通過 下列操作通過目標(biāo)尋找長度來尋找磁頭：基于目標(biāo)尋找長度和操作尋找時間曲線來生成目 標(biāo)尋找時間（方框30)，以及基于目標(biāo)尋找時間來尋找磁頭目標(biāo)尋找長度（方框32)。
[0017] 在圖2A的實施例中，磁盤16包括多個伺服扇區(qū)360Q_30N，其限定多個伺服磁道， 其中數(shù)據(jù)磁道18相對于伺服磁道以相同或不同徑向密度來限定。控制電路24處理源自于 磁頭22的讀取信號38,以解調(diào)伺服扇區(qū)36。-3心并且生成表示磁頭的實際位置和相對于目 標(biāo)磁道的目標(biāo)位置之間的誤差的位置誤差信號（PES)?？刂齐娐?4使用適當(dāng)?shù)难a(bǔ)償濾波器 對PES濾波以生成被應(yīng)用于音圈電機(jī)（VCM) 20的控制信號40, VCM 40使致動器臂42繞著 樞軸轉(zhuǎn)動，從而在減小PES的方向上在磁盤16上方徑向地致動磁頭22。伺服扇區(qū)36q-36 n 可以包括任何適當(dāng)?shù)拇蓬^位置信息，諸如用于粗略定位的磁道地址和用于精細(xì)定位的伺服 突發(fā)串。伺服突發(fā)串可以包括任何適當(dāng)?shù)哪Ｊ剑T如基于幅度的伺服模式或基于相位的伺 服模式。
[0018] 圖2C示出基于基本尋找時間曲線㈧生成的不同的操作尋找時間曲線（B、C、D) 的示例。每條操作尋找時間曲線可以對應(yīng)于磁盤驅(qū)動器的期望性能；也就是說，每條操作 尋找時間曲線可以改變磁盤驅(qū)動器的各種性能度量。例如，在一個實施例中，基本尋找時間 曲線（A)可以對應(yīng)于最短的尋找時間并且因此增加吞吐量性能但是也增加功率消耗和/或 聲學(xué)噪聲。在一個實施例中，通過使用將偏移量添加到基本尋找時間曲線（A)或利用縮放 量（scalar)來縮放基本尋找時間曲線（A)而生成的操作尋找時間曲線來執(zhí)行尋找操作，可 以在功率消耗和/或聲學(xué)噪聲方面改進(jìn)磁盤驅(qū)動器的性能。這些實施例的示例在圖2C中 通過操作尋找時間曲線（B)和操作尋找時間曲線（C)來說明。可以基于基本尋找時間曲線 (A)來生成其他操作尋找時間曲線以滿足期望的性能標(biāo)準(zhǔn)，諸如實現(xiàn)期望的平均隨機(jī)尋找 時間，同時限制最大尋找時間的操作尋找時間曲線，其示例由圖2C中的操作尋找時間曲線 (D)來說明。在一個實施例中，操作尋找時間曲線（D)可以被生成為基于尋找長度和在基本 尋找時間曲線中的相應(yīng)尋找時間的復(fù)函數(shù)。
[0019] 在一個實施例中，操作尋找時間曲線可以作為磁盤驅(qū)動器的運行時間參數(shù)的函數(shù) 來調(diào)整。例如，在一個實施例中，操作尋找時間曲線可以相對于磁盤驅(qū)動器的當(dāng)前工作負(fù)載 來調(diào)整，當(dāng)前工作負(fù)載可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞絹頊y量，諸如基于在命令隊列中排隊的訪問 命令的數(shù)量和/或大小。圖2D說明該實施例的一個示例，其中可以通過調(diào)整用于相對于 磁盤驅(qū)動器的工作負(fù)載來縮放基本尋找時間曲線（A)的縮放量來調(diào)整操作尋找時間曲線 (B)。在較高的工作負(fù)載的周期期間，縮放量可以被減小以減小尋找時間并且因此防止或降 低從主機(jī)看到的吞吐量的瓶頸。當(dāng)工作負(fù)載減小時，縮放量可以被增大以增大尋找時間并 且由此減小功率消耗和/或聲學(xué)噪聲。
[0020] 在一個實施例中，控制電路24被配置為基于包括加速階段、恒定速度階段和減速 階段的尋找曲線（例如，如圖3所示）來執(zhí)行尋找操作。在現(xiàn)有技術(shù)磁盤驅(qū)動器中，在執(zhí)行 尋找之前構(gòu)造尋找曲線，例如，通過基于可用于進(jìn)行尋找的尋找長度和延遲構(gòu)造尋找曲線。 然而，基于預(yù)先構(gòu)造的尋找曲線來執(zhí)行尋找操作可能不能在功率消耗、尋找設(shè)置、偏置學(xué)習(xí) 等方面生成最優(yōu)的尋找性能。因此，在一個實施例中，控制電路24被配置為基于在尋找期 間測量的磁頭的速度以及對應(yīng)的減速距離和減速時間在尋找操作期間遞歸地調(diào)整尋找曲 線的滑行速度。同樣在一個實施例中，通過在尋找操作期間基于從操作尋找時間曲線推導(dǎo) 出的尋找時間構(gòu)造動態(tài)變化的尋找曲線（seek profile on-the-fly)有助于如上所述的基 于基本尋找時間曲線生成和/或調(diào)整操作尋找時間曲線。
[0021] 圖3說明該實施例的一個示例，其中在尋找的加速階段期間磁頭的當(dāng)前速度被測 量。假設(shè)當(dāng)前測量的速度已經(jīng)收斂到對應(yīng)的滑行速度，則基于磁頭的測量的速度生成對應(yīng) 的減速距離和減速時間。隨后，基于更新后的減速距離和減速時間來生成目標(biāo)滑行速度。接 著，基于測量的速度和目標(biāo)滑行速度之間的差值生成應(yīng)用于致動器的控制信號。在一個實 施例中，控制信號朝向目標(biāo)滑行速度增大磁頭的速度。以上用于更新滑行速度的處理被遞 歸地重復(fù)直至測量的速度收斂到目標(biāo)滑行速度為止。
[0022] 圖4A示出根據(jù)一個實施例的示例的二階相平面函數(shù)，其表示減速距離和磁頭的 速度之間的關(guān)系；并且圖4B示出根據(jù)一個實施例的三階相平面函數(shù)，其表示減速時間和磁 頭的速度之間的關(guān)系。在一個實施例中，這些相平面函數(shù)在尋找的加速階段中被使用以生 成減速距離和減速時間參數(shù)，減速距離和減速時間參數(shù)被輸入到遞歸算法以便如以上參照 圖3所述來更新滑行速度。
[0023] 圖5示出根據(jù)一個實施例的控制電路，該控制電路包括狀態(tài)估計器44,狀態(tài)估計 器44被配置為估計伺服系統(tǒng)的狀態(tài)46,例如在尋找操作期間的磁頭的當(dāng)前位置和當(dāng)前速 度。在尋找曲線的加速階段期間，方框48遞歸地更新滑行速度50,并且方框52基于更新 后的滑行速度50和估計的狀態(tài)46生成致動器控制信號40A。當(dāng)磁頭到達(dá)尋找曲線的減速 階段時，方框54基于估計的狀態(tài)46生成致動器控制信號40B以朝向目標(biāo)磁道將磁頭減速。 方框54還（例如，基于圖4A和圖4B)生成減速距離和減速時間參數(shù)56,該減速距離和減速 時間參數(shù)56被輸入到方框48以便在尋找曲線的加速階段期間更新滑行速度。
[0024] 圖6示出根據(jù)一個實施例的控制電路，其中在尋找期間基于等式（1)更新滑行速 度 7(/()50 ··
[0025]
[0026] 其中k表示用于尋找的當(dāng)前時間，L表示用于尋找的尋找長度，并且x(k)表示磁 頭在時間k的當(dāng)前位置，v(k)表示磁頭在時間k的測量的速度，DecelDistance[v(k)]表示 基于測量的速度的用于尋找的減速距離，D ecelTime[V(k)]表示基于測量的速度的用于尋 找的減速時間，并且T表示用于尋找的尋找時間，其在一個實施例