青岛香农数据恢复中心-完美修复数据

恢复不能恢复的数据-不依赖硬盘的数据恢复 - 2.2.4数据解码

作者：香农青岛数据恢复中心 2007-12-11 00:58

• 2.2.4 数据解码

在现代HDD中，用户数据在写到磁碟之前要进行5次编码。这样做是为了：

1）确保没有错误数据传递给用户；

2）尽可能多的纠正检测过程中的误码；

3）通过改进定时恢复和抑制容易产生误码的图样来改善检测质量

由于进行了编码，最终写到磁碟上的数据已经不是用户的原始数据了。即使使用PRMLpro这样的工具来恢复数据，也只能检测到编码后的数据。要取得可以重组成文件的有用信息，必须针对编码步骤进行解码。http://www.shannon.net.cn

其中一个编码步骤是数据随机化，也叫做扰码（scrambler）。扰码可以看成是一种将数据伪随机化的电路。令人惊奇的是，这带来了一些有用的好处:

1）重复图样被打破了。也就是说，它不再与普通图样相似（如控制字符，空格，回车等频繁出现的难于检测的图样），从而降低了误比特率（BER,bit error rate）

2）由于某一频率的重复图样产生的电磁干扰（EMI）也减少了

3）许多零组成的普通图样被扰乱（Srambler）成为含有较多1的图样。这有助于增益和定时控制回路锁定。

4）这也可以将相邻的磁道扰乱成为不同的图样。这可以降低磁道之间的相关性，从而在磁头稍微偏离磁道中心时增加正确检测的可能性。

由于数据位是伪随机化，所以可以在回读时将扰码解扰为原始数据。要成功的解扰，需要精确的同步标记。注意扰码并不禁止任何图样。例如，有可能将用户数据扰码成为全零图样。因此，仍然需要对扰码后的用户数据进行RLL编码。

通常对PRML信道进行RLL编码会将16 bit的扰码后的数据映射成17 bit。编码开销约为6%（17/16）。这种编码方式确保两个1之间的连零的数量不会超过一定值（10到15）。这样在回读波形中就有足够的脉冲用于增益和定时。有一些RLL编码的速率高于16/17。还有一些RLL编码被设计用于消除容易产生误码的图样。在一个磁碟表面上不同的区（zone）可能会使用不同的RLL编码。

现在，大多数硬盘将RLL编码和奇偶校验码联合使用。这会使RLL编码的开销增加1到2 bit。例如，64/65码（64 bit用户数据被编码成为65 bit RLL码）增加奇偶校验后会成为64/66码。增加少量奇偶码的好处是大多数由检测器产生的误码可以被检验出来，并且可以通过增加少量的电路和编码开销来校正。

但是，所有上面得编码方案仍然不能达到使读误码率优于10e-13的目标。只有使用纠错码（ECC）才能进一步降低误码率。ECC计算用户数据的校验和，进行冗余编码以便在解码时纠正误码。ECC编码的数据是经过扰码和RLL编码后的数据。由于RS（Reed-solomon，里德－索洛蒙码）具有较强的纠正突发误码的能力，和实现的成本比较低的优点，所有一般都采用RS码作为ECC编码方案。突发误码是由于挂擦或标记损坏造成一段连续的bit误码。ECC编码可以校正一个扇区中200 bit的误码。

有两种情况会使ECC失效。一种是扇区中有太多的误码。这是不可恢复的读误码。不过，硬盘会尝试几种heroic recovery（英勇的恢复）方法，如重读，偏离磁道重读，甚至重优化，来尽最大努力检测数据，实在不行最后报告一个不可恢复的读误码（也称为硬误码）。另外一种使ECC失效的情况更为危险。

如果扇区中的误码超过了ECC可以校正的能力，那么ECC解码时就会把正确的bit纠为错误的bit。这对于金融业来说是一个悲剧。错纠的概率，或称为数据讹误（data cottuption），在硬盘的数据手册中没有定义。理想上这种概率小于10e-20。为了避免错纠，ECC编码往往还要封装上CRC（循环冗余检验）码。CRC具有很强的检测错误的能力，但是对于纠错没有什么帮助。这种方法可以检验通过接口最终传输到计算机的数据的正确与否。

下图中显示了编码序列和磁道上扇区的组织。注意为了使分区（zoning）的效率最大，某些扇区被分割为两个伺服内嵌。被分割开的

第二部分扇区必须也要以前导序列（preamble）和同步标记开始。从两部分检测到的数据序列被连接起来，然后再进行解码和解扰。