Успех диагностирования любого электронного устройства во многом зависит от того, насколько специалист, производящий такую диагностику, знаком с процессом запуска устройства. Жесткий диск, являющийся сложным микропроцессорным устройством, начинает свое функционирование с многоступенчатой процедуры тестирования, в процессе выполнения которой выясняется исправность отдельных компонентов системы и осуществляется их настройка на оптимальный режим работы.
Процедура самотестирования накопителя HDD начинается сразу же с момента, когда на него подается питающее напряжение, а именно напряжения +5В и 12В. Как правило, анализ этих напряжений осуществляется схемой начального сброса, которая генерирует сигнал RESET. До тех пор, пока номиналы напряжений +5В и +12В не достигнут заданных значений, сигнал RSEST установлен в низкий уровень. И только после того, как напряжения достигнут значений, делающих все электронные компоненты диска работоспособными, сигнал RESET изменяет сове состояние на высокий уровень, причем такой переход из лог. «0» в лог. «1» происходит с некоторой временной задержкой, длительность которой задается времязадающим конденсатором, подключенным к одному из контактов микросхемы, генерирующей сигнал RESET.
После установки сигнала RESET в высокий уровень, микропроцессор накопителя выполняет цикл чтения из ПЗУ, в котором хранится управляющая микропрограмма. В процессе выполнения этой микропрограммы процессор сначала проводит первый этап самодиагностики (Self-Diagnosis 1). На этом этапе процессор осуществляет тест внешней шины, тест чтения/записи внутренних регистров и тест чтения/записи ОЗУ. Если первый этап диагностики проходит успешно, то далее процессор запускает шпиндельный двигатель.
Второй этап диагностики (Self-Diagnosis 2) заключается в том, что на чтение и на запись тестируется буферная память. Эта часть самотестирования проводится после того, как от интерфейса ATA получен отклик.
Далее процессор тестирует скорость шпинделя, и если она достигла заданного значения (5400 об/мин, 7200 об/мин и т.п.), то происходит освобождение актюатора головок чтения/записи. Для этого создается ток, протекающий через VCM и преодолевающий действие магнитной защелки актюатора. После разблокирования, головки паркуются на внутренней зоне диска.
Далее диск позиционирует головки на область сервисной (служебной) зоны (зоны SA) и считывает из этой зоны системную информацию.
После этого накопителем выполняется процедура авто-калибровки (рекалибровки), в процессе которой вычисляются данные, описывающие крутящий момент для VCM и механические усилия, прикладываемые к актюатору, а, кроме того, обновляются калибровочные значения.
После успешного окончания всех этих действий процедуру инициализации можно считать завершенной, и накопитель переходит в режим ожидания команд от хост-системы. Графическое представление алгоритма инициализации представлено на рис.1.
Рис.1 Процесс инициализации HDD
Одним из важнейших этапов процесса начальной инициализации является процедура рекалибровки, выполнение которой слышит каждый пользователь, если прислушивается к тому, что происходит внутри его системного блока после включения питания. Но на самом деле, процедура рекалибровки производится не только во время инициализации накопителя, а осуществляется регулярно с некоторой периодичностью.
Назначением процедуры рекалибровки является подстройка механических усилий, приводящих в действие актюатор с головками, под текущие условия функционирования, возникшие температурные деформации и т.п. Суть процедуры рекалибровки заключается в том, что накопитель осуществляет прецизионное позиционирование головок и осуществляет операции чтения/записи.
В процедуре рекалибровки можно выделить два этапа:
- вычисление и компенсация внешних воздействий;
- компенсация коэффициента передачи разомкнутого контура.
Вычисление и компенсация внешних воздействий
При работе накопителя, на актюатор действует сила крутящего момента, возникающая из-за противодействия плоского ленточного кабеля актюатора и воздействия воздушных потоков, возникающих при вращении диска. Этот крутящий момент изменяется, в зависимости от того, на какой из цилиндров осуществляется позиционирование головки, а также зависит от особенностей каждого конкретного накопителя. Для того чтобы операция поиска и позиционирования головки выполнялась стабильно быстро, необходимо время от времени вычислять значение этих внешних усилий. Значения, полученные во время измерения, сохраняются накопителем в памяти или в служебной зоне накопителя.
Принцип измерения внешних воздействий заключается в следующем:
1) Сначала накопитель позиционирует головку на какой-либо цилиндр и добивается состояния устойчивого позиционирования головки на данном цилиндре.
2) Далее, величина тока, протекающего через катушку актюатора (через VCM), начинает плавно изменяться. В момент, когда головка начнет перемещаться и уходить с цилиндра, величина тока фиксируется и запоминается. Другими словами, измеряется усилие, которое противодействует силе удержания головки на цилиндре и величина тока VCM, способного преодолеть это усилие. Измерение тока актюатора осуществляется цифро-аналоговым преобразователем.
Компенсация внешних воздействий осуществляется путем добавления тока, значение которого получено на этапе измерения, к току, формируемому выходным усилителем драйвера VCM при удержании головки на заданном цилиндре.
Так как усилие внешних воздействий зависит от номера цилиндра, на котором позиционируются головки, то измерять эти усилия необходимо в разных частях диска. Так, например, в накопителях Fujitsu семейства MPG весь диск разделен на 28 зон, для каждой из которых вычисляется свое значение компенсационных токов. Процедура рекалибровки включает в себя 28 измерений, которые проводятся на одном из цилиндров каждой зоны. Полученные значения сохраняются на диске в служебной зоне. При проведении очередной рекалибровки, накопитель перезаписывает данные служебной зоны, занося в нее обновленные значения.
Компенсация коэффициента передачи разомкнутого контура
Постоянная крутящего момента актюатора, приводимого в действие катушкой VCM, имеет уникальное значение для каждого накопителя, и изменяется в зависимости от того, на какой цилиндр осуществляется позиционирование головки. Необходимо отметить, что инерционность актюатора является главным фактором, влияющим на скорость позиционирования головки, т.е. определяет время поиска цилиндра, что сказывается, в итоге, на общей производительности диска. Кроме того, на скорость позиционирования оказывают влияние и температурные деформации механических элементов привода актюатора.
Поэтому для обеспечения высокой скорости поиска цилиндра, необходимо учитывать и компенсировать температурные изменения постоянной крутящего момента актюатора и коэффициента передачи всей сервосистемы. Для компенсации этих изменений, их сначала необходимо измерить и сохранить в памяти (для чего и проводится процедура рекалибровки).
Измерение коэффициента передачи осуществляется следующим образом.
1) Изначально головка позиционируется на каком-либо цилиндре и удерживается на данном цилиндре с помощью сервосигналов, генерируемых сервометками. Для перемещения головки на соответствующий цилиндр, к VCM прикладывается сигнал позиционирования. Изначально, величина сигнала позиционирования рассчитывается производителем диска.
2) Далее, микропрограммой накопителя к сигналу позиционирования добавляется сигнал рассогласования. Это приводит к тому, что актюатор начинает смещаться, и это смещение определяется по сервометкам. При этом анализ сервосигналов позволяет микропрограмме накопителя рассчитать коэффициент передачи, т.е. позволяет определить, какой величины должен быть сигнал рассогласования, чтобы актюатор реагировал на него с максимальной скоростью. Другими словами, используя сервосистему, микропрограмма рассчитывает соотношение между величиной сигнала позиционирования (с учетом сигнала рассогласования) и реакцией актюатора на этот сигнал.
3) Данная процедура проводится несколько раз с тем, чтобы получить наибольшую точность измерения. В результате, микропрограмма вычисляет оптимальное значение сигнала рассогласования и соответствующий ему ток VCM. Полученное значение являться сигналом компенсации.
Компенсационный ток суммируется с выходным током усилителя VCM, что позволяет поддерживать коэффициент передачи постоянным. Постоянство коэффициента передачи обеспечивает стабильность функционирования сервосистемы и позволяет перемещать актюатор с максимальной скоростью, избегая при этом неравномерности движения, т.е. различных рывков, скачкообразных перемещений и т.п.
Как мы уже отмечали, постоянная крутящего момента изменяется, в зависимости от номера цилиндра, на который осуществляется позиционирование, поэтому коэффициент передачи необходимо определять для разных участков диска. С этой целью, диск разбит на несколько зон, для каждой из которых коэффициент передачи рассчитывается индивидуально. В накопителях Fujitsu семейства MPG, диск разбит на 14 зон измерения коэффициента передачи, т.е. процедура рекалибровки включает в себя 14 циклов измерения коэффициента передачи. Полученные в процессе измерения значения, сохраняются в служебной зоне накопителя. Сохраненные в служебной зоне данные, используются для вычислений во время следующей рекалибровки.
Данные, полученные во время рекалибровки, а именно, усилие внешних воздействий и коэффициент передачи, сохраняются не только в служебных зонах накопителя. Эти значения хранятся и в оперативной памяти накопителя все время, пока он работает, и активно используются при управлении актюатором. То есть, в оперативной памяти создается таблица, в которой указаны значения компенсационных токов для каждой зоны диска, и при каждом обращении к диску, данные из этой таблицы используются для вычисления величины тока позиционирования и удержания головок на цилиндре.
Процедура рекалибровки выполняется в следующих случаях:
- при запуске накопителя, т.е. во время выполнения начальной инициализации диска;
- через определенный период времени, заданный в настройках диска.
Так, например, диски Fujitsu семейства MPG, после первоначального запуска, проводят рекалибровку каждые 30 минут (если при этом от хост-системы в течение последних 15 секунд не поступало никаких команд), т.е. после истечения 30 минут диск проведет рекалибровку сразу же, как только освободится от выполнения текущих операций и команд.
Необходимо также обратить внимание на то, что рекалибровка не должна мешать обмену данными накопителя с хост-системой и не должна прерывать выполнение операций чтения/записи. Даже наоборот, если во время рекалибровки накопитель получает команду от хост-системы, то он прерывает выполнение рекалибровки и начинает отрабатывать полученную команду. После того как диск отработает команду, он ожидает 15 секунд, и если в течение этих 15 секунд от хост-системы не поступило очередной команды, рекалибровка запускается снова. Все это позволяет исключить простои и ожидание хост-системы, во время выполнения рекалибровки, т.е. процедуру рекалибровки стараются сделать прозрачной для хоста. Однако если команда поступила во время выполнения рекалибровки, ожидать некоторое время ее исполнения, все-таки, придется – процедуру рекалибровки необходимо прервать корректно. В частности, в накопителях Fujitsu время ожидания исполнения команды, поступившей во время рекалибровки, составляет примерно 100 мс.
