CN101101569A - 基于多通道闪存设备逻辑条带的自适应控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多通道闪存设备逻辑条带的自适应控制方法，包括以下处理步骤：1)闪存设备中的固件将历史操作信息进行统计，并存储在闪存保留信息区中；2)根据步骤1)中的统计的操作信息情况动态设定各存储分区对应的逻辑条带标识以确定各逻辑条带的大小；3)根据逻辑条带的划分，在读写过程中将数据并行映射到不同通道的存储单元内。采用本发明由于设备可以根据操作历史记录运用算法自适应的设定逻辑条带的大小，提高闪存设备操作效率和延长闪存使用寿命。

Description

基于多通道闪存设备逻辑条带的自适应控制方法

技术领域

本发明涉及一种多通道闪存设备逻辑条带控制方法，具体涉及一个可根据对闪存设备的操作情况进行自适应调整逻辑条带的方法。

背景技术

在存储设备领域中，硬盘一直占据着主导地位，直到闪存存储介质的出现。闪存因为其具有可多次读写、擦除，高密度，大容量，较低的读写操作耗时，以及非易失性，低功耗等特点而逐渐在存储市场异军突起，其市场占有率迅速上升。特别是近年来，随着闪存生产工艺的日趋成熟，其成本价格逐渐降低，同时，后端应用技术也在逐步完善，这些都大大刺激了闪存市场的迅速膨胀，使其逐渐在存储市场上与硬盘平分秋色。但是，闪存由于其自身制造的工艺问题，使其从产生就存在一些不可避免的缺陷，例如闪存读写操作必须要以扇区为单位进行；每颗闪存芯片的读写时序的有效带宽不超过40MB等。这些缺陷成为制约闪存迅速发展的障碍，在其应用过程中，只有先解决了这些障碍，才能更好的发挥闪存的优点。

随着闪存应用技术的逐步提高，用户对设备读写速率的要求也逐渐提高，单颗或者单通道闪存设备的接口带宽已经远远不能满足用户的需求，因此，几乎所有的闪存设备以及闪存控制器的生产厂商都在研发多通道的闪存芯片操作模式。这种多通道的闪存设备其优点在于能够多通道同时进行闪存操作，可以成倍的提高闪存设备的接口带宽。

对于这类多通道的闪存设备，存在一个逻辑条带的划分问题，因为是多个通道同时执行主机的指令，进行读写擦除等操作，对于写入的或者读出的数据必然需要面临如何组织的问题，目前的做法如图2所示，由闪存中的固件根据保留区信息划定闪存设备的n个通道中每个通道的m个页面组成一个逻辑条带(图示中n的值为4，m的值为2)，页面为一个小的存储单元。所有的逻辑条带连接起来，组成一个连续的逻辑存储空间，即用户所看到的设备的存储空间。

但是，在使用过程中，这种组织方法逐渐暴露出一些问题：因为闪存设备面临各种各样的用户，不同的用户有不同的使用目的。例如，一些用户主要用它来存储或者经常的写入一些文件，如果逻辑条带划分相对比较小，每次写操作需要启动多个通道的闪存芯片，当写入目的页面中存在数据时，则需要先将目的区块中的有效数据备份出来，然后擦除该区块，再把有效数据以及该次操作数据写入，对于该写入过程，逻辑条带越小，需要进行擦除的区块也越多，一方面需要更多的操作时间，另一方面对闪存造成了更多的损耗；如果逻辑条带划分比较大，可以使一次写操作尽量落在一个通道内，则目的区块只需要进行一次擦除操作就可以实现该次写入操作，一方面大大节约了写入的时间，另一方面，有效地减少了对闪存的损耗。再比如，如果一些用户只用它来备份一些相对比较小块的文件，使用过程中只需要对其进行不断的读取，这种情况下，如果逻辑条带划分比较大，每次只启动一个读操作，就会导致在读操作过程中，数据都落在一个通道内，操作过程中，只有一个通道被启动，不能达到并行操作的目的，大大降低了设备接口的读速率，而如果逻辑条带能够比较小，这时，数据就会分布在多个通道内，操作过程中多个通道都会被同时启动，设备接口读速率会被成倍的提高。

根据上述可以看出逻辑条带比较恰当的划分对于闪存设备有很大的影响，而目前的闪存存储设备其逻辑条带的划分在其出厂就已经被固化了，即使设备面临不同使用目的用户，其逻辑条带也是固定不变的，这会使其在使用过程中的读写效率以及寿命受到很大的影响，因此，如何解决逻辑条带的划分问题，会对多通道闪存设备产生很大的影响。

发明内容

本发明解决的技术问题是针对现有的闪存设备在操作过程中由于逻辑条带被固化带来的不能针对不同的使用情况调整的问题，提出了一种基于多通道闪存设备逻辑条带的自适应控制方法，通过闪存设备自身采用统计的方法对逻辑条带进行控制，智能的调节逻辑条带的大小，从而解决由于逻辑条带大小不当带来的问题。

本发明提出的基于多通道闪存设备逻辑条带的自适应控制方法，包括以下处理步骤：

1)闪存设备中的固件将历史操作信息进行统计，并存储在闪存保留信息区中；

2)根据步骤1)中的统计的操作信息情况动态设定各存储分区对应的逻辑条带标识以确定各逻辑条带的大小；

3)根据逻辑条带的划分，在读写过程中将数据并行映射到不同通道的存储单元内。

优选的，所述步骤1)中统计的历史操作信息包括：操作块的大小、操作类型、操作次数中的至少一种。

优选的，所述步骤2)具体为根据步骤1)中各操作类型的出现频率，设定逻辑条带大小。

优选的，所述根据各操作类型的出现频率对逻辑条带大小的调整具体为：

设定调整的操作次数门限，每个操作类型对应一个逻辑条带大小，统计各操作类型在次数门限范围内次数，当数据操作次数达到次数门限时，将逻辑条带调整为次数最多的操作类型对应的逻辑条带大小。

优选的，当需要调整逻辑条带的逻辑空间大小时，还包括以下步骤：将闪存设备中存储的已有数据进行数据备份。

优选的，所述步骤1)之前还包括以下步骤：将闪存设备划分成多个逻辑分区，对于每个逻辑分区分别按照步骤1)-3)进行读写控制。

采用本发明闪存逻辑条带自适应控制方法的主要优势在于：逻辑条带的划分是变化的，设备可以根据操作历史记录运用算法自适应的设定逻辑条带的大小，这样可以使设备更好的满足用户需求，提高闪存设备操作效率和闪存使用寿命。

附图说明

图1为闪存芯片物理区块的划分示意图；

图2为多通道闪存存储设备的逻辑块划分示意图；

图3为本发明优选实施例中多通道闪存存储设备小逻辑条带示意图；

图4为本发明优选实施例中多通道闪存存储设备大逻辑条带示意图。

具体实施方式

本发明的重点是通过自适应算法根据闪存历史操作记录设定逻辑条带的大小，适应不同的使用范围和用户，来提高闪存读写操作的效率和闪存使用寿命。

目前大部分闪存芯片的划分方法：每个字节(Byte)包含8个位(Bit)，528个字节组成一个扇区(Secter)，其中包括512字节的有效数据区和16字节的冗余区，4个扇区组成一个页面(Page)，64个页面组成一个物理区块(Block)，如图1所示。对于多通道闪存设备来讲，如图2所示，n个通道中，每个通道的m页面组成一个逻辑条带。其中，n的值是确定的，是设备通道的个数，m的值由设备的策略决定。

逻辑条带是指固件对闪存芯片的物理页面的一种组织划分方法，由于多通道闪存设备是多个通道同时进行操作，因此写入或者读出的数据必然处在不同闪存芯片，所以导致其物理空间的分布是不连续的，但是对于逻辑空间的映射和组织必须是连续的，或者说逻辑条带就是将这些不连续的物理页面组织成一个连续的逻辑空间。

如图1所示为闪存芯片物理区块(Block)的划分示意图，闪存芯片中每个区块包括64个页面(Page)，每个页面包括4个扇区(Sector)，每个扇区有528个字节，其中有512个字节的有效数据区和16个字节的冗余区；

如图2所示为多通道闪存存储设备逻辑条带的划分，图中所示例的通道个数n为4，逻辑条带中每个闪存页面个数m为2，因此，本例所示的多通道闪存设备的逻辑条带的大小为16KB，如图中所示的起始逻辑条带0和任意一个逻辑条带X。

以下通过附图并结合具体实施例对本发明进行详细说明。

将对闪存设备的操作类型档位设定为2k，4k，8k，其中操作类型可以包括：小于2k读，小于2k写，2k-4k读，2k-4k写，4k-8k读，4k-8k写，大于8k读，大于8k写。通道个数为4，其中各档位对应的逻辑条带的大小在本实施例中分别为：小于2k读，小于2k写，2k-4k读，4k-8k读，大于8k读对应逻辑条带为8K；2k-4k写对应逻辑条带为16K；4k-8k写，大于8k写对应逻辑条带为32K。设定一个操作阈值为10,000次，即当闪存设备每被操作10,000次时，对闪存设备的逻辑条带进行一次自适应调整。

闪存设备中的固件将对闪存设备历史操作信息进行统计，并存储在闪存保留信息区中。统计的历史操作信息包括：操作块的大小、操作类型、操作次数，对于本实施例即统计各种操作类型对应的操作次数。当操作总数每达到10,000次，将不同类型的操作进行比较，并设定设备逻辑条带大小为使用频率最高的操作对应的档位。

如图3所示，当用户需要对闪存设备或闪存设备中的某一逻辑分区进行频繁的单次小块数据读操作时，当操作类型为小于2k读，小于2k写或者2k以上大小数据读中的一种的使用频率大于其他类型的使用频率，为了保证闪存设备在这些操作过程中的速度，通过使用本发明实施例，可以对逻辑条带进行相应的调整，如图所示，当数据平均为小于2k大小时，逻辑条带相应的调整为8K，这样，既使得每一次写操作落在一个通道内，能够充分提高写操作的速率，又满足读操作，尽量多的进行并行操作的原则。当闪存设备或者逻辑分区频繁进行2k以上大小数据读操作时，逻辑条带选择最小档例如8K，这样可以在读数据时尽量多的启动通道数，充分的提高存储设备接口的读速率。

如图4所示，当操作类型大于8k写，或者4k-8k写中的一种的使用频率大于其他类型的使用频率，如图所示，把逻辑条带的大小调整为32K。对于当用户需要对闪存设备进行频繁的多次写入操作时，考虑为了保证闪存设备在写操作过程中的效率和接口速率以及对闪存芯片的损耗，通过本发明对逻辑条带进行相应的调整，把逻辑条带的大小调整为32K。由于每个通道的闪存芯片在新数据写入之前，需要先对目的区块的旧数据作擦除操作后，才能将新的数据写入，而区块的擦除是非常耗时间的，同时，又会对闪存芯片的寿命造成损耗，因此需要每次尽量启动比较少的通道。在操作过程中，逻辑条带划分越大，进行的擦除操作越少，操作耗时和对闪存芯片的磨损也越少，既能够有效提高闪存设备接口写速率，又能延长设备寿命。此外，当需要调整逻辑条带的逻辑空间大小时，还需要将闪存设备中存储的已有数据进行数据备份，可以采用通过软件自动备份或者通过人机界面提示用于先备份后调整逻辑空间大小。

对于闪存设备中包括多个逻辑分区的情况，每个逻辑分区分别设置不同的逻辑块大小。设备可以根据用户对不同逻辑分区不同的使用目的，智能的进行逻辑条带大小的调整。

通过以上实施例，对本发明作了说明性描述。此外，本发明可实现的方法包括很多，其主要目的是通过自适应算法根据闪存历史操作记录设定逻辑条带的大小，来提高闪存读写操作的速度和效率以及延长闪存设备的使用寿命。本发明以一种实施例作为说明，可实现的方法有很多，都是在本发明主导思想之下，这些对于本领域技术人员来说都是显然的。此外，本发明提出的存储芯片不仅仅包括NAND，NOR等闪存芯片，其他的需要有相似逻辑条带组织的存储设备都不能认为是脱离本发明的主题思想和使用范围，对于以上这些对本领域技术人员来说是显而易见的，都包含在本发明的范围内。

Claims (6)

1.一种基于多通道闪存设备逻辑条带的自适应控制方法，其特征在于，所述方法包括以下处理步骤：

1)闪存设备中的固件将历史操作信息进行统计，并存储在闪存保留信息区中；

2)根据步骤1)中的统计的操作信息情况动态设定各存储分区对应的逻辑条带标识以确定各逻辑条带的大小；

3)根据逻辑条带的划分，在读写过程中将数据并行映射到不同通道的存储单元内。

2.根据权利要求1所述的基于多通道闪存设备逻辑条带的自适应控制方法，其特征在于，所述步骤1)中统计的历史操作信息包括：操作块的大小、操作类型、操作次数中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的基于多通道闪存设备逻辑条带的自适应控制方法，其特征在于，所述步骤2)具体为根据步骤1)中各操作类型的出现频率，设定逻辑条带大小。

4.根据权利要求3所述的基于多通道闪存设备逻辑条带的自适应控制方法，其特征在于，所述根据各操作类型的出现频率对逻辑条带大小的调整具体为：

设定调整的操作次数门限，每个操作类型对应一个逻辑条带大小，统计各操作类型在次数门限范围内次数，当数据操作次数达到次数门限时，将逻辑条带调整为次数最多的操作类型对应的逻辑条带大小。

5.根据权利要求1或2所述的基于多通道闪存设备逻辑条带的自适应控制方法，其特征在于，当需要调整逻辑条带的逻辑空间大小时，还包括以下步骤：将闪存设备中存储的已有数据进行数据备份。

6.根据权利要求1或2所述的基于多通道闪存设备逻辑条带的自适应控制方法，其特征在于，所述步骤1)之前还包括以下步骤：将闪存设备划分成多个逻辑分区，对于每个逻辑分区分别按照步骤1)-3)进行读写控制。

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