一种基于局部采样的存储器的磨损平衡方法技术

本发明专利技术涉及了一种基于局部采样原理的存储器的磨损平衡实现方法，具体来讲是闪存的磨损平衡方法。本发明专利技术包括：建立闪存的生命周期模型；将整个生命周期按具体的使用规律分成一定个数的生命采样阶段；在某个采样阶段的终点，采集该采样阶段内的历史数据并进行分析，将任务最繁重的存储单元调配到最安静的区域，将最安静的区域对应的存储单元调配到任务最繁重的存储单元原先所在的区域。本发明专利技术可以达到磨损平衡，提高存储器的使用寿命，适用于所有易受损的存储器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及存储器的磨损平衡方法，具体来讲，是涉及一种基于局部采用的磨损平衡方法，尤其适用于闪存这样易受损的存储器的磨损平衡。
技术介绍
嵌入式系统是指面向特定应用设计、执行专用功能并被内部计算机控制的设备或者系统。近年来，随着计算机科学技术和网络通信技术的迅猛发展，嵌入式系统的开发和应用得到飞速发展和普及。闪存(Flash Memory)存储介质是一种非易失性的存储器，具有掉电后内部信息仍可保留，以及可被反复擦除再编程等特点。目前，以闪存作为存储介质的嵌入式系统被广泛应用。闪存具有如下的物理特性当闪存处于干净的状态时(被擦除过，但还未发生写操作)，它的每一个位(bit)都是1；闪存上的每一位可以被写操作置成0，但把0置成1却不能按写操作来进行，只能通过擦除操作进行，一般擦除操作只能以块(Block)为单位进行；闪存的使用寿命是有限的，闪存的使用寿命是由擦写块的最大可擦写次数来决定的，当擦写块超过了最大可擦写次数，这个擦写块就成为坏块，以后再无法使用。闪存系统内的存储单元的磨损程度依据每个存储单元的被擦除编程的频率而变化。如果对一个存储单元进行一次编程写入数据然后实际上永不对其进行再编程，那么该存储单元的磨损一般较低；而如果反复地对一个存储单元进行擦除和编程，那么该存储单元的磨损一般较高。由于嵌入式系统自身的特点，主机可能需要对固定范围内的逻辑地址区域进行反复的写入数据操作，那么便可能对闪存内相同区域的存储单元进行反复地写入及擦除。当某些存储单元因擦写动作超过最大可擦写次数被磨坏而其它存储单元相对未被磨损时，磨坏单元的存在通常使闪存系统的总体性能受损。通常，当闪存系统中存在较多已经磨坏的存储单元，且所占的比例已经达到或超过闪存系统能正常使用所允许的极限，即使闪存系统中的许多其它存储单元相对仍未磨损坏，仍可认为所述闪存系统不可用。因此，为了避免某些存储单元被过度擦写，以致于它们先于其它的存储单元达到最大可擦写次数，我们应该在尽量不影响系统性能的前提下，使擦写操作尽量均匀地分布在每个存储单元上。这个过程叫磨损平衡。目前常规的磨损平衡方法，是把每个存储单元的擦写次数等信息记录在每个存储单元内，根据各个存储单元的擦写次数，在擦写次数比较多和擦写次数比较少的存储单元之间作决策，通常是要涉及交换不同的逻辑地址所对应的物理单元，并交换这些物理单元对应的数据，以此来处理存储单元之间的擦写均匀度。常规方法虽然可以满足基本的磨损平衡要求，但也存在一些缺点和不足(1)一般将存储单元的擦写次数等信息存放在存储单元的特殊空间内，造成存储空间资源的浪费。(2)在系统异常掉电的情况下，存储单元的擦写次数等信息容易丢失，造成磨损平衡不彻底。(3)对擦除次数等信息在存储单元中的存放受新型存储器(如MLC闪存)的特性的制约，给存储设备软硬件对存储空间的管理造成不便。因此，需要一种在存储系统内有效地执行磨损平衡的方法和装置。即，需要一种自动磨损平衡处理，在促进存储系统内相关存储单元更均匀磨损的同时，不会不利地影响存储系统的整体性能。
技术实现思路
本专利技术涉及了一种基于局部采样原理的存储器的磨损平衡实现方法，具体来讲是闪存的磨损平衡方法。本专利技术包括建立闪存的生命周期模型；将整个生命周期按具体的使用规律分成一定个数的局部生命采样阶段；在某个采样阶段的终点，采集该采样阶段内的历史数据并进行分析；某个采样阶段内的历史数据能反映该采样阶段内对闪存所进行操作的规律，能找到存储空间内最安静的区域以及任务最繁重的存储单元；对历史数据进行分析后，进行磨损平衡的决策，将任务最繁重的存储单元调配到最安静的区域，将最安静的区域对应的存储单元调配到任务最繁重的存储单元原先所在的区域；在某个所述生命采样阶段的起点，闪存系统已经基本上处于磨损均匀状态，该状态是在前一个采样阶段的终点实施的；从整个生命周期来看，闪存均是处于磨损平衡状态。与常规的存储器磨损平衡方法相比，本专利技术具有以下优点1、不需要将与磨损平衡算法相关的特殊信息存放在存储单元的特殊空间内，不占用存储器的空间资源；。2、有良好的掉电保护功能，不受系统异常断电的影响；3、不受新的存储器特性的制约，适用于所有易受损的存储器；4、实现机制可靠简单。本专利技术所述引导方法和装置可以应用于各种存储器的启动过程中，下面为了方便说明，仅采用闪存进行描述。然而，本领域技术人员可以理解，本专利技术可以应用于所有类型的存储介质。本专利技术的核心思想是根据闪存的具体使用规律，建立闪存的生命周期模型；在生命周期模型中建立局部采样点，把整个生命周期分成一定个数的局部采样阶段；在局部采样阶段的起点，开始采集与存储单元磨损相关的历史数据，在局部采样阶段的终点，对该采样阶段内采集到的历史数据进行分析；在分析历史数据的基础上，进行进一步的决策措施。参照图1是所建立的闪存生命周期模型。将整个生命周期分为生命初期106、生命中期108和生命晚期109，在闪存出厂后进入生命前期，这期间大部分存储块的磨损程度较低，闪存系统的整体性能较好；在经过生命中期比较频繁的磨损后，进入生命晚期，这时大部分存储块的磨损程度都比较高，为了尽量延长闪存的使用寿命，磨损平衡的执行显得尤为重要。再将生命周期分成n个局部采样阶段，即在生命初期106所包含的采样阶段1(101)、采样阶段2(102)和采样阶段3(103)，以及在生命晚期所包含的采样阶段n-1(104)、采用阶段n(105)等。在第i个采样阶段(107)内，当该阶段开始后，每隔一定的时间周期就采集历史数据，在该采样阶段的终点，对采集到的历史数据进行分析，作进一步的决策，是否要执行磨损平衡的措施。在第i个采样阶段已经完成，进入第i+1个采样阶段时，此时闪存系统已经基本上处于磨损均匀状态，即，某个采样阶段内的磨损平衡状态是在上个采样阶段的终点实施的。参照图2，是本专利技术所述的闪存型嵌入式系统的系统结构图，它主要包括主机系统206和闪存207。闪存型嵌入式系统内部的主要功能部件及相关配合如图2所示。主机系统206，可以集成在IC芯片内部，也可以是分离的。图中双向箭头表示flash数据流向，包括命令字和flash中具体数据内容。在应用系统206中，包括只读存储器ROM 201、随机读写存储器RAM 202、微控制器(MCU)203、Flash硬件接口205等。只读存储器ROM 201用于存放启动代码，可由微控制器203直接取指令执行，用于硬件初始化以及从Flash存储器207读出后续的代码。RAM 202用于存储临时数据和动态系统代码，可由微控制器203直接读取指令执行其中的动态系统代码。微控制器203用于直接从ROM 201或RAM 202中读取代码执行，还具有计算、控制等功能。在主机系统206中，还可以包括FLASH控制器，用于加快flash信号传输。当然，可以将FLASH控制器集成设置在微控制器203中，也可以将FLASH控制器和微控制器203设置为通过接口相连。在应用系统206中，还可以包括直接存储器存取控制器(DMA控制器)204，用于控制Flash存储器207与RAM202之间的数据或系统代码存取，当然，此功能还可以由本领域技术人员熟知的其他可行的存取控制方式实现。DMA(Direct MemoryAcces本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于局部采样原理的存储器的磨损平衡实现方法，其特征在于，包括：（１）、建立存储器的生命周期模型；（２）、在生命周期的某个局部采样阶段内，从采样阶段起点开始一直到采样阶段终点，采集当前局部采样阶段内的所有历史数据； （３）、在当前采样阶段的终点，分析采集到的所有历史数据，（４）、根据分析结果，在某个局部采样阶段的终点实施磨损平衡算法后，存储器就进入磨损均匀状态，下个采样阶段在当前采样阶段实施的磨损平衡算法的基础上，继续进行同样的磨损平衡算法，由 此在各个局部采样阶段内实施磨损平衡算法，保证了在整个生命周期内存储器处于磨损均匀状态。

【技术特征摘要】
1.一种基于局部采样原理的存储器的磨损平衡实现方法，其特征在于，包括(1)、建立存储器的生命周期模型；(2)、在生命周期的某个局部采样阶段内，从采样阶段起点开始一直到采样阶段终点，采集当前局部采样阶段内的所有历史数据；(3)、在当前采样阶段的终点，分析采集到的所有历史数据，；(4)、根据分析结果，在某个局部采样阶段的终点实施磨损平衡算法后，存储器就进入磨损均匀状态，下个采样阶段在当前采样阶段实施的磨损平衡算法的基础上，继续进行同样的磨损平衡算法，由此在各个局部采样阶段内实施磨损平衡算法，保证了在整个生命周期内存储器处于磨损均匀状态。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据一定的采样频率，从采样阶段起点开始一直到采样阶段终点，采集当前局部采样阶段内的所有历史数据。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所采集的历史数据反映该采样阶段内对存储器所进行操作的规律；4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，采集的历史数据可以看到磨损操作所在的区域，当...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈黎明，陈诚，
申请(专利权)人：炬力集成电路设计有限公司，
类型：发明
国别省市：44[中国|广东]