一种基于闪存的固态硬盘及其数据管理方法技术

本发明专利技术公开了一种基于闪存的固态硬盘及其数据管理方法，对于纠错单元，有两个条件：第一个是纠错单元写入目的数据块后的RBER预期值小于预设比特错误率阈值；第二个是源数据块的纠错单元所含元信息为非时变信息。在纠错单元需从源数据块搬移至目的数据块时，若同时满足两个条件，则纠错单元无需编解码，直接搬移即可；若未同时满足两个条件，则纠错单元需先解码，在纠错单元所含元信息为非时变信息时，无需编码，直接将解码后的纠错单元搬移即可；在纠错单元所含元信息为时变信息时，需更新元信息并重新编码，而后将重新编码后的纠错单元搬移即可。可见，本申请通过对纠错单元的数据管理，减少了编解码操作，减轻了内部总线IO压力。力。力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于闪存的固态硬盘及其数据管理方法


[0001]本专利技术涉及固态存储领域，特别是涉及一种基于闪存的固态硬盘及其数据管理方法。

技术介绍

[0002]闪存的基本结构如图1所示，一个封装好的闪存芯片(Chip)由多个裸片(Die)组成，每个裸片由多个分组(Plane)组成，每个分组由多个数据块(Block)组成，每个数据块由多个字线(Word Line)组成，每个字线由1～N个页(Page)组成，比如，TLC(Triple
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Level Cell，三阶储存单元)闪存芯片的一个字线由LSB(最低有效位)、CSB(中央有效位)、MSB(最高有效位)三页组成。需要说明的是，有的闪存无字线，每个数据块直接由多个页组成。数据块是闪存擦除的基本单位。对于有字线的闪存，字线是闪存读写的基本单位；对于无字线的闪存，页是闪存读写的基本单位。当一个字线或者页被写入数据后，只有在所在数据块进行了擦除操作之后，才可进行新的写入操作。
[0003]在基于闪存的固态硬盘(采用闪存芯片作为存储介质的固态硬盘)中，当数据存放到闪存页上时，基于可靠性要求，必须有纠错码保护。目前，闪存页上的数据是按照纠错单元进行存放，一个闪存页可存放多个纠错单元。如图2所示，纠错单元由有效数据和校验数据组成，校验数据用于有效数据的纠错处理；有效数据又分为用户数据和管理数据，管理数据一般也称为元信息，用于固态硬盘中固件算法的管理。具体地，固态硬盘的控制器包含SBM(System Buffer Management，系统缓冲区管理)、ECC Engine(纠错引擎)及FLC(闪存控制器)。从逻辑角度，用户数据是按照逻辑映射单元划分。则如图3及图4所示，闪存的数据写入过程为：1)利用SBM将待写入闪存的逻辑映射单元和元信息分解成一定大小的纠错单元；2)利用ECC Engine将分解得到的各纠错单元进行编码，得到编码后的各纠错单元；3)利用FLC将编码后的各纠错单元组合成页写入到闪存。闪存的数据读取过程为：1)利用FLC读取闪存中有待读取的各纠错单元；2)利用ECC Engine将读取的各纠错单元进行解码(解码过程即纠错过程：错误比特还原成正确比特)；3)利用SBM将解码后的各纠错单元中用于存放用户数据的逻辑块组合成逻辑映射单元，并将组合的逻辑映射单元及解码后的各纠错单元中的元信息送到固态硬盘的动态随机存储器，供主机读取。
[0004]在固态硬盘中，垃圾回收是一种常规操作。垃圾回收操作的原理为：由于固态硬盘所在主机的数据更新后，原来在闪存的数据便成为无效数据，导致闪存中有的数据块同时包含有效数据和无效数据，需要将这些数据块内仍然有效的数据整理搬移到新的数据块，以便释放掉无效数据所占用的存储空间。如图5所示，数据块A和数据块B均同时包含有效数据和无效数据，即有效数据分散占据两个数据块，通过整理搬移后集中到同一个数据块C，从而释放掉数据块A和数据块B的存储空间(总体上讲释放的是无效数据的空间)。其中，数据块A和数据块B称为源数据块，数据块C称为目的数据块，一般都是多个源数据块对应一个目的数据块。
[0005]则垃圾回收中的纠错处理过程为(如图6所示)：步骤S1：利用FLC从源数据块的有
效页读取纠错单元后放在内部缓存；步骤S2：利用ECC Engine将读取的纠错单元进行解码；步骤S3：丢弃解码后的纠错单元的纠错校验数据，并修改其内的元信息；步骤S4：利用ECC Engine对修改好的纠错单元进行编码，得到包含新的纠错校验数据的纠错单元；步骤S5：将编码后的纠错单元写入目的数据块。需要说明的是，在数据搬移过程中，元信息和纠错校验数据均发生变化，而纠错校验数据变化的原因是元信息发生变化，唯一不变的是逻辑块中的用户数据。
[0006]可见，在固态硬盘的垃圾回收过程中，每个纠错单元均需要进行解码和编码操作，但在固态硬盘中，垃圾回收是一种非常频繁的操作，导致编解码操作过频繁，内部总线IO压力过大。
[0007]因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域的技术人员目前需要解决的问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是提供一种基于闪存的固态硬盘及其数据管理方法，只有在纠错单元所含元信息为时变信息时才需完整的解码和编码操作，从而减少了编解码操作，减轻了内部总线IO压力。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种数据管理方法，应用于基于闪存的固态硬盘，包括：
[0010]将待写入所述闪存的元信息分为非时变信息和时变信息，并将所述非时变信息和所述时变信息分配给不同的纠错单元，且将所述不同的纠错单元编码后写入所述闪存中；
[0011]当所述闪存中出现待搬移数据的源数据块时，从所述闪存中确定用于存放所述源数据块中有效页内各纠错单元的目的数据块；
[0012]获取目标纠错单元写入所述目的数据块后的RBER预期值，并判断所述RBER预期值是否小于预设比特错误率阈值、所述目标纠错单元所含元信息是否为非时变信息；其中，所述目标纠错单元为所述有效页内任一纠错单元；
[0013]若判断结果均为是，则直接将所述目标纠错单元写入所述目的数据块；
[0014]若判断结果中存在否的情况，则将所述目标纠错单元进行解码，并在所述元信息为非时变信息时，将解码后的目标纠错单元直接写入所述目的数据块；或在所述元信息为时变信息时，更新解码后的目标纠错单元所含的元信息，并对更新元信息的目标纠错单元进行重新编码，且将重新编码后的目标纠错单元写入所述目的数据块。
[0015]优选地，获取目标纠错单元写入所述目的数据块后的RBER预期值，包括：
[0016]获取所述源数据块中有效页内纠错单元的RBER参考值，并获取所述目的数据块的IRBER值；
[0017]将所述RBER参考值加上所述IRBER值，得到RBER预期评估值，并将所述RBER预期评估值作为所述目标纠错单元写入所述目的数据块后的RBER预期值。
[0018]优选地，获取所述源数据块中有效页内纠错单元的RBER参考值，包括：
[0019]根据所述源数据块的有效页地址，对目标页内各纠错单元均进行解码，得到所述目标页内各纠错单元的RBER值；其中，所述目标页为任一所述有效页；
[0020]从所述目标页内各纠错单元的RBER值中选择最大的RBER值，并将所述最大的RBER
值作为所述源数据块中有效页内各纠错单元的RBER参考值。
[0021]优选地，根据所述源数据块的有效页地址，对目标页内各纠错单元均进行解码，包括：
[0022]根据所述源数据块的有效页地址确定所述源数据块的第一个有效页，以对所述第一个有效页内各纠错单元均进行解码。
[0023]优选地，所述数据管理方法还包括：
[0024]预先设置所述闪存中不同数据块的地址与IRBER值之间的对应关系；
[0025]获取所述目的数据块的IRBER值，包括：
[0026]根据所述目标数据块的地址查询所述对应关系，以确定所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数据管理方法，其特征在于，应用于基于闪存的固态硬盘，包括：将待写入所述闪存的元信息分为非时变信息和时变信息，并将所述非时变信息和所述时变信息分配给不同的纠错单元，且将所述不同的纠错单元编码后写入所述闪存中；当所述闪存中出现待搬移数据的源数据块时，从所述闪存中确定用于存放所述源数据块中有效页内各纠错单元的目的数据块；获取目标纠错单元写入所述目的数据块后的RBER预期值，并判断所述RBER预期值是否小于预设比特错误率阈值、所述目标纠错单元所含元信息是否为非时变信息；其中，所述目标纠错单元为所述有效页内任一纠错单元；若判断结果均为是，则直接将所述目标纠错单元写入所述目的数据块；若判断结果中存在否的情况，则将所述目标纠错单元进行解码，并在所述元信息为非时变信息时，将解码后的目标纠错单元直接写入所述目的数据块；或在所述元信息为时变信息时，更新解码后的目标纠错单元所含的元信息，并对更新元信息的目标纠错单元进行重新编码，且将重新编码后的目标纠错单元写入所述目的数据块。2.如权利要求1所述的数据管理方法，其特征在于，获取目标纠错单元写入所述目的数据块后的RBER预期值，包括：获取所述源数据块中有效页内纠错单元的RBER参考值，并获取所述目的数据块的IRBER值；将所述RBER参考值加上所述IRBER值，得到RBER预期评估值，并将所述RBER预期评估值作为所述目标纠错单元写入所述目的数据块后的RBER预期值。3.如权利要求2所述的数据管理方法，其特征在于，获取所述源数据块中有效页内纠错单元的RBER参考值，包括：根据所述源数据块的有效页地址，对目标页内各纠错单元均进行解码，得到所述目标页内各纠错单元的RBER值；其中，所述目标页为任一所述有效页；从所述目标页内各纠错单元的RBER值中选择最大的RBER值，并将所述最大的RBER值作为所述源数据块中有效页内各纠错单元的RBER参考值。4.如权利要求3所述的数据管理方法，其特征在于，根据所述源数据块的有效页地址，对目标页内各纠错单元均进行解码，包括：根据所述源数据块的有效页地址确定所述源数据块的第一个有效页，以对所述第一个有效页内各纠错单元均进行解码。5.如权利要求2所述的数据管理方法，其特征在于，所述数据管理方法还包括：预先设置所述闪存中不...

【专利技术属性】
技术研发人员：方浩俊，黄运新，杨亚飞，
申请(专利权)人：深圳大普微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：