專利名稱：將流式音頻視頻數(shù)據(jù)寫入磁盤驅(qū)動(dòng)器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種磁記錄磁盤驅(qū)動(dòng)器，更具體地說涉及優(yōu)化用于寫入并且讀取音頻和/或視頻(音頻視頻或“AV”)數(shù)據(jù)的磁盤驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
在用在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理環(huán)境中的傳統(tǒng)磁記錄磁盤驅(qū)動(dòng)器中，數(shù)據(jù)以稱為固定塊結(jié)構(gòu)的格式存儲(chǔ)在磁盤上的固定長(zhǎng)度(固定比特?cái)?shù))物理扇區(qū)中。在FBA磁盤驅(qū)動(dòng)器中，磁盤上的同心數(shù)據(jù)磁道具有共同的索引，它代表這些磁道的起始，并且每個(gè)磁道上的每個(gè)扇區(qū)具有一物理扇區(qū)號(hào)或地址。當(dāng)前在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理環(huán)境中使用的磁盤驅(qū)動(dòng)器的特征在于隨機(jī)存取模式和小數(shù)據(jù)塊。相反，在AV環(huán)境中，數(shù)據(jù)處理的特征在于大順序數(shù)據(jù)塊的流，以及多個(gè)數(shù)據(jù)流的交錯(cuò)。例如，AV數(shù)據(jù)流的交錯(cuò)使得數(shù)字錄象機(jī)(DVR)能夠同時(shí)記錄和播放實(shí)時(shí)電視，并記錄兩個(gè)電視節(jié)目。
用于在AV環(huán)境中進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的基準(zhǔn)基于性能的單位成本。AV磁盤驅(qū)動(dòng)器數(shù)據(jù)工作負(fù)荷分為占優(yōu)勢(shì)的大讀取和寫入，點(diǎn)綴以小讀取和寫入，小的讀寫可能頻繁進(jìn)行但只包含少量數(shù)據(jù)。因此，磁盤驅(qū)動(dòng)器可能會(huì)由于旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間而花費(fèi)相當(dāng)多的時(shí)間等待，所謂旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間，即寫磁頭在下一次寫入可以進(jìn)行之前等待磁盤轉(zhuǎn)動(dòng)直到檢測(cè)到索引所需要的延遲時(shí)間。
AV環(huán)境的另一個(gè)方面在于，如果磁盤上的數(shù)據(jù)扇區(qū)存在不可校正的錯(cuò)誤，則沒有時(shí)間來重新讀取該數(shù)據(jù)。相反，DVR會(huì)注意到該數(shù)據(jù)不正確，并且試圖隱藏丟失的比特，例如通過短暫地凍結(jié)AV數(shù)據(jù)流以掩蓋該錯(cuò)誤。
所需要的是這樣一種AV優(yōu)化的磁盤驅(qū)動(dòng)器，它不會(huì)出現(xiàn)由于旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間而引起的延遲并且在數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的情況中重新讀取該數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種用于通過將數(shù)據(jù)組織成簇(cluster)，并且向讀取/寫入磁頭已穩(wěn)定到旋轉(zhuǎn)磁盤上的目標(biāo)磁道上之后所遇到的第一物理扇區(qū)開始寫入所述簇從而將流式音頻視頻數(shù)據(jù)寫入到磁盤驅(qū)動(dòng)器上的方法。一個(gè)數(shù)據(jù)簇包含的數(shù)據(jù)塊數(shù)與磁盤上的整數(shù)個(gè)磁道中的物理扇區(qū)數(shù)目相對(duì)應(yīng)，從而單簇的寫入是向磁盤上的整數(shù)個(gè)全磁道進(jìn)行寫入。即使該磁盤驅(qū)動(dòng)器可以具有用來識(shí)別所有磁道中的第一物理扇區(qū)的物理索引，簇?cái)?shù)據(jù)的寫入也可以在無需索引的條件下進(jìn)行。
在音頻視頻數(shù)據(jù)的交錯(cuò)存儲(chǔ)期間，在多個(gè)記錄任務(wù)循環(huán)進(jìn)行直到完成所有任務(wù)時(shí)，在第一任務(wù)的第一部分中的簇在第一交錯(cuò)存儲(chǔ)循環(huán)或時(shí)段期間被寫入，然后將磁頭定位到另一個(gè)磁道上，在那里從磁頭遇到的第一物理扇區(qū)開始在下一個(gè)交錯(cuò)存儲(chǔ)時(shí)段期間寫入在第二任務(wù)的第一部分中的簇，而無需等待索引。
通過將塊編號(hào)寫入到物理扇區(qū)或通過將簇標(biāo)記(clusterindicator)的起始寫到寫入該簇的磁道上，從而標(biāo)識(shí)出簇?cái)?shù)據(jù)的第一數(shù)據(jù)塊所寫入的位置。
因?yàn)橐纛l視頻數(shù)據(jù)是以全磁道簇增量寫入的，所以可以在不增加顯著性能沖擊的情況下在線(傳輸中、飛行式，on-the-fly)計(jì)算用于糾錯(cuò)的奇偶校驗(yàn)扇區(qū)。因?yàn)榭梢酝ㄟ^與完整簇相關(guān)的奇偶校驗(yàn)來覆蓋一個(gè)或多個(gè)完整扇區(qū)的丟失，所以可以取消對(duì)每個(gè)單獨(dú)數(shù)據(jù)扇區(qū)進(jìn)行的二級(jí)糾錯(cuò)。
為了更全面地理解本發(fā)明的特性和優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)該參照以下詳細(xì)說明以及附圖。


圖1顯示出與磁盤上的單個(gè)數(shù)據(jù)磁道的八個(gè)物理扇區(qū)(S6...S5)相關(guān)聯(lián)的八個(gè)固定長(zhǎng)度邏輯塊(B0...B7)的單磁道簇；圖2為磁盤驅(qū)動(dòng)器的示意圖，顯示出具有包含所記錄的數(shù)據(jù)邏輯塊的物理扇區(qū)的單磁道；圖3為寫入單個(gè)數(shù)據(jù)簇的過程的流程圖；圖4A顯示出用于向物理扇區(qū)寫入兩個(gè)交錯(cuò)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)流的邏輯塊的現(xiàn)有技術(shù)過程，它需要等待每個(gè)磁道的索引；圖4B顯示出用于向在完成對(duì)目標(biāo)磁道的查找之后所遇到的第一物理扇區(qū)寫入兩個(gè)交錯(cuò)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)流的邏輯塊的本發(fā)明過程；圖5A顯示出在現(xiàn)有技術(shù)FBA中數(shù)據(jù)和糾錯(cuò)碼(ECC)在磁道上的布局；圖5B顯示出在本發(fā)明的簇結(jié)構(gòu)中數(shù)據(jù)和糾錯(cuò)碼(ECC)在磁道上的布局。
具體實(shí)施例方式
在本發(fā)明中，用于AV流式數(shù)據(jù)的基本單元是在磁盤上的整數(shù)個(gè)全磁道，被稱為一個(gè)簇。如果該整數(shù)為1，則一個(gè)全磁道單元是該簇。所有的數(shù)據(jù)寫入因此是全磁道寫入。數(shù)據(jù)簇分解為整數(shù)個(gè)固定長(zhǎng)度數(shù)據(jù)塊，就象在傳統(tǒng)的FBA格式中一樣。簇中的數(shù)據(jù)塊包含AV數(shù)據(jù)，并且在該簇中的至少一個(gè)數(shù)據(jù)塊可以包含從一組包含AV數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)塊中計(jì)算出的糾錯(cuò)信息。由于簇是整數(shù)個(gè)全磁道，所以簇中的數(shù)據(jù)塊的數(shù)目等于在構(gòu)成該簇的所有磁道中的物理扇區(qū)數(shù)目。
在沒有現(xiàn)有技術(shù)的在邏輯塊地址和磁道上的物理扇區(qū)號(hào)之間的關(guān)聯(lián)的情況下，將數(shù)據(jù)寫入到磁道中的物理扇區(qū)上。圖1顯示出八個(gè)固定長(zhǎng)度邏輯塊B0...B7的示例性單磁道簇，每個(gè)邏輯塊是一個(gè)物理數(shù)據(jù)扇區(qū)的尺寸。將這些數(shù)據(jù)塊這樣寫入到數(shù)據(jù)磁道上，從而如圖中所示一樣，數(shù)據(jù)塊B0寫入到數(shù)據(jù)扇區(qū)S6，數(shù)據(jù)塊B1寫入到數(shù)據(jù)扇區(qū)S7等。扇區(qū)S0...S7是在磁道上的物理扇區(qū)。扇區(qū)S0保存著數(shù)據(jù)塊B2。在傳統(tǒng)的FBA格式中，扇區(qū)S0將保存著數(shù)據(jù)塊B0，S1保存著數(shù)據(jù)塊B1，等等。
圖2為方框圖，顯示出將邏輯塊寫入到這些物理扇區(qū)上的方法。磁盤驅(qū)動(dòng)器促動(dòng)器懸臂101使讀/寫(R/W)磁頭102在磁盤103上大體上徑向移動(dòng)(如靠近磁頭102的箭頭所示)，從而將它定位到目標(biāo)數(shù)據(jù)磁道上。包含物理扇區(qū)S0...S7的數(shù)據(jù)磁道顯示在磁盤103上。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，每個(gè)物理扇區(qū)具有記錄在扇區(qū)起始處的扇區(qū)號(hào)或地址。這些扇區(qū)號(hào)在對(duì)磁盤進(jìn)行格式化時(shí)被記錄，此時(shí)還記錄伺服定位信息。但是，本發(fā)明的關(guān)鍵方面在于格式是“無索引的”，即不需要用于標(biāo)識(shí)磁道的起始的物理索引標(biāo)記。即使在每個(gè)磁道上有一個(gè)初始物理扇區(qū)號(hào)S0，該扇區(qū)也不會(huì)用來標(biāo)識(shí)磁道上的簇的起始。當(dāng)將包含邏輯塊B0...B7的AV數(shù)據(jù)簇寫入到空磁道上時(shí)，將第一數(shù)據(jù)塊B0寫入到R/W磁頭102所遇到的第一物理扇區(qū)，從而最小化了在R/W磁頭必須等待索引或特定物理扇區(qū)的情況下會(huì)出現(xiàn)的旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間。
當(dāng)寫入操作開始時(shí)，使R/W磁頭102移動(dòng)到預(yù)先被控制邏輯142識(shí)別為具有自由空間的磁道的數(shù)據(jù)磁道。對(duì)目標(biāo)磁道的這種“查找”是通過磁頭102從磁盤中讀取預(yù)記錄的伺服定位信息，并由磁頭讀寫處理器140給伺服控制器141發(fā)信號(hào)以使促動(dòng)器懸臂101移動(dòng)所要求的方向和距離來進(jìn)行的。在這個(gè)查找操作進(jìn)行期間，來自AV數(shù)據(jù)源(例如，數(shù)字TV，DVR)的數(shù)據(jù)流被傳送通過接口控制器144，通過控制邏輯142被組織成數(shù)據(jù)簇并且被裝載進(jìn)緩沖存儲(chǔ)器143。
緩沖器143用來保存從AV數(shù)據(jù)源145接收的寫入數(shù)據(jù)。通常，緩沖器143的空間大于1簇。主數(shù)據(jù)流(host data stream)通常以一組具有起始地址和長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)塊的形式被傳送。在一些流系統(tǒng)中，例如基于對(duì)象或文件的流中，命令由對(duì)象標(biāo)識(shí)符、數(shù)據(jù)組(dataset)、偏移地址和長(zhǎng)度構(gòu)成，起始地址是所標(biāo)識(shí)的目標(biāo)的基地址和偏移地址的和。從起始地址確定在緩沖器143中用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)塊的位置。由于將數(shù)據(jù)寫入到磁盤上的空簇上，所以簇是從通常包含在自由空間表中的標(biāo)識(shí)為空的簇組中選擇的。當(dāng)存在多個(gè)數(shù)據(jù)流時(shí)，主機(jī)應(yīng)該，比如通過利用目標(biāo)標(biāo)識(shí)符來標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)所屬的數(shù)據(jù)流。
優(yōu)選在簇邊界上開始一個(gè)數(shù)據(jù)流，并且順序?qū)⑦M(jìn)一步的數(shù)據(jù)放在這些簇中。當(dāng)使磁頭102定位并且穩(wěn)定下來以進(jìn)行寫入時(shí)，將簇的第一塊B0寫入所遇到的第一物理扇區(qū)，在圖1和2中示為S6。這個(gè)扇區(qū)S6現(xiàn)在變?yōu)榇氐牡谝簧葏^(qū)。剩下的簇?cái)?shù)據(jù)塊B1...B6然后被順序?qū)懭氲轿锢砩葏^(qū)S7和S0...S5(圖2顯示出塊B7還沒有被寫入，因?yàn)槲锢砩葏^(qū)S5還沒有在磁頭102下通過)直到將完整的簇寫入到該全磁道中。
圖3顯示出在本發(fā)明中的基本寫入操作。該過程中的初始步驟涉及設(shè)置磁盤驅(qū)動(dòng)器以便傳送來自AV數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)。標(biāo)為n的對(duì)簇的讀取或?qū)懭朊顚?duì)標(biāo)號(hào)為0-m-1的數(shù)據(jù)塊的簇(在圖2中所述和所示的實(shí)施例中，m＝8)進(jìn)行操作，如200所示?？刂七壿?42計(jì)算出對(duì)于簇n(202)而言在磁盤驅(qū)動(dòng)器上的磁道(c，h)。(由于大多數(shù)磁盤驅(qū)動(dòng)器具有多個(gè)磁盤，并具有與特定磁盤表面相關(guān)的R/W磁頭，所以磁頭被標(biāo)識(shí)為“h”，與那個(gè)磁頭相關(guān)的磁道被標(biāo)識(shí)為柱面“c”，表示排列成“圓柱體”的磁盤疊上的所有磁道)。然后指令該驅(qū)動(dòng)器查找該磁道(204)。
伺服控制器141和控制邏輯142識(shí)別出所遇到的第一物理扇區(qū)以及該簇的第一塊對(duì)于該磁道(206)將被存儲(chǔ)的位置。然后，將第一塊B0寫入到所遇到的第一物理扇區(qū)(在圖2的實(shí)施例中為S6)，并且將該簇中隨后的數(shù)據(jù)塊寫入到后續(xù)的物理扇區(qū)(208)中。隨后剩余磁道(210，212)也一樣依次進(jìn)行，直到完全寫完該簇(214)。沒有顯示出的是更新驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部表(包括作為簇起始的物理扇區(qū)的位置)以使得以后能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)查找和空簇的識(shí)別的過程。在一個(gè)實(shí)施方案中，因?yàn)槊總€(gè)數(shù)據(jù)塊(B0...B7)的標(biāo)識(shí)被寫入到數(shù)據(jù)塊所處的物理扇區(qū)中，所以可以識(shí)別出簇的起始扇區(qū)。
可以使用任何類型的文件系統(tǒng)或自由空間管理器來注意空簇，并且自由空間的位置對(duì)于控制邏輯142而言是已知的。例如，傳統(tǒng)的基于文件分配表(FAT)的系統(tǒng)通常采用其大小是磁道尺寸的倍數(shù)的簇尺寸。對(duì)于具有分區(qū)記錄結(jié)構(gòu)(zoned-recording architecture)的磁盤驅(qū)動(dòng)器而言，磁道容量，從而簇尺寸，將根據(jù)區(qū)而變化。因此在分區(qū)驅(qū)動(dòng)器中，這將需要調(diào)節(jié)存儲(chǔ)單元尺寸(例如，在一個(gè)區(qū)中每個(gè)簇具有250個(gè)數(shù)據(jù)塊/物理扇區(qū)，在另一個(gè)區(qū)中每個(gè)簇具有240數(shù)據(jù)塊/物理扇區(qū))。
當(dāng)AV數(shù)據(jù)流包含多個(gè)簇時(shí)，則使寫入動(dòng)作按一系列單獨(dú)的單簇寫入進(jìn)行，但是優(yōu)選寫入到一系列鄰近或相鄰磁道上。不正好是一個(gè)簇長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)寫入被上舍入為一整個(gè)簇長(zhǎng)度。
通過向磁頭穩(wěn)定到所要求的磁道上后從寫磁頭下通過的第一物理扇區(qū)寫入簇，本發(fā)明提供了在使用交錯(cuò)存儲(chǔ)的情況下很顯著的優(yōu)點(diǎn)。在交錯(cuò)存儲(chǔ)期間，多個(gè)記錄和/或回放任務(wù)之間循環(huán)，直到完成所有任務(wù)。當(dāng)記錄數(shù)據(jù)時(shí)，在每個(gè)循環(huán)的開始，數(shù)據(jù)的下一個(gè)部分再次被寫入到第一可用扇區(qū)上，而不用等待索引。例如，在DVR中，可以同時(shí)記錄兩個(gè)視頻流。
在圖4A-4B中圖解了其優(yōu)點(diǎn)，該圖顯示出一組磁道，不同的任務(wù)與這些磁道相關(guān)，在一個(gè)例子中，在一簇中具有256個(gè)數(shù)據(jù)塊(B0...B255)。在圖4A中顯示出在現(xiàn)有技術(shù)FBA中的兩個(gè)交錯(cuò)存儲(chǔ)簇寫入的順序，在圖4B中顯示出本發(fā)明的無索引格式。首先在圖4A中考察一個(gè)兩簇寫入，可以看出驅(qū)動(dòng)器在將第一簇的第一邏輯數(shù)據(jù)塊B0寫入到在磁道2中在索引(S0)之后的第一物理扇區(qū)之前必須等待索引扇區(qū)411來到磁頭之下。以虛線412顯示出這個(gè)沒有被利用的時(shí)間(查找時(shí)間和旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間)。在驅(qū)動(dòng)器結(jié)束寫入第一簇之后將有進(jìn)一步的等待時(shí)間，然后從磁道2查找到磁道5以在那里寫入第二簇，因?yàn)樾枰俅蔚却饕?11。以虛線413顯示出這個(gè)未被利用的時(shí)間。在圖4B的新的無索引格式中，磁頭能夠在將磁頭穩(wěn)定到磁道2上后立即就開始將第一數(shù)據(jù)塊B0寫入到一個(gè)新扇區(qū)上。該扇區(qū)示為物理扇區(qū)S2。而且，將第二簇寫入到在磁道5所碰到的第一物理扇區(qū)(扇區(qū)S6)消除了第二等待時(shí)間。在完成寫入第一交錯(cuò)存儲(chǔ)簇和開始寫入第二交錯(cuò)存儲(chǔ)簇之間，僅有的延遲是查找和穩(wěn)定到新的磁道所用的時(shí)間，如虛線414所示。而圖4A的現(xiàn)有技術(shù)方案需要4圈磁盤旋轉(zhuǎn)(2圈用來寫入全磁道簇，2圈用來等待索引)來完成交錯(cuò)存儲(chǔ)任務(wù)，圖4B的無索引方案需要2-3圈轉(zhuǎn)動(dòng)(2圈用來寫入完整磁道簇，而不到1圈的旋轉(zhuǎn)用來查找磁道)。另外，如果在磁道2和磁道5處的數(shù)據(jù)簇不是被交錯(cuò)存儲(chǔ)而是來自相同的AV數(shù)據(jù)流的話，則當(dāng)回讀該數(shù)據(jù)流時(shí)，已經(jīng)最佳地配置了磁道偏移(track skew)(即，磁頭在從磁道2查找至磁道5之后可以立即讀取)。這減少了讀取延遲。
在上述的優(yōu)選實(shí)施方案中，物理扇區(qū)具有地址號(hào)，因此在磁頭從查找狀態(tài)穩(wěn)定下來之后所遇到的第一扇區(qū)的扇區(qū)號(hào)被讀取出并且與邏輯數(shù)據(jù)塊B0相關(guān)聯(lián)。還有其它方法來寫入到所遇到的第一扇區(qū)并且將那個(gè)扇區(qū)標(biāo)識(shí)為所記錄的簇的起始。這可以通過許多方式來完成*將塊號(hào)(B0...B255)寫入到這些物理扇區(qū)中，*將簇標(biāo)記的起始寫在該磁道上(例如，在其中一個(gè)物理扇區(qū)內(nèi))，*將簇起始位置存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，并且將該信息存儲(chǔ)在驅(qū)動(dòng)器上的特定位置中(例如，作為部分自由空間或文件位置信息)。
凈效應(yīng)是對(duì)于寫入操作而言消除去了旋轉(zhuǎn)等待時(shí)間，并且一旦磁頭穩(wěn)定到磁道上，則所有寫入只需要磁盤旋轉(zhuǎn)一圈就能完成。對(duì)于記錄多簇?cái)?shù)據(jù)時(shí)所需要的磁道到磁道的查找和磁頭切換而言，本發(fā)明是優(yōu)選的，因?yàn)樵谛麓诺郎纤龅降牡谝簧葏^(qū)就是寫入繼續(xù)的扇區(qū)，從而不用等待索引或預(yù)定偏移(skew)。
讀取操作沒有受到影響，仍然是零等待時(shí)間操作。在讀取操作期間，在查找之后所碰到的第一物理扇區(qū)將是隨機(jī)。因此，在寫入操作中引入的隨機(jī)化將沒有任何凈效應(yīng)。當(dāng)磁頭到達(dá)磁道上時(shí)，它開始讀取它們所遇到的扇區(qū)。對(duì)于需要按序進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的主機(jī)系統(tǒng)而言，一旦讀到第一簇扇區(qū)就可以將數(shù)據(jù)輸送給主機(jī)。
本發(fā)明的一個(gè)重要特征在于，能夠增加磁道上的奇偶校驗(yàn)扇區(qū)，而不會(huì)損失讀取/修改/寫入性能。IBM的美國(guó)專利5737344披露了在數(shù)據(jù)磁道上使用奇偶校驗(yàn)扇區(qū)以便保護(hù)數(shù)據(jù)扇區(qū)。在本發(fā)明中，因?yàn)閿?shù)據(jù)以全磁道簇增量被寫入，所以可以在傳輸中(在線，on-the-fly)計(jì)算奇偶校驗(yàn)扇區(qū)，且不會(huì)產(chǎn)生顯著的性能沖擊。另外，因?yàn)楝F(xiàn)在可以通過奇偶校驗(yàn)覆蓋一個(gè)或多個(gè)完整扇區(qū)的丟失，所以可以取消數(shù)據(jù)扇區(qū)上的二級(jí)糾錯(cuò)碼(ECC)以及每個(gè)扇區(qū)上的其它開銷(overhead)例如雙同步(dual sync)。由于磁道通常具有200個(gè)以上的扇區(qū)，所以每個(gè)磁道增加2個(gè)奇偶校驗(yàn)扇區(qū)在容量方面會(huì)有1％的損失，這比通過取消二級(jí)ECC(每次交錯(cuò)每字節(jié)1.2％)和雙同步(4-5％)所補(bǔ)償?shù)囊?。沒有通過一級(jí)ECC校正或不能同步的任何扇區(qū)由奇偶校驗(yàn)扇區(qū)在傳輸中(在線，on-the-fly)進(jìn)行校正。
圖5A顯示出現(xiàn)有技術(shù)FBA結(jié)構(gòu)的ECC方案，而圖5B顯示出本發(fā)明的AV簇結(jié)構(gòu)的ECC。在FBA系統(tǒng)(圖5A)中，可以單獨(dú)地訪問每個(gè)物理扇區(qū)501-504，因此每個(gè)扇區(qū)必須由二級(jí)ECC(相應(yīng)為511-514)保護(hù)以確保數(shù)據(jù)完整性。在本發(fā)明的簇結(jié)構(gòu)(圖5B)中，即使將簇寫入到相鄰物理扇區(qū)601-604，也可以在這些簇中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。因此，ECC扇區(qū)611可以應(yīng)用在整個(gè)簇上，從而使得各個(gè)扇區(qū)601-604不會(huì)受到二級(jí)ECC的阻礙。ECC扇區(qū)611將覆蓋扇區(qū)601-604中任何一個(gè)的數(shù)據(jù)丟失。
當(dāng)前硬盤通常被規(guī)定對(duì)于每1013比特讀取而言具有大約為1比特錯(cuò)誤的硬錯(cuò)誤率(10-13的錯(cuò)誤率)。在本發(fā)明的簇結(jié)構(gòu)中，假設(shè)原始?jí)纳葏^(qū)率(沒有同步或一級(jí)ECC無效)為10-5，并且每200個(gè)數(shù)據(jù)扇區(qū)具有2個(gè)奇偶校驗(yàn)扇區(qū)，則具有未校正的扇區(qū)的磁道的概率為10-9。這對(duì)應(yīng)于輸送給主機(jī)的硬比特錯(cuò)誤率10-17。因此，本發(fā)明明顯比當(dāng)前磁盤驅(qū)動(dòng)器更加可靠。
當(dāng)數(shù)據(jù)扇區(qū)具有一級(jí)ECC不能校正的錯(cuò)誤(扇區(qū)循環(huán)冗余校驗(yàn)無效)，或者如果不能讀出同步信息，則在將數(shù)據(jù)輸送給主機(jī)之前將校正該丟失的扇區(qū)。一旦已經(jīng)讀取了在奇偶校驗(yàn)組(parity group)中的所有數(shù)據(jù)扇區(qū)，則可以在無需重新讀取該數(shù)據(jù)的情況下重新構(gòu)建2個(gè)以下的壞扇區(qū)。另外，由于錯(cuò)誤的位置對(duì)于驅(qū)動(dòng)器而言是已知的(它們?cè)诩夹g(shù)上被稱為“消失錯(cuò)誤”(疑符，erasure))，所以重新構(gòu)建過程可以在讀取該磁道結(jié)束之后在大致一個(gè)扇區(qū)時(shí)間內(nèi)完成。這將提供優(yōu)于當(dāng)前錯(cuò)誤恢復(fù)程序例如重試和軟件ECC校正的相當(dāng)大的性能優(yōu)勢(shì)。這種性能對(duì)于實(shí)時(shí)流式數(shù)據(jù)流而言是至關(guān)重要的。
對(duì)奇偶校驗(yàn)信息編碼具有各種方案。兩個(gè)優(yōu)選的方案是里德-索羅蒙Reed-Solomon(RS)碼和奇-偶碼。RS碼基本上類似于一級(jí)ECC。用在奇偶校驗(yàn)計(jì)算中的扇區(qū)數(shù)目被稱為奇偶校驗(yàn)組。如果每個(gè)奇偶校驗(yàn)組的扇區(qū)數(shù)目被限制為255，則可以使用具有兩個(gè)檢驗(yàn)符號(hào)(象數(shù)據(jù)扇區(qū)中的一個(gè)交錯(cuò))的8位符號(hào)尺寸來作為ECC以填充2個(gè)奇偶扇區(qū)。這將校正一個(gè)奇偶校驗(yàn)組中的任意兩個(gè)壞扇區(qū)。奇偶碼采用行和對(duì)角奇偶方案來形成2個(gè)奇偶扇區(qū)，這可以校正在一個(gè)奇偶校驗(yàn)組中的任意兩個(gè)壞扇區(qū)。這兩個(gè)方案都可以擴(kuò)展到任意奇偶校驗(yàn)組尺寸和壞扇區(qū)數(shù)目。
在分區(qū)驅(qū)動(dòng)器中，每個(gè)磁道的物理扇區(qū)數(shù)目在各區(qū)域之間是不同的；因此在一個(gè)奇偶組中的數(shù)據(jù)扇區(qū)的數(shù)目也可以變化。另外，在一個(gè)磁道上可以有一個(gè)以上的奇偶校驗(yàn)組。例如，如果在一個(gè)磁道上具有400個(gè)數(shù)據(jù)扇區(qū)，則最好使用2個(gè)奇偶校驗(yàn)組來限制每個(gè)奇偶校驗(yàn)扇區(qū)的數(shù)據(jù)扇區(qū)數(shù)目。這將導(dǎo)致簇尺寸和奇偶校驗(yàn)組尺寸不同。由于缺陷管理(標(biāo)出磁道上的缺陷扇區(qū))，在簇尺寸上也可以有不同。
為對(duì)本發(fā)明進(jìn)行性能測(cè)試，使用采用零等待時(shí)間寫入方案的外部文件系統(tǒng)來作為進(jìn)行比較的基準(zhǔn)，給其分配一個(gè)100％的性能數(shù)值。在基準(zhǔn)系統(tǒng)中，零等待時(shí)間寫入不會(huì)改變索引扇區(qū)在磁道上的位置，因此將塊Bn寫入到扇區(qū)Sn上，但是可以無序地寫入這些扇區(qū)。數(shù)據(jù)寫入可以在緩沖器包含數(shù)據(jù)塊Bn時(shí)并且磁頭位于Sn上時(shí)開始。如果當(dāng)磁頭已穩(wěn)定到磁道上時(shí)用于數(shù)據(jù)磁道的所有塊處于緩沖存儲(chǔ)器中的話，則零等待時(shí)間寫入只需要旋轉(zhuǎn)一周就可以完成，但是如果在磁頭已穩(wěn)定時(shí)還沒有接收到一些數(shù)據(jù)塊的話，則需要轉(zhuǎn)動(dòng)一圈以上。由于最糟糕情況下的性能在AV環(huán)境中尤為重要，所以操作被限定為一個(gè)全數(shù)據(jù)帶或區(qū)域查找加上完成一個(gè)全磁道扇區(qū)的寫入的時(shí)間。上述本發(fā)明的格式是基準(zhǔn)性能的115-135％，這意味著它在進(jìn)行寫入操作時(shí)快15-35％。如果將簇尺寸選擇為3個(gè)全磁道，則性能提高為179-211％。雖然更大的簇尺寸對(duì)于處理能力具有很大的影響，但是它需要按比例增大的緩沖器。
雖然已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體顯示和說明，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，在不脫離本發(fā)明的精神、范圍和教導(dǎo)的情況下可以在形式和細(xì)節(jié)上作出各種變化。因此，所披露的發(fā)明主要應(yīng)該被認(rèn)為是舉例說明，并且其范圍應(yīng)該由所附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種用于從主機(jī)將數(shù)據(jù)寫入到磁盤驅(qū)動(dòng)器的方法，該磁盤驅(qū)動(dòng)器具有用來寫數(shù)據(jù)的磁頭和具有多個(gè)數(shù)據(jù)磁道的磁盤，每個(gè)數(shù)據(jù)磁道具有多個(gè)物理扇區(qū)，該方法包括接收來自主機(jī)的數(shù)據(jù)流；將該數(shù)據(jù)流組織成多個(gè)數(shù)據(jù)簇，每個(gè)簇具有多個(gè)數(shù)據(jù)塊，其中在一個(gè)簇中的數(shù)據(jù)塊的數(shù)目等于在一個(gè)磁道中的扇區(qū)數(shù)目的整數(shù)倍；將磁頭定位到將要開始寫入數(shù)據(jù)流的磁道上；將第一簇的第一數(shù)據(jù)塊寫入到磁頭穩(wěn)定到所述磁道上之后該磁頭所碰到的第一物理扇區(qū)上；并且將該第一簇的隨后數(shù)據(jù)塊寫入到該磁頭所碰到的后續(xù)物理扇區(qū)上。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括，在寫入第一簇之后，將該磁頭定位到第二磁道上，將第二簇的第一數(shù)據(jù)塊寫入到磁頭穩(wěn)定到所述第二磁道上之后該磁頭所碰到的第一物理扇區(qū)上，并且將第二簇的隨后數(shù)據(jù)塊寫入到該磁頭所碰到的后續(xù)物理扇區(qū)上。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括存儲(chǔ)至少一個(gè)數(shù)據(jù)塊的物理扇區(qū)位置。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中存儲(chǔ)位置信息包括將數(shù)據(jù)塊號(hào)寫入到寫入該數(shù)據(jù)塊的物理扇區(qū)中。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中存儲(chǔ)位置信息包括在寫入該簇的磁道上寫入簇標(biāo)記的起始。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在每簇中的至少一個(gè)數(shù)據(jù)塊包含糾錯(cuò)信息，其中，將數(shù)據(jù)流組織為多個(gè)數(shù)據(jù)簇包括從每個(gè)所述簇中的一組數(shù)據(jù)塊計(jì)算出每簇的糾錯(cuò)信息。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中計(jì)算糾錯(cuò)信息包括計(jì)算奇偶校驗(yàn)信息。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中計(jì)算糾錯(cuò)信息包括計(jì)算里德-索羅蒙糾錯(cuò)碼。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述整數(shù)倍數(shù)為1，由此將在第一簇中的所有數(shù)據(jù)塊寫入到同一磁道中的物理扇區(qū)上。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述整數(shù)倍數(shù)至少為2，并且其中將隨后數(shù)據(jù)塊寫入到后續(xù)物理扇區(qū)上包括進(jìn)行寫入直到在第一磁道中的物理扇區(qū)已經(jīng)被填滿，然后將該磁頭定位到相鄰磁道上并且向所述相鄰磁道中的相繼的物理扇區(qū)上寫入，直到第一簇中的所有數(shù)據(jù)塊被寫入。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述主機(jī)是一種音頻視頻系統(tǒng)，并且其中數(shù)據(jù)流是音頻視頻數(shù)據(jù)流。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述音頻視頻數(shù)據(jù)流是一種交錯(cuò)數(shù)據(jù)流。
全文摘要
將流式音頻視頻數(shù)據(jù)寫入磁盤驅(qū)動(dòng)器的方法將數(shù)據(jù)組織為簇，并在讀/寫磁頭穩(wěn)定到旋轉(zhuǎn)磁盤目標(biāo)磁道上后開始將簇寫入碰到的第一物理扇區(qū)。一簇所含數(shù)據(jù)塊數(shù)與盤上整數(shù)個(gè)磁道中的物理扇區(qū)數(shù)相應(yīng)，故寫入單個(gè)簇是寫磁盤上整數(shù)個(gè)全磁道。即使驅(qū)動(dòng)器可有識(shí)別所有磁道第一物理扇區(qū)的物理索引，簇?cái)?shù)據(jù)寫入也可不管索引位置。在音頻視頻數(shù)據(jù)交錯(cuò)存儲(chǔ)，循環(huán)多個(gè)記錄任務(wù)直到完成所有任務(wù)時(shí)，在第一交錯(cuò)期間寫入第一任務(wù)的第一部分的簇，然后將磁頭定位到另一磁道，在下一交錯(cuò)期間寫入第二任務(wù)的第一部分的簇從磁頭碰到的第一物理扇區(qū)開始，無需等待索引。將塊號(hào)寫入物理扇區(qū)或在寫入該簇的磁道上寫入簇標(biāo)記的起始來標(biāo)識(shí)寫入簇?cái)?shù)據(jù)的第一塊的位置。
文檔編號(hào)H04N5/781GK1503225SQ0315496
公開日2004年6月9日 申請(qǐng)日期2003年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月23日
發(fā)明者史蒂文·R·赫茲勒, 丹尼爾·F·史密斯, F 史密斯, 史蒂文 R 赫茲勒 申請(qǐng)人:日立環(huán)球儲(chǔ)存科技荷蘭有限公司