写一次读多次光盘的备用扇区和校正扇区管理

摘要

本发明对划分为盘区的写一次、读多次(WORM)光盘上的校正扇区和备用扇区进行有效管理。该光盘每个盘区的区段包括一用户数据区和一保留区。保留区中的扇区可以用作备用扇区(代替用户区中的故障扇区),或者用作校正扇区(用于校正激光写功率级)。用于备用的扇区最好从保留区的一个末端开始,而用于校正的扇区最好从保留区的相反末端开始。本发明也可以提供一个通用溢出保留区,以便在耗尽与所有盘区有关的一个或多个主保留区内的扇区之后,使用通用溢出保留区。

说明书

本发明涉及光存储设备，具体涉及写一次光存储系统中备用扇区和校正扇区的管理。

在光盘上记录信息时，应将激光固定在能够适当形成记录标记的功率级，无论这些标记是用可重写磁光(MO)光盘上点的反射极化强度的变化表示的，还是用写一次烧蚀光盘表面烧蚀的凹槽表示的，抑或是用相变(PC)光盘晶体态区和非晶体态区之间的反射率的变化表示的。然而，即使在生产光盘时固定激光功率，也可能有许多因素使得这种固定法不是最优的。例如，不同厂商的两片介质，或者相同厂商不同批次的介质，其特性可能有轻微差别，因此，在相同的激光功率工具下使用时，其反应稍微不同。影响最佳激光功率级的其他因素包括：驱动器和介质的寿命、驱动器的工作温度、介质的温度以及介质和驱动器之间的温度差、介质的污染程度、激光点的尺寸变化以及聚焦和寻道传感器的偏移。

因此，人们提出了在使用驱动器时进行驱动器自校正的技术。在采用上述技术的系统中，以互不相同的激光功率级在一个或多个扇区上记录校正模式(该模式不能与用户数据混淆)。然后回读该扇区，并根据回读的信号幅度、标记(mark)边缘抖动、标记峰值脉冲位置、传号空号非对称性和标记长度等参数，选择最佳的激光功率级进行记录操作。每当驱动器接通电源时，就以预定间隔进行校正，其中，每当验证失败时，也进行校正。当在MO光盘(或其他可重写介质)上进行校正时，能够擦除先前用于校正的扇区并重用该扇区。因此，仅仅需要少数几个如上扇区。反之，当在写一次读多次(WORM)光盘上进行校正时，就不能重用先前用于校正的扇区。因此，当该光盘是新光盘时，必须具有许多校正扇区。

与当前常见的130mm每面为325 MB的WORM介质相比，最近推荐的130mm每面为1.3 GB的WORM介质尤其需要大量的校正扇区，其中前种介质采用峰值脉冲调制(PPM)记录技术，而后种介质采用脉冲宽度调制(PWM)记录技术。由于主要增加了记录密度、降低了标记尺寸和采用了PWM记录技术，记录容量增加4倍。由于采用变换编码信息，所以在传号一空号(mark-space)写入时PWM需要更高的精度。此外，PWM使用不同长度的标记，这些标记又需要额外的质量标记结构。所有这些因素增加了采用最佳写入功率以便与精确定位的边缘构成质量标记的必要性。事实上，在某些操作环境中，为了得到所需的数据可靠性和性能，每当安装光盘时，必须校正驱动器。可以理解的是，若使用了所有校正扇区，则由于不具备确保适当的激光写功率级的能力，故不能在该光盘上记录其他信息。

在验证期间，当确认某个记录数据扇区有故障时，必须将该数据写入到其他扇区。在某种WORM介质的光盘格式配置中，将光盘的一个或多个扇区放在一边作为备用扇区，以便代替“主”故障扇区。然而，如果用完了备用扇区，则不能可靠地记录其他数据。

考虑到上述问题，本发明的目的在于在WORM介质上提供一个或多个区域，并将其分配给校正扇区和备用扇区。

本发明的另一目的在于提供一WORM介质的初始化过程，以便将介质上的区域分配给备用扇区和校正扇区。

本发明的再一目的在于提供一种光存储设备，以便借助改进的校正扇区和备用扇区管理在WORM介质上记录数据。

对已经划分为盘区的、写一次光盘上的校正扇区和备用扇区，本发明提供对其进行有效管理的装置和方法。光盘上的每个盘区包括一用户数据区和一保留区。保留区中的扇区可用作备用扇区(代替用户区中的故障扇区)或校正扇区(当校正激光写功率级时使用)。在一种实施方式中，并未将备用扇区和校正扇区预分到保留区内特定的隔离区段。更确切地说，从保留区一端开始的扇区用于备用，而从另一端开始的扇区用于校正。此外，为了避免潜在的寻道困难，备用扇区最好从保留区的最低地址开始，而校正扇区最好从保留区的最高地址开始。

在初始化介质时，确定分配给每个保留区的扇区数目。例如，介质厂商在分发之前初始化该介质使得用户不能够调整以上分配。当以未初始化方式销售光盘时，用户能够选择保留区的相对长度，或者选择多个长度，以使介质适合于特定环境和管理模式。

在另一实施方式中，提供一通用溢出保留区，当与所有盘区相关的一个或多个主保留区内的所有扇区用完之后，就使用该通用溢出保留区。

WORM光盘上的每个扇区都包含一个DMP(故障管理指针)区，在使用该扇区时，记录该DMP区。当记录该盘区用户数据区中的某一扇区时，将该扇区的地址写入到MDP的第一字中，将为该盘区服务的保留区的起始地址写入到第二字中；而将该扇区的激光功率级写入到第三字中。当使用盘区的保留区中的扇区代替故障扇区时，则将备用扇区的地址写入到DMP的第一字中，将故障扇区的地址写入到第二字中；而将用于写备用扇区的激光功率级写入到第三字中。当使用保留区中的一个扇区作为校正扇区时，将写功率校正模式写入到第一和第二字中，将校正过程确定的最佳功率级写入到第三字中。

同时，提供在多扇区写入操作期间进行校正驱动器的方法。将第一扇区记录到特定盘区的用户数据区，并进行验证。若验证成功，则将剩余扇区记录到用户数据区。但是，如果验证表示激光写功率设置不当，则进行校正。然后，在新的校正功率级，将第一扇区重新记录到保留区中的备用扇区，而将剩余扇区记录到用户数据区。

如附图所示，以下根据本发明最佳实施方式的详细说明，本发明的上述特征和其他优点将是显而易见的。

图1是本发明的光存储设备的框图；

图2和图3是本发明的写一次光盘的各个部分的简化图；

图4A是写一次光盘的径向部分的简化图；

图4B是写一次光盘的部分盘区的放大视图。

图1是驱动器2的光存储设备的框图，其中，本发明可以应用与驱动器2。驱动器2可以是写一次设备，或者是多功能设备(能够记录WORM介质，也能够记录可重写介质)。为了清楚起见，图1省略了驱动器2的多个构件(包括仅与可重写操作有关的构件)，以下将不在讨论这些构件。

可以将写一次光盘10安装在转轴14上，以便在转轴控制器18的控制下由转轴马达16转动。图中并未示出装载机构，通过该机构将光盘10装入驱动器2并向下放到转轴14上；在完成光盘操作后，装载机构反向以上过程并从驱动器2中弹出光盘。相对于光盘10，光学头臂托架20能够径向移动，托架20装有物镜22，物镜22用于访问光盘10上的大量可寻址光道上的所有数据。粗调调节器24控制托架20的径向移动。

来自激光器28的光束(由虚线26表示)射到光学信号处理部分30，该部分包括多个光和光电部件32，部件32引导光束26通过物镜22射到光盘10的表面。激光控制器34控制激光器28；通过精调调节器36进行聚焦和寻道，而聚焦和寻道电路38利用相对位置聚焦传感器40的输入控制精调调节器36。

通过输入/输出接口42，驱动器2与主机设备44互连。主机设备44经过输入/输出接口42向数据通道46传输将在光盘10上记录的数据。从光盘10读取的数据，在将光信号转变为电信号之后，通过数据通道46，经输入/输出接口42传输到主机设备44。微处理器48与驱动器2的构件互连并对其操作进行管理，其中，微处理器48包括存储器50或者与存储器50互连。

图2是WORM光盘10的简视图，光盘10已根据本发明进行了格式化。从内径(ID)102开始沿径向朝着外径(OD)104扩展的区域为控制区，该控制区包括相位编码部分(PEP)106、标准格式部分(SFP)108和厂商区(MFG)110。SFP和MFG的备份(未示出)位于OD 104。光盘10具有一个单螺线光道(track)，该螺线光道在ID 102和OD 104之间扩展(也可在相反方向扩展)并被划分为多个径向盘区112-117(或仅包括一个盘区)，其中每个盘区具有多个可寻址的光道，每个光道又具有多个扇区。省略号114表示盘区113和盘区115之间的多个盘区。在所推荐的4X WORM格式中，光盘10具有34个盘区，并从外(盘区0)至内(盘区33)进行编号；同样，光道和扇区的编址也是从外至内的。但是，以上配置只是示范而言，并不限制本发明。

图3是部分示例盘区113的简化图，盘区113具有多个扇区，图中仅说明了少数几个扇区(表示为扇区130-扇区136，扇区140和省略号138)。一个典型扇区(如扇区140)包括头标区144和用户数据142，其中用户数据具有故障管理指针(DMP)146。盘区113中的扇区被划分为用户数据区160和保留区170。在生产光盘10时确定每个盘区的扇区数目，并且其扇区数目从内盘区到外盘区逐渐增加。但是，如下面所述，在一种实施方式中，当初始化该光盘时，用户可以确定光盘上每一个盘区中的保留扇区和用户扇区之比，从而确定了各保留区170的起始地址。另一方面，光盘厂商可以固定保留扇区和用户扇区之比，从而用户不能配置该比率。

在用户区160中，扇区(比如扇区140)的DMP 146包括3个字，每个字为4-字节，并且这3个字是在写操作期间记录的。第一个字包括扇区140的地址。第二个字包括保留区170的起始地址，作为保留区170的通用指针，该指针并不指向保留区170中的特定扇区。第三个字包括写扇区140所使用的激光功率值。

保留区170中的扇区(比如扇区130)也具有DMP区，DMP的内容将视该扇区是用作备用扇区还是用作校正扇区而定，以下予以说明。

在写操作期间，当在扇区140上记录数据时，在DMP 146上记录3个字。若不能验证扇区140的可读性，则将该数据记录在一个未用扇区，比如保留区170中的扇区132(以下称为备用扇区)。激光束26通过扫描保留区170查找下一个可用空闲扇区以确定备用扇区。在记录数据的同时，将备用扇区132的地址记录到备用扇区132的DMP的第一字中，将被取代的故障扇区140的地址记录到第二字中。将激光功率级记录到第三字中。

在微处理器48根据预定准则(比如不能验证的扇区数目)确定需更校正激光写功率时，驱动器2中的微处理器48将激光束26射到未用扇区，比如保留区170的扇区130(以下称为校正扇区)。激光束26通过扫描保留区170查找下一个可用空闲扇区以确定校正扇区。将标记模式记录到DMP的第一字和第二字中，其中每个标记是使用不同的激光功率设置记录的。在一种实施方式中，使用所有的写功率级范围来记录校正标记。然后将驱动器2置入标记质量验证模式，通过回“读”校正标记，微处理器48确定哪个功率级能生成最好的标记质量。在记录校正标记的同时，将用于写校正标记的激光功率设置记录到DMP的第三字中。换句话说，能够验证在所选功率级记录的校正标记，以便在写完校正标记之后立即标记其质量，如果该标记满足标记质量准则，就将用于记录标记的功率级记录到校正扇区DMP区的第三字中，并且不必再写任何其他校正标记。如果该标记不满足标记质量准则，则在不同功率级记录附加校正标记，并验证标记质量。与使用整个校正扇区作为单一功率校正测试方法不同，可以将该扇区划分为“微扇区”。这样，每个校正测试可以使用一个微扇区，并可将功率级记录在微扇区的DMP区。可以理解的是，与前述方法相比，确定合适激光功率级或最佳激光功率级的替代方法，通常将使用保留区170中的较少空间，并且有可能将一个校正扇区用于多次校正操作。

如上所述，为了避免过早用完校正扇区，最好尽可能减少校正激光功率的次数。因此，可将缺省功率级编程到微处理器48中。如果在记录操作期间，不能验证预定数量的扇区(说明激光功率级可能有误)，则微处理器可以启动校正程序。在另一中实施方式中(用于多扇区写操作)，记录第一扇区并设法验证其可读性。若验证成功(说明功率级正确)，则以相同的功率级记录剩余扇区。若验证失败，则微处理器48确定需要进行校正。然后，将第一扇区重新写到保留区170的备用扇区，并以新的经过校正的功率级将剩余扇区记录到用户区160。此外，在验证了剩余扇区之后，如有必要，可以重新调整写功率级以便为下一次写指令做准备，因此，进一步减少了使用其他校正扇区的需要。

校正模式可以由重复多次的一个2T标记(mark)、一个6T空号(space)、一个4T标记和一个6T空号组成。只要写模式考虑到隔离写标记的热效应就可以使用多种模式。在过高的写激光功率写入的校正模式可能生成过大的标记，而该标记又可能影响聚焦和寻道处理，从而跟随激光束26的光道可能是错误的。此外，校正扇区可能不包括错误校正码或再同步字符，因此，如果用错误的激光功率级写入，则不可能把可靠扇区和具有许多故障的扇区区别开来，这再次支持了隔离。最后，使用微扇区将产生未记录校正扇区的区域，并表现为大量的介质故障，这又一次支持了隔离。因此，不应混合保留区170中的校正扇区和备用扇区。一种替代方案是使用表以便允许混合备用扇区和校正扇区，该表用于确定保留区中的扇区是用作备用扇区还是用作校正扇区。从而避免了需要读取校正扇区的数据区或者在校正扇区的数据区上可靠地寻道。这种方案的缺点是需要耗费宝贵的光盘空间，以便在写一次介质上保存该表。每备用一个扇区或写入一校正段，必须更新该表，这又耗费了额外空间。尽管可以把保留区170中的一组地址明确分配给备用扇区，并把另一组独立地址明确分配给校正扇区，而这种预定的、不变的空间分配未必适合所有操作环境。例如，在需要相对频繁地把数据写入到光盘，或者在需要经常安装/取出光盘，抑或在一次写操作中只需记录少量数据的环境中，其操作参数可能经常变化。此时，可能需要频繁地进行重新校正，这样，在耗尽所有数据扇区和备用扇区之前，就耗尽了所有的校正扇区。另一方面，当操作环境通常包括频繁记录大块数据时，其操作参数比较稳定，需要较少的校正，但需要较多的备用扇区。因此，在备用扇区和校正扇区之间的扇区分配最好动态进行。在本发明中，如图4B中的箭头所示，备用扇区和校正扇区最好从保留区170的两端开始扩展，而不是将保留区170中特定区段分配给备用扇区，将剩余区段分配给校正扇区。此外，由于与校正扇区相关的寻道问题，最好从保留区170的内端(高地址)172开始朝向外端(低地址)使用校正扇区，同时从外端174开始朝向内端使用备用扇区。因此，不考虑备用扇区和校正扇区使用的相对扇区数目，只有当保留区170中没有剩余的自由扇区时，才会耗尽保留区170中的可用空间。

在所有盘区的保留区170被填充后，本发明还在光盘2上提供用于备用扇区和校正扇区的区域。沿盘区117的保留区，末端盘区117包含有一通用溢出保留区118(图4A)。通常由于驱动器的性能在末端盘区117最差，并且也不希望将光盘10上的高性能区用于通用溢出保留区，所以末端盘区117是通用溢出保留区118的最佳位置。通用溢出保留区118的使用方法同保留区170的使用方法相同，但是通用溢出保留区118可以包含有与不止一个盘区有关的备用扇区和校正扇区。尽管主保留区170可能不包含指向通用溢出保留区118的地址的指针，也可以将驱动器2编程为：在驱动器2发现主保留区170已满，或者驱动器2不能在保留区170中找到备用扇区以便代替先前记录的故障用户扇区时，驱动器2就查找通用溢出保留区118。换句话说，驱动器2被编程为：如果特定盘区的保留区已满，驱动器2就查找下一个可用保留区(即朝向ID 102的下一个盘区的保留区)用于校正目的，并查找通用溢出保留区118用于备用(由于最佳激光功率级可能随盘区的不同而不同，所以最好尽可能靠近理想盘区进行校正)。

如上所述，如果由厂商对介质进行初始化，则介质厂商可以确定各保留区170的大小，否则，由用户确定保留区的大小。对于后者，用户根据特定的操作环境和条件，大致确定整个光盘所需要的备用扇区和校正扇区的数目。随后，根据每个盘区中的扇区总数(对于某些光盘格式，每个盘区中的扇区总数随盘区的不同而不同)，在所有盘区中按比例分配两种扇区的总数。换句话说，可以提供缺省数目，并且当初始化光盘10时，用户能够加倍该值或者使该值增加两倍。随后，微处理器48计算每个盘区的各用户数据区160和各保留区170的起始地址和结束地址，以及通用溢出保留区118的起始地址和结束地址，并将以上信息记录在光盘10上的光盘结构表(DST)扇区中。DST中的信息使得微处理器能够将从主机44接收的逻辑块地址转换为光盘10上的物理光道和物理扇区地址。