專利名稱：一種固態(tài)硬盤掉電和寫異常處理方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固態(tài)硬盤領(lǐng)域，尤其涉及一種固態(tài)硬盤掉電和寫異常處理方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著MLC(multi level cell)型NAND FLASH大量應(yīng)用，固態(tài)硬盤所用 NAND FLASH 也主要選擇了 MLC型NAND FLASH.而對(duì)于大多數(shù)MLC型NAND FLASH而言，具有顯著的特點(diǎn) 即如附圖1，同單元里面的兩個(gè)位被分配在不同的兩個(gè)頁(yè)中，即高位頁(yè)(Upper page)和低位頁(yè)(Lower page)，從而這兩個(gè)頁(yè)之間具有強(qiáng)耦合性。其中的寫入操作會(huì)有兩個(gè)階段低位頁(yè)寫入(1st round)和高位頁(yè)寫入Ond round)，如果高位頁(yè)寫入操作異常，那么低位頁(yè)的數(shù)據(jù)也將被損毀。而反之，低位頁(yè)寫入操作異常，則對(duì)高位頁(yè)無影響。目前固態(tài)硬盤都通過多個(gè)NAND FLASH控制器作為多個(gè)通道并行使用，從而達(dá)到采用高數(shù)據(jù)吞吐量，那么同一時(shí)刻存在大量的NAND FLASH讀寫操作。在系統(tǒng)意外掉電時(shí)，由于同一時(shí)刻存在大量的NAND FLASH寫操作，當(dāng)電源不能保證NAND FLASH寫操作的完成時(shí)， 不僅會(huì)破壞當(dāng)前寫入頁(yè)的數(shù)據(jù)完整性，必然會(huì)破壞跟當(dāng)前頁(yè)耦合的低位頁(yè)中的數(shù)據(jù)。為了解決該問題，出現(xiàn)了通過備份相關(guān)低位頁(yè)的數(shù)據(jù)，從而達(dá)到抗掉電保護(hù)。圖2為一種抗掉電和寫異常處理技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖。當(dāng)固態(tài)硬盤系統(tǒng)中的備份檢測(cè)模塊101發(fā)現(xiàn)需要備份時(shí)， 通過存儲(chǔ)管理模塊102，將數(shù)據(jù)先寫入備份存儲(chǔ)器104，然后將數(shù)據(jù)寫入主數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器103 中。一般而言，備份存儲(chǔ)器104—般是SLC(single level cell)型NAND FLASH或者NOR FLASH，這類存儲(chǔ)器沒有耦合頁(yè)問題，所以不會(huì)發(fā)生耦合頁(yè)數(shù)據(jù)被破壞問題。當(dāng)主數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器103中，發(fā)生因?qū)懭敫呶豁?yè)操作異常，而導(dǎo)致低位頁(yè)數(shù)據(jù)被破壞時(shí)，該數(shù)據(jù)可以從備份存儲(chǔ)器中恢復(fù)出來。另一發(fā)明為快閃存存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)寫入方法及其快閃存存儲(chǔ)器控制器 (200810003152. 1)中需要額外的備份存儲(chǔ)器，這無疑增加了硬件成本和軟件設(shè)計(jì)復(fù)雜度， 所以又出現(xiàn)了將主數(shù)據(jù)區(qū)劃分出一部分區(qū)域作為備份區(qū)的技術(shù)方案。該技術(shù)方案在不增加硬件成本情況下解決了耦合頁(yè)中低位頁(yè)數(shù)據(jù)被破壞的問題。如圖3所示，該技術(shù)方案將205閃存存儲(chǔ)器分為多個(gè)區(qū)域，包括程序存放區(qū)，主數(shù)據(jù)區(qū)，數(shù)據(jù)備份區(qū)。其中主數(shù)據(jù)區(qū)作為用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域，其占用205閃存存儲(chǔ)器的90%以上的區(qū)域，程序存放區(qū)是用于存放系統(tǒng)程序代碼，對(duì)用戶不可見，而數(shù)據(jù)備份區(qū)是用于備份低位頁(yè)數(shù)據(jù)所有。201用于控制系統(tǒng)整體運(yùn)行，202用數(shù)據(jù)暫存，203是用于管理MLC NAND Flash的指令解析，判斷是否需要備份數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)備份恢復(fù)等作用。圖4A描述了該技術(shù)方案使用的數(shù)據(jù)寫入時(shí)的流程圖。當(dāng)步驟302收到寫入指令后，步驟303會(huì)根據(jù)寫入數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)的地址是否為耦合頁(yè)中的低位頁(yè)，如果是，則首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，并且記錄所備份數(shù)據(jù)的所在圖2的205中的物理地址和邏輯地址的關(guān)系。然后將該數(shù)據(jù)寫入到圖2的205中主數(shù)據(jù)區(qū)。圖4B描述了該技術(shù)方案使用的上電恢復(fù)數(shù)據(jù)的流程圖。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，圖2的201和203會(huì)掃描所有205的所有主數(shù)據(jù)區(qū)域和備份區(qū)域。通過記錄在頁(yè)內(nèi)的結(jié)構(gòu)信息和 ECC保護(hù)機(jī)制，可以如步驟402恢復(fù)出所有映射關(guān)系表，以及如步驟403可以獲得上次掉電時(shí)寫入的最后一個(gè)頁(yè)的數(shù)據(jù)。步驟404會(huì)判斷是否數(shù)據(jù)被損壞，如果無損壞，則無需做數(shù)據(jù)恢復(fù)。如果步驟404發(fā)現(xiàn)最后頁(yè)數(shù)據(jù)被損壞，則在步驟405判斷是否高位頁(yè)數(shù)據(jù)被破壞，如果是高位頁(yè)在通過203得到相應(yīng)的備份區(qū)地址，步驟406讀取備份數(shù)據(jù)后，步驟407寫入主數(shù)據(jù)區(qū)。如果405判斷，則無備份數(shù)據(jù)即無需恢復(fù)數(shù)據(jù)，結(jié)束恢復(fù)數(shù)據(jù)。由于該技術(shù)方案引入了“備份數(shù)據(jù)區(qū)”和“數(shù)據(jù)備份策略”，雖然解決了耦合頁(yè)數(shù)據(jù)被破壞的問題，也無需額外存儲(chǔ)器和設(shè)計(jì)復(fù)雜度。但是由于備份數(shù)據(jù)區(qū)的存在，必然引出用戶數(shù)據(jù)區(qū)大小被減少的問題，和數(shù)據(jù)的備份操作，如304，406，407的操作，也必然引出寫放大(Write Amplification)增加的問題，該問題會(huì)降低固態(tài)硬盤性能，同時(shí)由于備份區(qū)的讀寫次數(shù)遠(yuǎn)大于主數(shù)據(jù)區(qū)的讀寫次數(shù)，導(dǎo)致備份區(qū)數(shù)據(jù)塊容易老化，降低了整體的磨損均衡 (Wear-Leveling)，影響了固態(tài)硬盤的壽命。另外有更多的方案是通過外加超級(jí)電容或者備用電池來防止掉電情況的發(fā)生，從而阻止在寫高位頁(yè)操作異常。這類技術(shù)方案都集中解決系統(tǒng)中緩存的數(shù)據(jù)如何寫入閃存的問題，且只能降低電源失效而導(dǎo)致數(shù)據(jù)破壞的幾率，沒有真正解決耦合頁(yè)的數(shù)據(jù)被破壞的問題。事實(shí)上，主機(jī)系統(tǒng)允許緩存或者最后一次意外掉電導(dǎo)致丟失當(dāng)前的數(shù)據(jù)，但是絕對(duì)不允許丟失以往寫入的數(shù)據(jù)。所以如何保護(hù)以往數(shù)據(jù)不被破壞，才是固態(tài)硬盤掉電保護(hù)的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明公開一種固態(tài)硬盤掉電和寫異常處理方法及系統(tǒng)。發(fā)明目的在于本發(fā)明通過動(dòng)態(tài)的管理低位頁(yè)，將低位頁(yè)作為獨(dú)立的地址映射區(qū)，主機(jī)輸入的數(shù)據(jù)只會(huì)寫入該區(qū)域，而且無需另外把數(shù)據(jù)寫入備份區(qū)。當(dāng)該區(qū)域耗盡時(shí)，啟用普通存儲(chǔ)區(qū)， 同時(shí)進(jìn)行垃圾頁(yè)回收(Gartage Collection)，這樣不僅保持低位頁(yè)的區(qū)域的大小，保證數(shù)據(jù)在沒有被正確寫入高位頁(yè)時(shí)，不會(huì)刪除低位頁(yè)的數(shù)據(jù)。這樣在不增加硬件設(shè)計(jì)成本和復(fù)雜度的基礎(chǔ)上，不僅解決因電源失效導(dǎo)致寫異常產(chǎn)生的低位頁(yè)的數(shù)據(jù)被破壞的問題，而且解決了如何無需備份數(shù)據(jù)即可達(dá)到保護(hù)低位頁(yè)數(shù)據(jù)，減低寫放大，提高固態(tài)硬盤的性能。本發(fā)明公開一種固態(tài)硬盤掉電和寫異常處理方法，包括如下步驟步驟100，對(duì)閃存陣列進(jìn)行掃描，獲取存儲(chǔ)的管理信息，提取管理信息后進(jìn)行初始化，生成多個(gè)映射區(qū)，動(dòng)態(tài)調(diào)整映射區(qū)，管理MLC到SLC的轉(zhuǎn)換；步驟200，進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫，讀取時(shí)，通過兩個(gè)映射區(qū)，找到相應(yīng)物理地址，讀取閃存上的數(shù)據(jù)；當(dāng)數(shù)據(jù)寫入時(shí)，通過第一映射區(qū)獲取一個(gè)新的空閑低位頁(yè)，將數(shù)據(jù)寫入該低位頁(yè)，并且把映射關(guān)系同時(shí)帶入低位頁(yè)內(nèi)，同時(shí)更新映射表用于后續(xù)讀??；步驟300，當(dāng)寫入數(shù)據(jù)時(shí)，如果發(fā)生第一映射區(qū)已經(jīng)無空閑低位頁(yè)，那么啟動(dòng)垃圾頁(yè)回收管理和磨損均衡管理；步驟400，當(dāng)發(fā)生掉電或者寫異常的情況，多個(gè)映射區(qū)進(jìn)行相應(yīng)操作恢復(fù)數(shù)據(jù)。所述步驟100，還包括步驟110，通過動(dòng)態(tài)地將一部分MLC轉(zhuǎn)換為SLC使用，系統(tǒng)會(huì)將這部分區(qū)域作為第一映射區(qū)，將剩余部分的存儲(chǔ)區(qū)作為第二映射區(qū)，其中第一映射區(qū)大小是根據(jù)額外提供區(qū)和第二映射區(qū)的大小進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，還用于對(duì)回收的垃圾頁(yè)，進(jìn)行統(tǒng)一管理再分配，根據(jù)磨損程度不同，分配給不同的映射區(qū)。所述步驟200，還包括步驟210，系統(tǒng)開始初始化，執(zhí)行步驟220 ；步驟220，接收寫入指令之后，執(zhí)行步驟230 ；步驟230，判斷第一映射區(qū)是否有空閑頁(yè)，如果有空閑頁(yè)，執(zhí)行步驟，240 ；步驟M0，獲取一個(gè)低位頁(yè)后，直接寫入數(shù)據(jù)，即將數(shù)據(jù)寫入第一映射區(qū)，然后完成寫操作；當(dāng)步驟230發(fā)現(xiàn)第一映射區(qū)沒有空閑頁(yè)時(shí)，執(zhí)行步驟250 ；步驟250，查看是否第一映射區(qū)是否有無效頁(yè)，如果有無效頁(yè)回收第一映射區(qū)的無效頁(yè)，獲得低位頁(yè)，將數(shù)據(jù)寫入后完成操作；如果發(fā)現(xiàn)第一映射區(qū)無無效頁(yè)，執(zhí)行步驟260 ；步驟沈0，啟動(dòng)第二映射區(qū)，將第一映射區(qū)的部分?jǐn)?shù)據(jù)搬移至第二映射區(qū)，進(jìn)行第二映射區(qū)目標(biāo)頁(yè)判斷，直到寫入高位頁(yè)時(shí)，回收第一映射區(qū)的無效頁(yè)，執(zhí)行步驟270 ；步驟270，完成回收后，從第一映射區(qū)獲得一個(gè)空閑的低位頁(yè)，完成數(shù)據(jù)寫入操作。所述步驟300，還包括步驟310，磨損均衡管理根據(jù)第一映射區(qū)映射表中的信息，優(yōu)先回收垃圾頁(yè)后，再進(jìn)行空閑頁(yè)分配后，將數(shù)據(jù)寫入第一映射區(qū)；如果回收后，仍然無法獲得足夠的空閑頁(yè)，那么將一定數(shù)量的有效數(shù)據(jù)搬移至第二映射區(qū)，從而第一映射區(qū)可獲取空閑頁(yè)后，將數(shù)據(jù)寫入第一映射區(qū)；步驟320，當(dāng)搬移過程發(fā)生寫時(shí)，當(dāng)寫入目標(biāo)頁(yè)為低位頁(yè)時(shí)，不立即釋放第一映射區(qū)的有效頁(yè)，一直到跟該低位頁(yè)相耦合的高位頁(yè)也被安全的寫入完成后，回收掉該低位頁(yè)對(duì)應(yīng)的第一映射區(qū)的無效頁(yè)。所述的固態(tài)硬盤掉電和寫異常處理方法，在發(fā)生掉電和寫異常情況下所述步驟 400，還包括步驟410，上電完成初始化后，首先通過掃描閃存內(nèi)的管理信息，執(zhí)行步驟420 ；步驟420，恢復(fù)映射表，執(zhí)行步驟430 ；步驟430，通過判斷第二映射區(qū)內(nèi)是否有損毀的數(shù)據(jù)頁(yè)，如果有損毀的數(shù)據(jù)頁(yè)，執(zhí)行步驟440，如果沒有損毀的數(shù)據(jù)頁(yè)，執(zhí)行步驟470 ；步驟440，通過第一映射區(qū)映射表查找到相應(yīng)的數(shù)據(jù)頁(yè)后，執(zhí)行步驟450 ；步驟450，獲取第二映射區(qū)的空閑頁(yè)，然后執(zhí)行步驟460 ；步驟460，將數(shù)據(jù)從第一映射區(qū)搬移到第二映射區(qū)，并設(shè)置第一映射區(qū)的對(duì)應(yīng)頁(yè)為無效頁(yè)后結(jié)束；步驟470，判斷是否存在第一映射區(qū)與第二映射區(qū)映射重疊，如果存在，執(zhí)行步驟 480 ；步驟480，設(shè)置第一映射區(qū)內(nèi)的對(duì)應(yīng)頁(yè)為無效頁(yè)，然后結(jié)束恢復(fù)操作。所述步驟100中動(dòng)態(tài)調(diào)整映射區(qū)，還包括如下步驟步驟120，查看第二映射表的對(duì)應(yīng)空閑頁(yè)狀態(tài)，執(zhí)行步驟130 ；步驟130，查看第二映射區(qū)的空閑頁(yè)是否達(dá)到閾值，執(zhí)行步驟140，如果未達(dá)閾值， 執(zhí)行步驟150 ；步驟140，如果大于最大閾值，則增加第一映射區(qū)大小，如果小于最小閾值，則減小第一映射區(qū)大小；
步驟150，額外提供區(qū)是否大于閾值，如果大于閾值，則增加第一映射區(qū)，如果小于閾值，執(zhí)行步驟160;步驟160，進(jìn)行回收垃圾頁(yè)，根據(jù)磨損均衡算法，對(duì)回收的垃圾頁(yè)再分配，從而完成調(diào)整映射區(qū)的大小。本發(fā)明還公開一種固態(tài)硬盤掉電和寫異常處理系統(tǒng)，包括緩存管理模塊，用于存儲(chǔ)對(duì)閃存陣列進(jìn)行掃描后獲取的管理信息，并提取管理信息后進(jìn)行初始化，生成多個(gè)映射區(qū)，動(dòng)態(tài)調(diào)整映射區(qū)，管理MLC到SLC的轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)讀寫模塊，當(dāng)數(shù)據(jù)讀取時(shí)，通過兩個(gè)映射區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取。當(dāng)數(shù)據(jù)寫入時(shí)，通過第一映射區(qū)獲取一個(gè)新的空閑低位頁(yè)，將數(shù)據(jù)寫入該低位頁(yè)，并且把映射關(guān)系同時(shí)帶入低位頁(yè)內(nèi)，同時(shí)更新映射表用于后續(xù)讀??；垃圾回收管理模塊，用于當(dāng)寫入數(shù)據(jù)時(shí)，如果發(fā)生第一映射區(qū)已經(jīng)無空閑低位頁(yè)， 那么啟動(dòng)垃圾頁(yè)回收管理和磨損均衡管理；數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊，用于當(dāng)發(fā)生掉電或者寫異常的情況，多個(gè)映射區(qū)進(jìn)行相應(yīng)操作恢復(fù)數(shù)據(jù)。所述的固態(tài)硬盤掉電和寫異常處理系統(tǒng)，還包括磨損均衡管理模塊，用于通過動(dòng)態(tài)地將一部分MLC轉(zhuǎn)換為SLC使用，系統(tǒng)會(huì)將這部分區(qū)域作為第一映射區(qū)，將剩余部分的存儲(chǔ)區(qū)作為第二映射區(qū)，其中第一映射區(qū)大小是根據(jù)額外提供區(qū)和第二映射區(qū)的大小進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，還用于對(duì)回收的垃圾頁(yè)，進(jìn)行統(tǒng)一管理再分配，根據(jù)磨損程度不同，分配給不同的映射區(qū)。所述數(shù)據(jù)讀寫模塊還包括初始化模塊，用于系統(tǒng)開始初始化；寫入指令模塊，用于接收寫入指令；判斷空閑頁(yè)模塊，用于判斷第一映射區(qū)是否有空閑頁(yè)；寫入數(shù)據(jù)模塊，用于獲取一個(gè)低位頁(yè)后，直接寫入數(shù)據(jù)，即將數(shù)據(jù)寫入第一映射區(qū)，然后完成寫操作；無效頁(yè)判斷模塊，用于查看第一映射區(qū)是否有無效頁(yè)，如果有無效頁(yè)回收第一映射區(qū)的無效頁(yè)，獲得低位頁(yè)，將數(shù)據(jù)寫入后完成操作；數(shù)據(jù)搬移模塊，用于啟動(dòng)第二映射區(qū)，將第一映射區(qū)的部分?jǐn)?shù)據(jù)搬移至第二映射區(qū)，進(jìn)行第二映射區(qū)目標(biāo)頁(yè)判斷，直到寫入高位頁(yè)時(shí)，回收第一映射區(qū)的無效頁(yè)；完成寫入模塊，用于完成回收后，從第一映射區(qū)獲得一個(gè)空閑的低位頁(yè)，完成數(shù)據(jù)寫入操作。所述垃圾回收管理模塊還包括映射區(qū)釋放模塊，用于磨損均衡管理根據(jù)第一映射區(qū)映射表中的信息，優(yōu)先回收垃圾頁(yè)，再進(jìn)行空閑頁(yè)分配后，將數(shù)據(jù)寫入第一映射區(qū)；如果回收后，仍然無法獲得足夠的空閑頁(yè)，那么將一定數(shù)量的有效數(shù)據(jù)搬移至第二映射區(qū)，從而第一映射區(qū)可獲取空閑頁(yè)后， 將數(shù)據(jù)寫入第一映射區(qū)；回收釋放模塊，用于當(dāng)搬移過程發(fā)生寫時(shí)，當(dāng)寫入目標(biāo)頁(yè)為低位頁(yè)時(shí)，不立即釋放第一映射區(qū)的有效頁(yè)，一直到跟該低位頁(yè)相耦合的高位頁(yè)也被安全的寫入完成后，回收掉該低位頁(yè)對(duì)應(yīng)的第一映射區(qū)的無效頁(yè)。
所述的固態(tài)硬盤掉電和寫異常處理系統(tǒng)，在發(fā)生掉電和寫異常情況下所述數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊，還包括管理信息模塊，用于上電完成初始化后，首先通過掃描閃存內(nèi)的管理信息；恢復(fù)映射表模塊，用于恢復(fù)映射表；損毀判斷模塊，用于通過判斷第二映射區(qū)內(nèi)是否有損毀的數(shù)據(jù)頁(yè)；映射表查找模塊，用于通過第一映射區(qū)映射表查找到相應(yīng)的數(shù)據(jù)頁(yè)后；獲取空閑頁(yè)模塊，用于獲取第二映射區(qū)的空閑頁(yè)；數(shù)據(jù)映射設(shè)置模塊，用于將數(shù)據(jù)寫入第二映射區(qū)，并設(shè)置第一映射區(qū)的對(duì)應(yīng)頁(yè)為無效頁(yè)后結(jié)束；映射重疊判斷模塊，用于判斷是否存在第一映射區(qū)與第二映射區(qū)映射重疊；無效頁(yè)設(shè)置模塊，用于設(shè)置第一映射區(qū)內(nèi)的對(duì)應(yīng)頁(yè)為無效頁(yè)，然后結(jié)束恢復(fù)操作。所述緩存管理模塊中動(dòng)態(tài)調(diào)整映射區(qū)，還包括查看空閑頁(yè)模塊，用于查看第二映射表的對(duì)應(yīng)空閑頁(yè)狀態(tài)；閾值判斷模塊，用于查看第二映射區(qū)的空閑頁(yè)是否大于閾值極限閾值判斷模塊，用于如果大于最大閾值，則增加第一映射區(qū)大小，如果小于最小閾值，則減小第一映射區(qū)大?。活~外提供區(qū)閾值判斷模塊，用于額外提供區(qū)是否大于閾值，如果大于閾值，則增加第一映射區(qū)，如果小于閾值，進(jìn)行回收垃圾頁(yè)，從而完成調(diào)整映射區(qū)的大小。本發(fā)明的有益效果在于，由于本發(fā)明引入了 “多映射區(qū)技術(shù)”，“映射區(qū)切換技術(shù)” 和“動(dòng)態(tài)調(diào)整映射區(qū)技術(shù)”，從另一種思路解決了寫異?；蛘叩綦姸鸬牡臀豁?yè)數(shù)據(jù)被破壞的問題，同時(shí)利用“映射區(qū)切換技術(shù)”避免了數(shù)據(jù)備份區(qū)的出現(xiàn)，而利用“動(dòng)態(tài)調(diào)整映射區(qū)技術(shù)”有效控制寫放大的發(fā)生，從而減少固態(tài)硬盤性能損失。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中MLC型NAND FLASH存儲(chǔ)數(shù)據(jù)示意圖；圖2為一現(xiàn)有技術(shù)中固態(tài)硬盤抗掉電和寫異常處理技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為另一現(xiàn)有技術(shù)中固態(tài)硬盤抗掉電和寫異常處理技術(shù)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4A為另一現(xiàn)有技術(shù)中固態(tài)硬盤抗掉電和寫異常處理流程圖；圖4B為另一現(xiàn)有技術(shù)中固態(tài)硬盤抗掉電和寫異常處理流程圖；圖5為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明數(shù)據(jù)寫入方式的實(shí)施流程圖；圖7為本發(fā)明當(dāng)?shù)诙成鋮^(qū)低位頁(yè)數(shù)據(jù)被破壞時(shí)恢復(fù)數(shù)據(jù)的流程圖；圖8為本發(fā)明動(dòng)態(tài)調(diào)整第一映射區(qū)的示意9為本發(fā)明方法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面給出本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做出進(jìn)一步的描述。如圖9所示本發(fā)明公開一種固態(tài)硬盤掉電和寫異常處理方法，包括如下步驟步驟100，對(duì)閃存陣列進(jìn)行掃描，獲取存儲(chǔ)的管理信息，提取管理信息后進(jìn)行初始化，生成多個(gè)映射區(qū)，動(dòng)態(tài)調(diào)整映射區(qū)，管理MLC到SLC的轉(zhuǎn)換。所述步驟100，還包括步驟110，通過動(dòng)態(tài)地將一部分MLC轉(zhuǎn)換為SLC使用，系統(tǒng)會(huì)將這部分區(qū)域作為第一映射區(qū)，將剩余部分的存儲(chǔ)區(qū)作為第二映射區(qū)，其中第一映射區(qū)大小是根據(jù)額外提供區(qū)和第二映射區(qū)的大小進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，還用于對(duì)回收的垃圾頁(yè)，進(jìn)行統(tǒng)一管理再分配，根據(jù)磨損程度不同，分配給不同的映射區(qū)。所述步驟100中動(dòng)態(tài)調(diào)整映射區(qū)，還包括如下步驟步驟120，查看第二映射表的對(duì)應(yīng)空閑頁(yè)狀態(tài)，執(zhí)行步驟130 ；步驟130，查看第二映射區(qū)的空閑頁(yè)是否達(dá)到閾值，執(zhí)行步驟140，如果未達(dá)閾值， 執(zhí)行步驟150 ；步驟140，如果大于最大閾值，則增加第一映射區(qū)大小，如果小于最小閾值，則減小第一映射區(qū)大??；步驟150，額外提供區(qū)是否大于閾值，如果大于閾值，則增加第一映射區(qū)，如果小于閾值，執(zhí)行步驟160;步驟160，進(jìn)行回收垃圾頁(yè)，根據(jù)磨損均衡算法，對(duì)回收的垃圾頁(yè)再分配，從而完成調(diào)整映射區(qū)的大小。本發(fā)明公開了無需專門備份數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)固態(tài)硬盤防掉電和寫異常處理的方法和系統(tǒng)。該方案首先通過MLC轉(zhuǎn)為SLC技術(shù)，動(dòng)態(tài)地將一部分MLC轉(zhuǎn)換為類似SLC使用，其中這部分存儲(chǔ)區(qū)大小是根據(jù)額外提供區(qū)(Over Provision)動(dòng)態(tài)調(diào)整，系統(tǒng)會(huì)將MLC轉(zhuǎn)換為類似 SLC的區(qū)域作為第一映射區(qū)(Mapping)。將剩余部分的存儲(chǔ)區(qū)作為第二映射區(qū)。當(dāng)?shù)谝挥成鋮^(qū)耗盡時(shí)，通過高效的垃圾頁(yè)回收(Gartage Collection)技術(shù)，將釋放出第一映射區(qū)的無效區(qū)域和搬移部分有效區(qū)至第二映射區(qū)。即通過兩映射區(qū)的方式，可以實(shí)現(xiàn)無需備份區(qū)， 實(shí)現(xiàn)MLC閃存的寫異常導(dǎo)致數(shù)據(jù)被破壞的問題，同時(shí)在映射區(qū)切換時(shí)，在垃圾回收時(shí)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的搬移，減少寫放大。通過動(dòng)態(tài)調(diào)整映射區(qū)，實(shí)現(xiàn)磨損均衡。如圖5所示，507為所用的MLC NAND FLASH，被分為多個(gè)區(qū)域，其中區(qū)域0被當(dāng)作 SLC使用，所用映射區(qū)為低位頁(yè)，如508所示。區(qū)域1是作為普通MLC使用，即如509所示，所有映射區(qū)為包括高位頁(yè)和低位頁(yè)。區(qū)域2為額外提供區(qū)(Over Provision)，區(qū)域3為其他使用區(qū)。區(qū)域0，區(qū)域1和區(qū)域2都是指邏輯區(qū)域，即不是固定的對(duì)應(yīng)的物理地址，是動(dòng)態(tài)映射分配的，對(duì)于區(qū)域0和區(qū)域1其大小是根據(jù)區(qū)域2，以及垃圾頁(yè)回收(Gartage Collection) 和磨損均衡管理(Wear-Leveling)(垃圾回收和磨損均衡管理是統(tǒng)一管理的，即對(duì)區(qū)域1和區(qū)域2統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)管理)而確定其大小。當(dāng)固態(tài)硬盤上電之后，微處理器501對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行初始化和上電數(shù)據(jù)恢復(fù)流程，即通過緩存管理模塊502存儲(chǔ)對(duì)整個(gè)閃存陣列進(jìn)行掃描后獲取的管理信息，提取管理的相關(guān)信息后進(jìn)行初始化第一映射區(qū)503和第二映射區(qū)504管理表。步驟200，進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫，讀取時(shí)，通過兩個(gè)映射區(qū)，找到相應(yīng)物理地址，讀取閃存上的數(shù)據(jù)；當(dāng)數(shù)據(jù)寫入時(shí)，通過第一映射區(qū)獲取一個(gè)新的空閑低位頁(yè)，將數(shù)據(jù)寫入該低位頁(yè)，并且把映射關(guān)系同時(shí)帶入低位頁(yè)內(nèi)，同時(shí)更新映射表用于后續(xù)讀取。所述步驟200，還包括步驟210，系統(tǒng)開始初始化，執(zhí)行步驟220 ；
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步驟220，接收寫入指令之后，執(zhí)行步驟230 ；步驟230，判斷第一映射區(qū)是否有空閑頁(yè)，如果有空閑頁(yè)，執(zhí)行步驟，240 ；步驟M0，獲取一個(gè)低位頁(yè)后，直接寫入數(shù)據(jù)，即將數(shù)據(jù)寫入第一映射區(qū)，然后完成寫操作；當(dāng)步驟230發(fā)現(xiàn)第一映射區(qū)沒有空閑頁(yè)時(shí)，執(zhí)行步驟250 ；步驟250，查看是否第一映射區(qū)是否有無效頁(yè)，如果有無效頁(yè)回收第一映射區(qū)的無效頁(yè)，獲得低位頁(yè)，將數(shù)據(jù)寫入后完成操作；如果發(fā)現(xiàn)第一映射區(qū)無無效頁(yè)，執(zhí)行步驟260 ；步驟沈0，啟動(dòng)第二映射區(qū)，將第一映射區(qū)的部分?jǐn)?shù)據(jù)搬移至第二映射區(qū)，進(jìn)行第二映射區(qū)目標(biāo)頁(yè)判斷，直到寫入高位頁(yè)時(shí)，回收第一映射區(qū)的無效頁(yè)，執(zhí)行步驟270 ；步驟270，完成回收后，從第一映射區(qū)獲得一個(gè)空閑的低位頁(yè)，完成數(shù)據(jù)寫入操作。當(dāng)固態(tài)硬盤開始工作時(shí)，當(dāng)數(shù)據(jù)讀取時(shí)，根據(jù)第一映射區(qū)503，第二映射區(qū)504的映射表，獲得所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)，然后從507中將數(shù)據(jù)讀取。當(dāng)數(shù)據(jù)寫入時(shí)，通過第一映射區(qū) 503獲取一個(gè)新的空閑低位頁(yè)，將數(shù)據(jù)寫入該低位頁(yè)，并且把映射關(guān)系同時(shí)帶入低位頁(yè)內(nèi)， 同時(shí)更新映射表用于后續(xù)讀取。由于第一映射區(qū)內(nèi)的存儲(chǔ)器是類似SLC的性質(zhì)(是指把MLC當(dāng)成SLC使用，即通過NAND FLASH提供的命令和轉(zhuǎn)變流程，或者通過軟件技術(shù)在MLC中分離出低位頁(yè)單獨(dú)使用，從而在MLC中實(shí)現(xiàn)SLC的性質(zhì))，所以不會(huì)發(fā)生在寫操作異常時(shí)，破壞以往的數(shù)據(jù)。當(dāng)寫入數(shù)據(jù)時(shí)，如果發(fā)生第一映射區(qū)已經(jīng)無空閑低位頁(yè)，那么啟動(dòng)垃圾頁(yè)回收管理505 (Garbage Collection)管理磨損均衡管理模塊506，磨損均衡管理模塊506根據(jù)第一映射區(qū)503映射表中的信息，優(yōu)先回收垃圾頁(yè)，由506進(jìn)行垃圾頁(yè)再分配。如果回收后，仍然無法獲得足夠的空閑頁(yè)，那么進(jìn)行將一定數(shù)量的有效數(shù)據(jù)搬移至第二映射區(qū)。(所述一定數(shù)量根據(jù)設(shè)定的閾值來確定，并不固定。要根據(jù)性能和寫放大需求而定。)當(dāng)搬移過程發(fā)生寫時(shí)，當(dāng)寫入目標(biāo)頁(yè)為低位頁(yè)時(shí)，不立即釋放第一映射區(qū)的有效頁(yè)，一直到跟該低位頁(yè)相耦合的高位頁(yè)也被安全的寫入完成后，回收掉該低位頁(yè)對(duì)應(yīng)的第一映射區(qū)的有效頁(yè)。這樣可以保證搬移過程，出現(xiàn)寫高位頁(yè)操作異常時(shí)，與之對(duì)應(yīng)的低位頁(yè)數(shù)據(jù)被破壞，但是對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)仍保留在第一映射區(qū)，從而恢復(fù)該頁(yè)數(shù)據(jù)。所以在本發(fā)明中，對(duì)于系統(tǒng)異常掉電時(shí)，如果系統(tǒng)處于寫入第一映射區(qū)操作，那么無需考慮以往低位頁(yè)數(shù)據(jù)被破壞的問題。如果系統(tǒng)處于寫入第二映射區(qū)操作，那么由于第一映射區(qū)的數(shù)據(jù)并未被擦除，那么當(dāng)系統(tǒng)重新上電時(shí)，必然可以恢復(fù)出被破壞的低位頁(yè)內(nèi)的數(shù)據(jù)。附圖6為本發(fā)明一個(gè)數(shù)據(jù)寫入方式的實(shí)施流程圖，含有映射區(qū)切換過程。系統(tǒng)開始初始化完成步驟601，執(zhí)行步驟602接受寫入指令之后，通過步驟603判斷第一映射區(qū)是否有空閑頁(yè)，如果有空閑頁(yè)，執(zhí)行步驟604則獲取一個(gè)低位頁(yè)后，執(zhí)行步驟605直接寫入數(shù)據(jù)，即將數(shù)據(jù)寫入第一映射區(qū)，然后執(zhí)行步驟611完成寫操作。當(dāng)步驟603發(fā)現(xiàn)第一映射區(qū)沒有空閑頁(yè)時(shí)，通過步驟606查看是否第一映射區(qū)是否有無效頁(yè)，如果有無效頁(yè)執(zhí)行步驟 607回收第一映射區(qū)的無效頁(yè)，獲得低位頁(yè)，將數(shù)據(jù)寫入后完成操作。如果步驟606發(fā)現(xiàn)第一映射區(qū)無無效頁(yè)，則通過步驟608啟動(dòng)第二映射區(qū)，將第一映射區(qū)的部分?jǐn)?shù)據(jù)搬移至第二映射區(qū)，當(dāng)步驟609操作時(shí)，通過步驟610進(jìn)行第二映射區(qū)目標(biāo)頁(yè)判斷，直到寫入高位頁(yè)時(shí)，才回收第一映射區(qū)的對(duì)應(yīng)無效頁(yè)數(shù)據(jù)。完成回收后，從第一映射區(qū)獲得一個(gè)空閑的低位頁(yè)，完成數(shù)據(jù)寫入操作。
步驟300，當(dāng)寫入數(shù)據(jù)時(shí)，如果發(fā)生第一映射區(qū)已經(jīng)無空閑低位頁(yè)，那么啟動(dòng)垃圾頁(yè)回收管理和磨損均衡管理；所述步驟300，還包括步驟310，磨損均衡管理根據(jù)第一映射區(qū)映射表中的信息，優(yōu)先回收垃圾頁(yè)后，再進(jìn)行空閑頁(yè)分配后，將數(shù)據(jù)寫入第一映射區(qū)；如果回收后，仍然無法獲得足夠的空閑頁(yè)，那么將一定數(shù)量的有效數(shù)據(jù)搬移至第二映射區(qū)，從而第一映射區(qū)可獲取空閑頁(yè)后，將數(shù)據(jù)寫入第一映射區(qū)；步驟320，當(dāng)搬移過程發(fā)生寫時(shí)，當(dāng)寫入目標(biāo)頁(yè)為低位頁(yè)時(shí)，不立即釋放第一映射區(qū)的有效頁(yè)，一直到跟該低位頁(yè)相耦合的高位頁(yè)也被安全的寫入完成后，回收掉該低位頁(yè)對(duì)應(yīng)的第一映射區(qū)的無效頁(yè)。步驟400，當(dāng)發(fā)生掉電或者寫異常的情況，多個(gè)映射區(qū)進(jìn)行相應(yīng)操作恢復(fù)數(shù)據(jù)。在發(fā)生掉電和寫異常情況下所述步驟400，還包括步驟410，上電完成初始化后，首先通過掃描閃存內(nèi)的管理信息，執(zhí)行步驟420 ；步驟420，恢復(fù)映射表，執(zhí)行步驟430 ；步驟430，通過判斷第二映射區(qū)內(nèi)是否有損毀的數(shù)據(jù)頁(yè)，如果有損毀的數(shù)據(jù)頁(yè)，執(zhí)行步驟440，如果沒有損毀的數(shù)據(jù)頁(yè)，執(zhí)行步驟470 ；步驟440，通過第一映射區(qū)映射表查找到相應(yīng)的數(shù)據(jù)頁(yè)后，執(zhí)行步驟450 ；步驟450，獲取第二映射區(qū)的空閑頁(yè)，然后執(zhí)行步驟460 ；步驟460，將數(shù)據(jù)從第一映射區(qū)搬移到第二映射區(qū)，并設(shè)置第一映射區(qū)的對(duì)應(yīng)頁(yè)為無效頁(yè)后結(jié)束；步驟470，判斷是否存在第一映射區(qū)與第二映射區(qū)映射重疊，如果存在，執(zhí)行步驟 480 ；步驟480，設(shè)置第一映射區(qū)內(nèi)的對(duì)應(yīng)頁(yè)為無效頁(yè)，然后結(jié)束恢復(fù)操作。附圖7是本發(fā)明一個(gè)當(dāng)?shù)诙成鋮^(qū)低位頁(yè)數(shù)據(jù)發(fā)生被破壞時(shí)，恢復(fù)數(shù)據(jù)的流程圖。當(dāng)步驟701上電完成初始化后，首先通過掃描閃存內(nèi)的管理信息完成步驟702恢復(fù)映射表，通過步驟703判斷第二映射區(qū)內(nèi)是否有損毀的數(shù)據(jù)頁(yè)，如果有，執(zhí)行步驟704，通過第一映射表查找到相應(yīng)的數(shù)據(jù)頁(yè)后，執(zhí)行步驟705，獲取第二映射區(qū)的空閑頁(yè)，然后執(zhí)行步驟 706，將數(shù)據(jù)寫入第二映射區(qū)，根據(jù)圖6寫入流程把該數(shù)據(jù)寫入第二映射區(qū)，并設(shè)置第一映射區(qū)的對(duì)應(yīng)頁(yè)為無效頁(yè)后結(jié)束。如果步驟703沒有損毀的數(shù)據(jù)頁(yè)，需要步驟707判斷是否存在映射重疊，如果存在，執(zhí)行步驟708設(shè)置第一映射區(qū)內(nèi)的對(duì)應(yīng)頁(yè)為無效頁(yè)，然后結(jié)束恢復(fù)操作。圖8是本發(fā)明一個(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)整第一映射區(qū)的示意圖。開始工作后，步驟802檢查第二映射區(qū)的映射表的對(duì)應(yīng)空閑頁(yè)狀態(tài)，步驟803查看第二映射區(qū)的空閑頁(yè)是否大于閾值，如果大于最大閾值，則增加第一映射區(qū)大小，如果小于最小閾值，則減小第一映射區(qū)大小。如果未達(dá)閾值，額外提供區(qū)(Over Provision)是否大于閾值，如果大于閾值，則增加第一映射區(qū)。如果小于閾值，則進(jìn)行回收垃圾頁(yè)，從而完成調(diào)整映射區(qū)的大小?；厥諘r(shí)，并不區(qū)分是來自第一映射區(qū)還是第二映射區(qū)，在垃圾頁(yè)回收處理之后，這些成為額外提供區(qū) (OverProvision)，統(tǒng)一作為空閑頁(yè)對(duì)兩個(gè)映射區(qū)進(jìn)行分配。本發(fā)明所公開的固態(tài)硬盤掉電和寫異常處理系統(tǒng)，包括緩存管理模塊，用于存儲(chǔ)對(duì)閃存陣列進(jìn)行掃描后獲取的管理信息，并提取管理信息后進(jìn)行初始化，生成多個(gè)映射區(qū)， 動(dòng)態(tài)調(diào)整映射區(qū)，管理MLC到SLC的轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)讀寫模塊，當(dāng)數(shù)據(jù)讀取時(shí)，通過兩個(gè)映射區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取。當(dāng)數(shù)據(jù)寫入時(shí)，通過第一映射區(qū)獲取一個(gè)新的空閑低位頁(yè)，將數(shù)據(jù)寫入該低位頁(yè)，并且把映射關(guān)系同時(shí)帶入低位頁(yè)內(nèi)，同時(shí)更新映射表用于后續(xù)讀??；垃圾回收管理模塊，用于當(dāng)寫入數(shù)據(jù)時(shí)，如果發(fā)生第一映射區(qū)已經(jīng)無空閑低位頁(yè)，那么啟動(dòng)垃圾頁(yè)回收管理和磨損均衡管理；數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊，用于當(dāng)發(fā)生掉電或者寫異常的情況，多個(gè)映射區(qū)進(jìn)行相應(yīng)操作恢復(fù)數(shù)據(jù)。所述的固態(tài)硬盤掉電和寫異常處理系統(tǒng)，還包括磨損均衡管理模塊，用于通過動(dòng)態(tài)地將一部分MLC轉(zhuǎn)換為SLC使用，系統(tǒng)會(huì)將這部分區(qū)域作為第一映射區(qū)，將剩余部分的存儲(chǔ)區(qū)作為第二映射區(qū)，其中第一映射區(qū)大小是根據(jù)額外提供區(qū)和第二映射區(qū)的大小進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，還用于對(duì)回收的垃圾頁(yè)，進(jìn)行統(tǒng)一管理再分配，根據(jù)磨損程度不同，分配給不同的映射區(qū)。所述的固態(tài)硬盤掉電和寫異常處理系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)讀寫模塊還包括初始化模塊，用于系統(tǒng)開始初始化；寫入指令模塊，用于接收寫入指令；判斷空閑頁(yè)模塊，用于判斷第一映射區(qū)是否有空閑頁(yè)；寫入數(shù)據(jù)模塊，用于獲取一個(gè)低位頁(yè)后，直接寫入數(shù)據(jù)，即將數(shù)據(jù)寫入第一映射區(qū)，然后完成寫操作；無效頁(yè)判斷模塊，用于查看第一映射區(qū)是否有無效頁(yè)，如果有無效頁(yè)回收第一映射區(qū)的無效頁(yè)，獲得低位頁(yè)，將數(shù)據(jù)寫入后完成操作；數(shù)據(jù)搬移模塊，用于啟動(dòng)第二映射區(qū)，將第一映射區(qū)的部分?jǐn)?shù)據(jù)搬移至第二映射區(qū)，進(jìn)行第二映射區(qū)目標(biāo)頁(yè)判斷，直到寫入高位頁(yè)時(shí)，回收第一映射區(qū)的無效頁(yè)；完成寫入模塊，用于完成回收后，從第一映射區(qū)獲得一個(gè)空閑的低位頁(yè)，完成數(shù)據(jù)寫入操作。所述的固態(tài)硬盤掉電和寫異常處理系統(tǒng)，所述垃圾回收管理模塊還包括映射區(qū)釋放模塊，用于磨損均衡管理根據(jù)第一映射區(qū)映射表中的信息，優(yōu)先回收垃圾頁(yè)，再進(jìn)行空閑頁(yè)分配后，將數(shù)據(jù)寫入第一映射區(qū)；如果回收后，仍然無法獲得足夠的空閑頁(yè)，那么將一定數(shù)量的有效數(shù)據(jù)搬移至第二映射區(qū)，從而第一映射區(qū)可獲取空閑頁(yè)后， 將數(shù)據(jù)寫入第一映射區(qū)；回收釋放模塊，用于當(dāng)搬移過程發(fā)生寫時(shí)，當(dāng)寫入目標(biāo)頁(yè)為低位頁(yè)時(shí)，不立即釋放第一映射區(qū)的有效頁(yè)，一直到跟該低位頁(yè)相耦合的高位頁(yè)也被安全的寫入完成后，回收掉該低位頁(yè)對(duì)應(yīng)的第一映射區(qū)的無效頁(yè)。所述的固態(tài)硬盤掉電和寫異常處理系統(tǒng)，在發(fā)生掉電和寫異常情況下所述數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊，還包括管理信息模塊，用于上電完成初始化后，首先通過掃描閃存內(nèi)的管理信息；恢復(fù)映射表模塊，用于恢復(fù)映射表；損毀判斷模塊，用于通過判斷第二映射區(qū)內(nèi)是否有損毀的數(shù)據(jù)頁(yè)；映射表查找模塊，用于通過第一映射區(qū)映射表查找到相應(yīng)的數(shù)據(jù)頁(yè)后；獲取空閑頁(yè)模塊，用于獲取第二映射區(qū)的空閑頁(yè)；
數(shù)據(jù)映射設(shè)置模塊，用于將數(shù)據(jù)寫入第二映射區(qū)，并設(shè)置第一映射區(qū)的對(duì)應(yīng)頁(yè)為無效頁(yè)后結(jié)束；映射重疊判斷模塊，用于判斷是否存在第一映射區(qū)與第二映射區(qū)映射重疊；無效頁(yè)設(shè)置模塊，用于設(shè)置第一映射區(qū)內(nèi)的對(duì)應(yīng)頁(yè)為無效頁(yè)，然后結(jié)束恢復(fù)操作。所述的固態(tài)硬盤掉電和寫異常處理系統(tǒng)，所述緩存管理模塊中動(dòng)態(tài)調(diào)整映射區(qū)， 還包括查看空閑頁(yè)模塊，用于查看第二映射表的對(duì)應(yīng)空閑頁(yè)狀態(tài)；閾值判斷模塊，用于查看第二映射區(qū)的空閑頁(yè)是否大于閾值極限閾值判斷模塊，用于如果大于最大閾值，則增加第一映射區(qū)大小，如果小于最小閾值，則減小第一映射區(qū)大??；額外提供區(qū)閾值判斷模塊，用于額外提供區(qū)是否大于閾值，如果大于閾值，則增加第一映射區(qū)，如果小于閾值，進(jìn)行回收垃圾頁(yè)，從而完成調(diào)整映射區(qū)的大小。本發(fā)明的有益效果為1、本發(fā)明可應(yīng)用于固態(tài)硬盤的“多映射區(qū)技術(shù)”，依據(jù)MLC型NAND FLASH可以轉(zhuǎn)化SLC型NAND FLASH使用的特點(diǎn)。把該部分的存儲(chǔ)塊作為第一映射區(qū)，該區(qū)沒有耦合頁(yè)相互影響的缺點(diǎn)，即可以解決低位頁(yè)數(shù)據(jù)在高位頁(yè)寫操作異常時(shí)被破壞的問題，同時(shí)由于這部分區(qū)域是作為邏輯映射區(qū)的，那么無需額外的區(qū)域作為備份區(qū)。把其余普通MLC型NAND FLASH作為第二映射區(qū)，解決如果只有第一映射區(qū)，那么閃存類型轉(zhuǎn)換會(huì)導(dǎo)致容量減少的問題。2、本發(fā)明可應(yīng)用于固態(tài)硬盤的“映射區(qū)切換技術(shù)”，根據(jù)寫入數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的第一映射區(qū)耗盡時(shí)，通過垃圾頁(yè)回收的方式，將第一映射區(qū)的無效頁(yè)回收或者部分有效數(shù)據(jù)移至第二映射區(qū)。把數(shù)據(jù)的搬移和垃圾回收結(jié)合在一起，從而避免了專用的數(shù)據(jù)備份過程，減少寫放大。在映射區(qū)轉(zhuǎn)換時(shí)，同時(shí)解決了第二映射區(qū)低位頁(yè)數(shù)據(jù)被破壞的問題。3、本發(fā)明可應(yīng)用于固態(tài)硬盤的“動(dòng)態(tài)調(diào)整映射區(qū)技術(shù)”，為了避免第一映射區(qū)的老化快于第二映射區(qū)，采用動(dòng)態(tài)調(diào)整映射區(qū)的方式和統(tǒng)一回收垃圾頁(yè)和分配空閑頁(yè)，從而達(dá)到整體磨損均衡(Wear-Leveling)。通過動(dòng)態(tài)調(diào)整映射區(qū)大小，以適應(yīng)固態(tài)硬盤在其不同生命期的性能。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離權(quán)利要求書確定的本發(fā)明的精神和范圍的條件下，還可以對(duì)以上內(nèi)容進(jìn)行各種各樣的修改。因此本發(fā)明的范圍并不僅限于以上的說明，而是由權(quán)利要求書的范圍來確定的。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)硬盤掉電和寫異常處理方法，其特征在于，包括如下步驟步驟100，對(duì)閃存陣列進(jìn)行掃描，獲取存儲(chǔ)的管理信息，提取管理信息后進(jìn)行初始化，生成多個(gè)映射區(qū)，動(dòng)態(tài)調(diào)整映射區(qū)，管理MLC到SLC的轉(zhuǎn)換；步驟200，進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫，讀取時(shí)，通過兩個(gè)映射區(qū)，找到相應(yīng)物理地址，讀取閃存上的數(shù)據(jù)；當(dāng)數(shù)據(jù)寫入時(shí)，通過第一映射區(qū)獲取一個(gè)新的空閑低位頁(yè)，將數(shù)據(jù)寫入該低位頁(yè)，并且把映射關(guān)系同時(shí)帶入低位頁(yè)內(nèi)，同時(shí)更新映射表用于后續(xù)讀?。徊襟E300，當(dāng)寫入數(shù)據(jù)時(shí)，如果發(fā)生第一映射區(qū)已經(jīng)無空閑低位頁(yè)，那么啟動(dòng)垃圾頁(yè)回收管理和磨損均衡管理；步驟400，當(dāng)發(fā)生掉電或者寫異常的情況，多個(gè)映射區(qū)進(jìn)行相應(yīng)操作恢復(fù)數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)硬盤掉電和寫異常處理方法，其特征在于，所述步驟100， 還包括步驟110，通過動(dòng)態(tài)地將一部分MLC轉(zhuǎn)換為SLC使用，系統(tǒng)會(huì)將這部分區(qū)域作為第一映射區(qū)，將剩余部分的存儲(chǔ)區(qū)作為第二映射區(qū)，其中第一映射區(qū)大小是根據(jù)額外提供區(qū)和第二映射區(qū)的大小進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，還用于對(duì)回收的垃圾頁(yè)，進(jìn)行統(tǒng)一管理再分配，根據(jù)磨損程度不同，分配給不同的映射區(qū)。
3.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)硬盤掉電和寫異常處理方法，其特征在于，所述步驟200， 還包括步驟210，系統(tǒng)開始初始化，執(zhí)行步驟220 ； 步驟220，接收寫入指令之后，執(zhí)行步驟230 ；步驟230，判斷第一映射區(qū)是否有空閑頁(yè)，如果有空閑頁(yè)，執(zhí)行步驟，240 ； 步驟M0，獲取一個(gè)低位頁(yè)后，直接寫入數(shù)據(jù)，即將數(shù)據(jù)寫入第一映射區(qū)，然后完成寫操作；當(dāng)步驟230發(fā)現(xiàn)第一映射區(qū)沒有空閑頁(yè)時(shí)，執(zhí)行步驟250 ；步驟250，查看是否第一映射區(qū)是否有無效頁(yè)，如果有無效頁(yè)回收第一映射區(qū)的無效頁(yè)，獲得低位頁(yè)，將數(shù)據(jù)寫入后完成操作；如果發(fā)現(xiàn)第一映射區(qū)無無效頁(yè)，執(zhí)行步驟260 ；步驟沈0，啟動(dòng)第二映射區(qū)，將第一映射區(qū)的部分?jǐn)?shù)據(jù)搬移至第二映射區(qū)，進(jìn)行第二映射區(qū)目標(biāo)頁(yè)判斷，直到寫入高位頁(yè)時(shí)，回收第一映射區(qū)的無效頁(yè)，執(zhí)行步驟270;步驟270，完成回收后，從第一映射區(qū)獲得一個(gè)空閑的低位頁(yè)，完成數(shù)據(jù)寫入操作。
4.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)硬盤掉電和寫異常處理方法，其特征在于，所述步驟300， 還包括步驟310，磨損均衡管理根據(jù)第一映射區(qū)映射表中的信息，優(yōu)先回收垃圾頁(yè)后，再進(jìn)行空閑頁(yè)分配后，將數(shù)據(jù)寫入第一映射區(qū)；如果回收后，仍然無法獲得足夠的空閑頁(yè)，那么將一定數(shù)量的有效數(shù)據(jù)搬移至第二映射區(qū)，從而第一映射區(qū)可獲取空閑頁(yè)后，將數(shù)據(jù)寫入第一映射區(qū)；步驟320，當(dāng)搬移過程發(fā)生寫時(shí)，當(dāng)寫入目標(biāo)頁(yè)為低位頁(yè)時(shí)，不立即釋放第一映射區(qū)的有效頁(yè)，一直到跟該低位頁(yè)相耦合的高位頁(yè)也被安全的寫入完成后，回收掉該低位頁(yè)對(duì)應(yīng)的第一映射區(qū)的無效頁(yè)。
5.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)硬盤掉電和寫異常處理方法，其特征在于，在發(fā)生掉電和寫異常情況下所述步驟400，還包括步驟410，上電完成初始化后，首先通過掃描閃存內(nèi)的管理信息，執(zhí)行步驟420;步驟420，恢復(fù)映射表，執(zhí)行步驟430 ；步驟430，通過判斷第二映射區(qū)內(nèi)是否有損毀的數(shù)據(jù)頁(yè)，如果有損毀的數(shù)據(jù)頁(yè)，執(zhí)行步驟440，如果沒有損毀的數(shù)據(jù)頁(yè)，執(zhí)行步驟470 ；步驟440，通過第一映射區(qū)映射表查找到相應(yīng)的數(shù)據(jù)頁(yè)后，執(zhí)行步驟450 ； 步驟450，獲取第二映射區(qū)的空閑頁(yè)，然后執(zhí)行步驟460 ；步驟460，將數(shù)據(jù)從第一映射區(qū)搬移到第二映射區(qū)，并設(shè)置第一映射區(qū)的對(duì)應(yīng)頁(yè)為無效頁(yè)后結(jié)束；步驟470，判斷是否存在第一映射區(qū)與第二映射區(qū)映射重疊，如果存在，執(zhí)行步驟480 ； 步驟480，設(shè)置第一映射區(qū)內(nèi)的對(duì)應(yīng)頁(yè)為無效頁(yè)，然后結(jié)束恢復(fù)操作。
6.如權(quán)利要求1所述的固態(tài)硬盤掉電和寫異常處理方法，其特征在于，所述步驟100中動(dòng)態(tài)調(diào)整映射區(qū)，還包括如下步驟步驟120，查看第二映射表的對(duì)應(yīng)空閑頁(yè)狀態(tài)，執(zhí)行步驟130 ；步驟130，查看第二映射區(qū)的空閑頁(yè)是否達(dá)到閾值，執(zhí)行步驟140，如果未達(dá)閾值，執(zhí)行步驟150 ；步驟140，如果大于最大閾值，則增加第一映射區(qū)大小，如果小于最小閾值，則減小第一映射區(qū)大小；步驟150，額外提供區(qū)是否大于閾值，如果大于閾值，則增加第一映射區(qū)，如果小于閾值，執(zhí)行步驟160;步驟160，進(jìn)行回收垃圾頁(yè)，根據(jù)磨損均衡算法，對(duì)回收的垃圾頁(yè)再分配，從而完成調(diào)整映射區(qū)的大小。
7.一種固態(tài)硬盤掉電和寫異常處理系統(tǒng)，其特征在于，包括緩存管理模塊，用于存儲(chǔ)對(duì)閃存陣列進(jìn)行掃描后獲取的管理信息，并提取管理信息后進(jìn)行初始化，生成多個(gè)映射區(qū)，動(dòng)態(tài)調(diào)整映射區(qū)，管理MLC到SLC的轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)讀寫模塊，當(dāng)數(shù)據(jù)讀取時(shí)，通過兩個(gè)映射區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取。當(dāng)數(shù)據(jù)寫入時(shí)，通過第一映射區(qū)獲取一個(gè)新的空閑低位頁(yè)，將數(shù)據(jù)寫入該低位頁(yè)，并且把映射關(guān)系同時(shí)帶入低位頁(yè)內(nèi)，同時(shí)更新映射表用于后續(xù)讀??；垃圾回收管理模塊，用于當(dāng)寫入數(shù)據(jù)時(shí)，如果發(fā)生第一映射區(qū)已經(jīng)無空閑低位頁(yè)，那么啟動(dòng)垃圾頁(yè)回收管理和磨損均衡管理；數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊，用于當(dāng)發(fā)生掉電或者寫異常的情況，多個(gè)映射區(qū)進(jìn)行相應(yīng)操作恢復(fù)數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求7所述的固態(tài)硬盤掉電和寫異常處理系統(tǒng)，其特征在于，還包括 磨損均衡管理模塊，用于通過動(dòng)態(tài)地將一部分MLC轉(zhuǎn)換為SLC使用，系統(tǒng)會(huì)將這部分區(qū)域作為第一映射區(qū)，將剩余部分的存儲(chǔ)區(qū)作為第二映射區(qū)，其中第一映射區(qū)大小是根據(jù)額外提供區(qū)和第二映射區(qū)的大小進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，還用于對(duì)回收的垃圾頁(yè)，進(jìn)行統(tǒng)一管理再分配，根據(jù)磨損程度不同，分配給不同的映射區(qū)。
9.如權(quán)利要求7所述的固態(tài)硬盤掉電和寫異常處理系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)讀寫模塊還包括初始化模塊，用于系統(tǒng)開始初始化； 寫入指令模塊，用于接收寫入指令；判斷空閑頁(yè)模塊，用于判斷第一映射區(qū)是否有空閑頁(yè)；寫入數(shù)據(jù)模塊，用于獲取一個(gè)低位頁(yè)后，直接寫入數(shù)據(jù)，即將數(shù)據(jù)寫入第一映射區(qū)，然后完成寫操作；無效頁(yè)判斷模塊，用于查看第一映射區(qū)是否有無效頁(yè)，如果有無效頁(yè)回收第一映射區(qū)的無效頁(yè)，獲得低位頁(yè)，將數(shù)據(jù)寫入后完成操作；數(shù)據(jù)搬移模塊，用于啟動(dòng)第二映射區(qū)，將第一映射區(qū)的部分?jǐn)?shù)據(jù)搬移至第二映射區(qū)，進(jìn)行第二映射區(qū)目標(biāo)頁(yè)判斷，直到寫入高位頁(yè)時(shí)，回收第一映射區(qū)的無效頁(yè)；完成寫入模塊，用于完成回收后，從第一映射區(qū)獲得一個(gè)空閑的低位頁(yè)，完成數(shù)據(jù)寫入操作。
10.如權(quán)利要求8所述的固態(tài)硬盤掉電和寫異常處理系統(tǒng)，其特征在于，所述垃圾回收管理模塊還包括映射區(qū)釋放模塊，用于磨損均衡管理根據(jù)第一映射區(qū)映射表中的信息，優(yōu)先回收垃圾頁(yè)，再進(jìn)行空閑頁(yè)分配后，將數(shù)據(jù)寫入第一映射區(qū)；如果回收后，仍然無法獲得足夠的空閑頁(yè)，那么將一定數(shù)量的有效數(shù)據(jù)搬移至第二映射區(qū)，從而第一映射區(qū)可獲取空閑頁(yè)后，將數(shù)據(jù)寫入第一映射區(qū)；回收釋放模塊，用于當(dāng)搬移過程發(fā)生寫時(shí)，當(dāng)寫入目標(biāo)頁(yè)為低位頁(yè)時(shí)，不立即釋放第一映射區(qū)的有效頁(yè)，一直到跟該低位頁(yè)相耦合的高位頁(yè)也被安全的寫入完成后，回收掉該低位頁(yè)對(duì)應(yīng)的第一映射區(qū)的無效頁(yè)。
11.如權(quán)利要求7所述的固態(tài)硬盤掉電和寫異常處理系統(tǒng)，其特征在于，在發(fā)生掉電和寫異常情況下所述數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊，還包括管理信息模塊，用于上電完成初始化后，首先通過掃描閃存內(nèi)的管理信息； 恢復(fù)映射表模塊，用于恢復(fù)映射表；損毀判斷模塊，用于通過判斷第二映射區(qū)內(nèi)是否有損毀的數(shù)據(jù)頁(yè)； 映射表查找模塊，用于通過第一映射區(qū)映射表查找到相應(yīng)的數(shù)據(jù)頁(yè)后； 獲取空閑頁(yè)模塊，用于獲取第二映射區(qū)的空閑頁(yè)；數(shù)據(jù)映射設(shè)置模塊，用于將數(shù)據(jù)寫入第二映射區(qū)，并設(shè)置第一映射區(qū)的對(duì)應(yīng)頁(yè)為無效頁(yè)后結(jié)束；映射重疊判斷模塊，用于判斷是否存在第一映射區(qū)與第二映射區(qū)映射重疊； 無效頁(yè)設(shè)置模塊，用于設(shè)置第一映射區(qū)內(nèi)的對(duì)應(yīng)頁(yè)為無效頁(yè)，然后結(jié)束恢復(fù)操作。
12.如權(quán)利要求7所述的固態(tài)硬盤掉電和寫異常處理系統(tǒng)，其特征在于，所述緩存管理模塊中動(dòng)態(tài)調(diào)整映射區(qū)，還包括查看空閑頁(yè)模塊，用于查看第二映射表的對(duì)應(yīng)空閑頁(yè)狀態(tài)； 閾值判斷模塊，用于查看第二映射區(qū)的空閑頁(yè)是否大于閾值極限閾值判斷模塊，用于如果大于最大閾值，則增加第一映射區(qū)大小，如果小于最小閾值，則減小第一映射區(qū)大??；額外提供區(qū)閾值判斷模塊，用于額外提供區(qū)是否大于閾值，如果大于閾值，則增加第一映射區(qū)，如果小于閾值，進(jìn)行回收垃圾頁(yè)，從而完成調(diào)整映射區(qū)的大小。
全文摘要
一種固態(tài)硬盤掉電和寫異常處理方法，包括如下步驟步驟100，對(duì)閃存陣列進(jìn)行掃描，獲取存儲(chǔ)的管理信息，提取管理信息后進(jìn)行初始化，生成多個(gè)映射區(qū)，動(dòng)態(tài)調(diào)整映射區(qū)，管理MLC到SLC的轉(zhuǎn)換；步驟200，進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫，讀取時(shí)，通過兩個(gè)映射區(qū)，找到相應(yīng)物理地址，讀取閃存上的數(shù)據(jù)；步驟300，當(dāng)寫入數(shù)據(jù)時(shí)，如果發(fā)生第一映射區(qū)已經(jīng)無空閑低位頁(yè)，那么啟動(dòng)垃圾頁(yè)回收管理和磨損均衡管理，磨損均衡管理根據(jù)第一映射區(qū)映射表中的信息，優(yōu)先回收垃圾頁(yè)后，再進(jìn)行空閑頁(yè)分配后，將數(shù)據(jù)寫入第一映射區(qū)；步驟400，當(dāng)發(fā)生掉電或者寫異常的情況，多個(gè)映射區(qū)進(jìn)行相應(yīng)操作恢復(fù)數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G06F12/16GK102591807SQ201110455620
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者方浩俊 申請(qǐng)人:記憶科技(深圳)有限公司