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实现现场低浮动高度报警的方法和系统
    【技术领域】

    本发明总体上涉及数据处理领域，更具体地说涉及用于在直接存取存储装置中实现现场低浮动高度报警的方法和设备。

    背景技术

    计算机常常包括辅助存储器，它具有可以在其上写入数据并且从中读取数据以便以后使用的媒体。装有层叠的通常转动的刚性磁盘的磁盘驱动装置用于以磁性形式将数据存储在磁盘表面上。数据被记录在布置在这些磁盘表面上的同心的、径向间隔开的数据信息磁道中。安装在空气支承浮动块上的传感器头沿着一条路径相对于驱动轴线往复运动，将数据写入到这些磁盘上并且从这些磁盘中读取数据。

    在磁盘驱动器和直接存取存储器(DASD)中，通过增加线性记录密度和磁道密度来执行数据存储能力的不断增加。为了使回读信号具有充分的信噪比(SNR)，要降低磁头与磁盘的标称间隙。降低磁头与磁盘的间隙这会明显增加磁头与磁盘相互作用的出现概率以及端部磁头碰撞的可能性。

    当前采用各种方法和装置来测量磁头浮动高度，包括调和比浮动高度(HRF，harmonic ratio flyheight)、间隙变化检测器(CCD)和广义误差测量(GEM)。传统方法的一些缺点包括对磁道对准不良的敏感性，并且需要专门的预写测试磁道。采用专门测试磁道的当前方法由于TMR所以不能正确地测出滑动接触。还有，当前方法例如GEMFH需要对从预写测试磁道中获取的数据进行大量的处理。

    因此，需要一种用于现场检测低浮动高度并且实现现场低浮动高度报警的方法和设备。

    【发明内容】

    本发明的主要目的在于提供一种实现现场低浮动高度报警的方法和设备。本发明的其它重要目的在于，基本上没有任何负面效果地现场执行低浮动高度报警，并且克服现有技术装置的许多缺点的方法和设备。

    简要地说，提供一种用于在直接存取存储器(DASD)中实现现场低浮动高度报警的方法和设备。对于DASD中的每个磁头而言，从两个不同的磁盘半径确定出回读幅度比。将每个磁头的初始比值存储在DASD中。在DASD的工作期间，监测回读幅度，并且从两个不同的磁盘半径确定出工作回读幅度比。计算出初始比值和工作回读幅度比的变化，并且与阈值进行比较以识别出低浮动的浮动块。响应于大于阈值的变化数值而产生出报警。

    根据本发明的第一方面，提供了一种在直接存取存储器DASD中实现现场低浮动高度报警的方法，包括：对于DASD中的每个磁头，从两个不同的磁盘半径确定和存储初始回读信号幅度比；在DASD工作期间，监测回读信号幅度，并且连续地从两个不同的磁盘半径确定工作回读信号幅度比，包括从两个不同磁盘半径确定对与读取磁头耦合的可变增益放大器VGA施加的数字放大器控制DAC信号的比例；连续地计算所述初始回读信号幅度比和所述工作回读信号幅度比之间的变化值；连续地将所述变化值与一阈值进行比较以识别低浮动浮动块；以及响应于比较得到的大于所述阈值的变化值，产生低浮动高度报警。

    根据本发明的第二方面，提供了一种在直接存取存储器DASD中实现现场低浮动高度报警的方法，包括：对于DASD中的每个磁头，从两个不同的磁盘半径确定和存储初始回读信号幅度比，包括对DASD中的每个磁头，从两个不同磁盘半径确定对与读取磁头耦合的可变增益放大器VGA施加的数字放大器控制DAC信号的比例；在DASD工作期间，监测回读信号幅度，并且连续地从两个不同的磁盘半径确定工作回读信号幅度比；连续地计算所述初始回读信号幅度比和所述工作回读信号幅度比之间的变化值；连续地将所述变化值与一阈值进行比较以识别低浮动浮动块；以及响应于比较得到的大于所述阈值的变化值，产生低浮动高度报警。

    根据本发明的第三方面，提供了一种在直接存取存储器DASD中实现现场低浮动高度报警的设备，包括：存储器，对DASD中的每个磁头存储来自两个不同的磁盘半径的初始回读信号幅度比；比例发生器，监测读出通道，以处理回读信号幅度数据，并且从两个不同的磁盘半径产生工作回读信号幅度比，其中所述工作回读信号幅度比包括从所述两个不同磁盘半径得到的对与读取磁头耦合的可变增益放大器VGA施加的数字放大器控制DAC信号的工作回读信号幅度比；比较器，对DASD中的每个磁头，将所述工作回读信号幅度比和所述存储的初始回读信号幅度比之间的变化值与预定的阈值进行比较，以识别低浮动高度浮动块；以及报警发生器，当被比较的变化值大于所述阈值时，产生低浮动高度报警。

    根据本发明的第四方面，提供了一种在直接存取存储器DASD中实现现场低浮动高度报警的设备，包括：存储器，对DASD中的每个磁头存储来自两个不同的磁盘半径的初始回读信号幅度比，其中所述初始回读信号幅度比包括从所述两个不同磁盘半径得到的对与读取磁头耦合的可变增益放大器VGA施加的数字放大器控制DAC信号的初始比例；比例发生器，监测读出通道，以处理回读信号幅度数据，并且从两个不同的磁盘半径产生工作回读信号幅度比；比较器，对DASD中的每个磁头，将所述工作回读信号幅度比和所述存储的初始回读信号幅度比之间的变化值与预定的阈值进行比较，以识别低浮动高度浮动块；以及报警发生器，当被比较的变化值大于所述阈值时，产生低浮动高度报警。

    【附图说明】

    从在附图中所示的本发明优选实施方案的以下详细说明中可以最清楚地理解本发明及其上述和其它目的和优点，其中：

    图1A为方框图，显示出根据该优选实施方案的用于实现现场低浮动高度报警的直接存取存储器(DASD)；

    图1B为示意图，显示出在图1的DASD的磁盘的内径(ID)和外径(OD)处的两个浮动块位置，用于监测用于根据该优选实施方案实施现场低浮动高度报警的数字放大器控制(DAC)信号；

    图2为流程图，显示出根据该优选实施方案用于在图1的DASD中实现现场低浮动高度报警的示例性顺序操作；

    图3A和3B分别显示出在正常浮动期间和在滑动接触时，根据该优选实施方案用于实施现场浮动高度报警的在位于浮动块上的读写磁头和直接存取存储器(DASD)中的磁盘表面之间的间隙；

    图4为柱状图，显示出当浮动块在ID或OD处接触磁盘时在磁头浮动高度方面的ID/OD差异；

    图5为曲线图，显示出在图1的DASD中与多个磁头滑动接触所需要的在真空室中的环境压力；

    图6为方框图，显示出根据该优选实施方案的计算机程序产品。

    【具体实施方式】

    现在参照这些附图，在图1中显示出用于实施现场探测总体上由附图标记100所示的优选实施方案的低浮动浮动块的方法的直接存取存储器(DASD)或磁盘驱动系统。如图1所示，DASD100包括一记录磁盘110，它以恒定的速度旋转并且在两个表面上具有磁性涂层。附图标记112总体上表示读/写磁头和空气支承浮动块的组件，其中空气支承的浮动块承载着读/写磁头。浮动块/磁头组件112的读/写磁头设置的旋转磁盘110的上表面上，在给定磁道上用来读取存储在那个磁道上的数据并且将数据写入到旋转的磁盘表面上。

    DASD100包括具有两个功能即读取功能和写入功能的悬臂电子(AE)模块114。在读取功能中，AE模块114进行放大并且为来自浮动块/磁头组件112的读/写磁头的连续回读信号提供高通滤波。该AE模块114的输出被提供给在读出通道118中的可变增益放大器(VGA)116。读出通道118包括将数字放大器控制(DAC)信号提供给VGA116的数字增益环路120。在读出通道118中，将回读信号解码并且在磁盘驱动控制器122的信号交换控制下被转换成由主机系统所使用的二进制数据流。

    在写功能中，AE模块114将二进制电流调制信号提供给用来将数据写入到旋转磁盘110上的读/写磁头112的薄膜写磁头元件。在磁盘驱动控制器122的控制下，写入通道124对用户数据进行编码和调频。从主机系统中接收将要被存储在旋转磁盘110上的用户数据。

    根据优选实施方案的特征，DASD100包括一低浮动高度探测系统126。将DAC信号提供给低浮动高度探测系统126并且由它进行监测。该低浮动高度探测系统126提供施加给磁盘驱动控制器122的低浮动高度现场报警信号。在图2的过程流程图中显示并且说明了检测系统126的操作。低浮动高度检测系统126包括对DASD中的每个磁头存储来自两个不同磁盘半径的初始回读信号幅度比的存储器，监测读出通道的比例发生器，将工作回读信号幅度比和存储的初始回读信号幅度之间的变化值与预定的阈值进行比较的比较器，以及在被比较的变化值大于阈值时产生低浮动高度报警的报警发生器。

    现在参照图1B，浮动块/磁头组件112在DASD100的磁盘110的内直径(ID)和外直径(OD)处的两个位置用来监测数字放大器控制(DAC)信号，以根据该优选实施方案实现现场低浮动高度报警。对于处在盘110的内直径(ID)和外直径(ID)两个位置处的所示浮动块/磁头组件112来说，相应数字放大器控制(DAC)信号表示为DAC(ID，t)和DAC(OD，t)。

    根据本发明的特征，通过对至少两个不同的磁盘半径(通常是最大磁盘半径和最小磁盘半径)的任意浮动特性进行比较来检测低浮动磁头。本发明解决了对与磁盘表面相接触的低浮动磁头进行检测和发出报警的问题。虽然大多数磁盘驱动器制造商采用在浮动块和磁盘表面之间保持有气垫的磁头，但是不能确保气垫的时刻很快就来临。为了避免会导致磁头碰撞和数据丢失现象发生的浮动块和磁头的过度磨损，要提供对低浮动高度的现场报警。

    根据本发明的特征，不需要在磁盘100上有专用测试扇区或磁道。这样容易在各种磁盘驱动器产品上实施本发明。本发明第二个重要的优点在于，可以检测浮动块-磁盘的接触，而无需考虑磁道对准不良(TMR)。这一点是很重要的，因为任何浮动块-磁盘的接触都不可避免的会产生TMR，而当采用传统的方法例如GEM、CCD和HRF时，TMR会导致浮动高度测量产生误差。传统方法中出现误差的原因在于：TMR降低了测试扇区的信号幅度。这种减小的幅度被错误地解释为未校准的浮动高度变化，也就是说，不能依赖于华莱士(Wallace)间隙损耗关系，这种关系根据回读信号幅度提供校准的浮动高度变化。

    根据本发明的特征，根据在磁盘磁道周围的伺服区域中测量的回读信号幅度来检测低浮动高度。由于伺服信息是径向连续的，与数据扇区不同，因此当读取磁头偏离磁道时，回读信号的幅度保持恒定。这是有意图的。由从提前写入的伺服信息的幅度获取的伺服成组(burst)信息，得到磁头相对于磁盘上的磁道中心线的位置。通过获得径向无缝的伺服信息，可以很容易确定磁头位置。如果伺服信息不是径向连续的，例如如果伺服信息以与数据扇区同样的磁道间距写入，则在磁道之间会有较大死区。这这些区域中，不能获得任何伺服信息，从而不可能在读取和写入的过程中跟踪磁道。

    现在参考图2，该图显示了根据本发明优选实施方案的现场检测低浮动高度的示例性顺序操作。通过在某些时刻例如在驱动器制造时测量出磁盘驱动器中的每个磁头的回读信号电压幅度来开始本发明的操作以现场检测低浮动高度浮动块。在两个不同的磁盘半径处测量该幅度，如在方框202所示，存储比值结果例如每个磁头的初始比值自然对数(LVR)。在DASD 100操作过程中，监测回读信号例如DAC信号的幅度，如在方框204所示计算出在两个磁盘半径处的比值的自然对数的LVR值。将顺序计算的每个磁头的LVR和初始LVR中的任何变化与阈值进行比较，如判定块206所示。当有磁头的变化大于阈值时，就产生低浮动高度报警信号，如块208所示。

    由于磁头幅度与磁头间隙的指数成比例，也就是华莱士(Wallace)间隙损耗关系，因此磁头间隙与回读电压的自然对数成比例。采用这一事实将磁头幅度变化转换为浮动高度变化。应当指出，根据回读幅度，不能检测到绝对磁头浮动高度。在这个方面，浮动高度测量类似于对在飞行器中利用大气压来测量高度。根据在飞行器中测量的大气压力，不可能知道飞行器的绝对高度。必须知道在地面的大气压力，从而获得距离地面的绝对高度。按照类似的方式，必须测量当磁头与磁盘接触时的回读幅度，以获得绝对磁头浮动高度。对于本发明，不必知道绝对磁头浮动高度，因此所有的测量是在正常的磁盘速度和局部环境压力下进行的。

    本发明采用一个以上的磁盘半径进行测量的原因如下。采用回读幅度进行磁盘浮动高度变化测量的问题在于：回读幅度存在温度依赖性。一个显著的原因是悬臂电子器件(AE)114对温度的增益敏感性。随着AE温度升高，它的增益减少，导致回读信号幅度的降低。因此，AE中任何温度的升高都会令人根据较低的回读信号幅度认为磁头浮动得较高。而实际上，较高的温度会导致读元件突出，从而降低了磁头浮动高度或磁头-磁盘间隙。已经使用具有设置在温控板上的12个磁头的磁盘驱动器进行了测试。在监测驱动器温度的同时，测量了传统的广义误差测量(GEM)浮动高度(FH)和回读幅度。显然，采用回读信号来测量浮动高度变化实际上是行不通的，在现实中，驱动器温度在其使用期间可能会波动30度以上，例如从25℃波动至55℃。温度增加25℃时，若依据回读信号幅度，看来似乎有大约13nm的FH增加，但磁头FH实际上降低大约3nm。但是，根据本发明使用多磁道半径的代表性幅度表示信号，消除了温度敏感性较大的问题。

    因为伺服回读信号幅度对TMR不敏感，所以尽管其温度灵敏度非常高，根据本发明也在伺服领域例如伺服自动增益控制(AGC)领域中采用回读信号幅度。另外，当使用本发明时消除了温度敏感度，从而导致一种用于检测磁头FH现场变化的强健方法，这可以如下进一步理解。

    从读取磁头获得的回读电压可以表示如下：

    V(λ，HEAD，DISK，AE，R，T)＝AE(T)*HEAD*DISK(R)*exp(-2πd/λ)

                                                              (1)

    其中AE是AE114的增益，它是具有温度(T)依赖性的，HEAD和DISK是磁头和磁盘参数，它们对回读信号幅度有影响，d是磁头-磁盘间隙，λ是被读取的记录图形的波长。HEAD参数包括例如在磁阻(MR)读取元件中偏流的宽度和量等。DISK参数包括磁性涂层的厚度和剩磁。磁盘的性质在其整个表面上并不是均匀的，因此DISK是具有半径(R)依赖性的。在较小的程度上，HEAD和DISK都是具有温度依赖性的，但是这对于本发明来说不重要。

    现在考虑在两个不同的半径R1和R2处的给定磁头和磁盘。假设伺服频率是恒定的这种普通情况，对应于R1和R2的波长分别是λ1和(R2/R1)λ1。以V1和V2分别代表其参数为HEAD的磁头在R1和R2处的回读电压，则在温度T处，V1和V2的比例可以用如下公式表示：

    V₁/V₂＝{DISK(R₁)/DISK(R₂)}*exp{(2π/λ₁)*(d₂R₁/R₂-d₁)}  (2)

    通过对公式2取自然对数得到如下表达式，可以获得浮动高度d₁和d₂之间的加权差：

    (R₁/R₂)d₂-d₁＝(ln(V₁/V₂)-ln{DISK(R₁)/DISK(R₂)}/(2π/λ₁)(3)

    由于R₁和R₂是已知的，[3]给出了磁头在半径R1和R2处的浮动高度差异，它受一未知的比例影响：DISK(R₁)/DISK(R₂)。

    但是关于DISK(R₁)/DISK(R₂)我们所知道的是该比例不会随时间而发生变化。因此对于所有的意图和目的来说，DISK(R₁)/DISK(R₂)是恒定的。如果我们将(R₁/R₂)d₂-d₁定义为Δd，ln{DISK(R₁)/DISK(R₂)}定义为常数D，ln(V₁/V₂)定义为LVR，则公式(3)可以写为Δd在两个不同时间t₁和t₂的变化：

    Δd(t＝t₁)-Δd(t＝t₂)＝(λ₁/2π)(LVR(t＝t₁)-LVR(t＝t₂))  (4)

    现在，我们有了公式(4)，它给出了磁头浮动高度在两个不同半径和在两个不同时间处的差值仅是LVR的函数，即两个不同半径的回读电压比例的自然对数的函数。根据本发明的特征，通过存储给定磁头的LVR，然后将其随时间进行比较，作为确定两个不同磁盘半径之间的浮动块浮动高度差异何时显著变化的手段，来检测低浮动高度。

    DAC信号可以用以下公式表示：

    DAC＝255-(20*log(Vin/30))

    浮动高度和DAC信号的变化可以表示如下：

    ΔFH＝(λ₁/2π)(ln(Vin(t))-ln(Vin(t₀)))

    ΔDAC(R)＝常数*(FH(R，t)-FH(R，t₀))

    DAC信号在ID和OD处的比例与FH中的变化比例成比例，可以例如表示如下：

    ΔDAC(ID)/ΔDAC(OD)＝ΔIDFH/ΔODFH

    参考图3A和3B，可以进一步理解浮动高度中的明显差异的原因。在滑动接触过程中，浮动块和磁盘之间的相互作用是复杂的。但是所有的浮动块都会出现一种现象，这种现象使得本发明成为可能。通过看图3B可以容易理解，该图显示出浮动块与旋转磁盘相接触，因为在浮动块-磁盘界面处的摩擦力而导致所伴随的俯仰力矩。俯仰力矩或者扭距旋转浮动块，从而使读取元件距离磁盘110的间隙d增大。间隙增大导致回读电压降低。浮动块旋转的量，以及因此而使间隙增加的量取决于与磁盘110相对的浮动块表面的正隆起或凸起形状的量、作为磁盘润滑剂量的函数的摩擦力、磁盘粗糙度、以及磁盘速度、最后是浮动块偏斜或者是浮动块纵轴线相对于在给定的磁盘半径处的切线的角度。后几个因素，即磁盘速度和偏斜，通常具有最大的影响，因为磁盘粗糙度和润滑是相当均匀的，隆起也得到很好的控制。结果，在所述内磁盘磁道和外磁盘磁道之间的滑动接触中有明显的差异。这一点已经得到了实验证实。

    如图3A和3B所示，浮动块上的读取磁头和磁盘表面之间存在间隙d。图3A中显示了在正常浮动过程中的间隔d，图3B显示了在滑动接触时的间隔d。在图3B的滑动接触过程中，由于在浮动块-磁盘界面处的相互接触而形成的摩擦力产生了一个力矩，该力矩旋转浮动块使磁盘和读取磁头以及写入磁头之间的间隔d增加。

    为了证明本发明是起作用的，在真空室内测试了具有特定低浮动磁头的磁盘驱动器。采用该真空室来缓慢地降低磁头浮动高度，同时在内磁盘直径和外磁盘直径处(ID和OD)测量磁头幅度。这样做是为了模拟在消费者使用过程中浮动高度随时间的逐渐降低。为了简化数据采集，采用读出通道在磁道周围的所有124个扇区位置进行伺服VGA增益测量。然后对每个扇区测量值进行平均，以产生磁道平均VGA增益值。然后将平均VGA增益转换为原始(raw)磁头幅度。然后利用上述公式4来计算浮动高度差异。

    图4提供了试验结果的柱状图，显示出当浮动块在ID或者OD处与磁盘接触时磁头浮动高度中的ID/OD差异。由于在ID和OD处浮动块偏斜和磁盘速度存在差异，因此在ID和OD滑动接触动力学特性中始终存在差异，这样导致在两个半径处磁头浮动高度中的扩大了的差异。当磁头正确浮动时，ID/OD浮动高度差异非常小(通常小于1纳米(nm))。相反，图4显示了在接触过程中非常大的浮动高度差异。图4的x轴对应于FH差异的大致纳米数。图4也显示了浮动高度差异的范围是相当大的，例如在4和24之间。但是这应当与浮动块正确浮动时小于1的预期差异相比较。图4中的数据取自于多磁盘驱动器，它们采用了标称浮动高度约10nm的浮动块。浮动块接触所需要的真空水平在0.6-0.3大气压之间。

    图5表示根据上述计算进行滑动接触所需要的真空腔内的环境压力。滑动所需要的真空水平取决于浮动块。这允许对浮动块-磁盘间隙进行分级(ranking)，因为导致在ID或者OD处或者在两者处滑动所需的真空水平(即降低的压力)取决于浮动块在正常条件下的浮动高度。图5中显示了对于其中一个被测试磁盘驱动器，在OD或ID或者在两者处导致滑动接触的压力。从图5中可以看出，磁头4、5和6具有最大的标称浮动高度，因为它们要获得在OD或者ID的滑动接触只需要最小的压力。磁头2和3是标称浮动高度较低的磁头。

    参考图6，该图显示了本发明的制品或者计算机程序产品600。计算机程序产品600包括记录介质602，例如软盘，形式为光学读取压缩盘或者CD-ROM的高容量只读存储器，磁带，传输型媒介，例如数字或者模拟通信链路，或者类似的计算机程序产品。记录媒介602在介质602上存储程序装置604、606、608、610，用于在图1A所示的DASD100中执行优选实施方案的现场低浮动高度报警方法。

    记录的程序装置604、606、608、610所限定的一个或者多个相关模块的一系列程序指令或者逻辑组件指令DASD100执行优选实施方案的现场低浮动高度告警。

    尽管已经参考图中所示的本发明优选实施方案详细描述了本发明，但是这些细节不应该被认为是对如所附权利要求所限定的本发明的范围进行限制。