CN101571833B - 存储介质的保护方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种存储介质的保护方法及装置。本发明存储介质的保护方法，其应用于包括若干不同种类存储介质的存储设备中，包括步骤：统一所述存储介质结构和信息的管理；划分逻辑区块；方便寻找到擦写次数最少的物理块；提供擦写次数最少的物理块进行数据存储。本发明使用存储介质的保护方法的装置，通过为数据存储提供符合要求的擦写次数最少的物理块，实现保护装置中存储介质的目的。

Description

存储介质的保护方法及装置

技术领域

本发明涉及存储介质领域，特别涉及一种存储介质的保护方法及装置。

背景技术

随着闪存技术的发展，闪存介质的类型越来越多。现有技术中，为达到某种特殊目的，将不同类型的闪存介质应用到同一个闪存设备中。但是已有的闪存设备中对闪存介质的保护方法只能适应于只存在一种闪存介质的情况，而不能同时适应多种闪存介质，因此已经不能应用于上述包括多种闪存介质的闪存设备。

发明内容

本发明的目的之一为提供一种存储介质的保护方法及装置，实现存储设备的使用寿命最大化。

本发明提出一种存储介质的保护方法，其应用于包括若干不同种类存储介质的存储设备中，包括步骤：

统一所述存储介质结构和信息的管理；

划分逻辑区块；方便寻找到擦写次数最少的物理块；

提供擦写次数最少的物理块进行数据存储。

优选地，所述统一存储介质结构至少包括统一存储介质物理结构。

优选地，所述统一存储介质物理结构至少包括统一存储介质物理区块与物理地址的对应关系。

优选地，所述对应关系统一存储介质物理区块与物理地址的对应关系是将若干物理区块组成大的物理区块与物理地址对应。

优选地，所述统一存储介质信息的管理至少包括统一存储介质寿命信息的管理。

优选地，所述寿命信息至少包括擦写次数。

优选地，所述统一存储介质寿命信息的管理方式是将所述存储设备中存储介质的最大擦写次数，统一设置为各存储介质实际最大擦写次数的公倍数；各存储介质在寿命信息中记录的擦写次数的计算式为：擦写次数＝实际擦写次数*公倍数/最大擦写次数。

优选地，所述提供擦写次数最少的物理块进行数据存储包括步骤：

判断是否从空块池中提取空的物理块；若是，进行下一步骤；若否，进行数据存储；

判断空块池中空的物理块是否够用；若是，则从空块池中提取擦写次数最少的空的物理块；若否，则回收无效块；

判断所提取空的物理块是否为老化块；若是，则执行静态替换；若否，则提供所提取空的物理块进行数据存储。

优选地，所述回收无效块的步骤包括：

寻找占有额外块多的区；

从所述占有额外块多的区中找合适回收的逻辑块；

从空块池中取出擦写次数最少的空的物理块；

用所述擦写次数最少的空的物理块回收所述合适回收的逻辑块中物理块。

优选地，所述静态替换的步骤包括：

找出擦写次数最少的区；

从擦写次数最少的区中找到擦写次数最少的逻辑块；

从空块池中取出老化块；

用所述老化块回收擦写次数最少的逻辑块。

优选地，所述从空块池中取出老化块的步骤之前还包括步骤：

判断所述擦写次数最少的逻辑块是否为热区域；是，寻找下一逻辑块；否，进行从下一步骤。

本发明还提出一种存储介质的保护装置，所述保护装置包括若干不同种类的存储介质，所述保护装置至少还包括：

结构和信息统一模块，统一所述存储介质的结构和信息；

逻辑区块划分模块，划分逻辑区块；方便寻找到擦写次数最少的物理块；

物理块提供模块，提供擦写次数最少的物理块进行数据存储。

本发明通过为数据存储提供符合要求的擦写次数最少的物理块，实现保护存储介质的目的。

附图说明

图1是本发明第一实施例方法步骤示意图；

图2是本发明第二实施例方法步骤示意图；

图3是本发明第三实施例方法步骤示意图；

图4是本发明第四实施例方法步骤示意图；

图5是本发明第五实施例装置结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

本发明提出第一实施例，提供一种存储介质的保护方法，由于在包括不同类型存储介质的存储设备中，存储介质的可擦写次数和/或利用率不同，使存储设备利用不充分；本发明实施例通过为数据存储提供擦写次数最少的物理块，使物理块利用充分，实现存储设备的使用寿命最大化。

请参阅图1，本实施例的保护方法，应用于包括若干不同种类存储介质的存储设备中，步骤包括：

步骤S10，统一所述存储介质的结构和信息；

步骤S11，划分逻辑区块；方便寻找到擦写次数最少的物理块；

步骤S12，提供擦写次数最少的物理块进行数据存储。

如步骤S10所述，由于上述存储设备中包括不同类型的存储介质，存在结构和信息不统一的问题。假设，上述存储设备包括第一、第二存储介质，简单组合可至少使此第一、第二存储介质结构和信息不统一，造成上述存储设备不能访问，需要将其分别具有的结构和信息统一成一体，使上述存储设备可以进行数据存储。

存储设备首先需要获取每一存储介质的配置，此配置包括存储介质容量、物理块的大小、页的大小和访问时钟周期等；维护和记录所述存储介质的配置信息；且还需对不同类型的存储介质的物理结构进行统一。所述物理结构统一包括物理块大小统一和页大小统一。

假设，上述第一存储介质的物理块包括64页，每页2K；第二存储介质的物理块包括128页，每页2K；简单组合可使此两存储介质的物理结构不统一，其各自的物理块与物理地址无法统一对应，造成存储设备不能访问。因此，需将上述两存储介质的物理块大小和页大小统一，使物理块与物理地址统一对应，实现存储设备的地址可连续访问。

由于上述两存储介质的物理块大小不统一，需将第一存储介质包括64页的物理块两两组合成包括128页的大物理块，与第二存储介质组合达成统一。如上述第一存储介质组合前物理块的好块从0开始依次计算为0，1，3，5……，那么组合前地址为0和1的好块，在组合后大的物理块中的地址为0，组合前3和5的好块在大的物理块中的地址为1，依次类推；并将上述组合信息(如大物理块包括几个组合前物理块和每个组合前物理块对应的实际物理地址等)及物理块的配置信息(物理块属于哪一存储介质等)记录在存储设备中，方便寻址(如组合前物理块地址为3和5的好块中各包含64页，需访问组合后地址为1的大的物理块中第80页，首先查询地址为3的好块，由于页数不够，再访问地址为5的好块，由80-64＝16得出需要访问的页是地址为5的好块的第16页)。

在本实施例的两存储介质物理块的页的大小都是2K，无需再统一。如果存储设备的各存储介质物理块的页大小不统一，需按照上述统一物理块大小的方式对各存储介质物理块的页大小进行统一。

上述存储介质信息也需统一，该信息至少包括寿命信息，即存储介质的擦写次数。比如，上述存储设备包括最大擦写次数分别为100000次和5000次的两存储介质，在该两存储介质各使用擦除5000次后，其中一存储介质达到最大擦写次数，导致该存储设备不能使用，使另一存储介质浪费95000次的擦写次数，因此有必要将存储设备中的各存储介质最大擦写次数统一。上述的存储设备，为使其中的不同类型存储介质同步均匀老化，对上述存储设备设置统一的最大擦写次数，此最大擦写次数为各存储介质最大擦写次数的公倍数；各存储介质在寿命信息中记录的擦写次数的计算式为：擦写次数＝实际擦写次数*公倍数/最大擦写次数。为统一最大擦写次数，将上述存储设备的两存储介质的最大擦写次数设为100000(在本实施例中为方便计算取最小公倍数)，上述最大擦写次数为100000的存储介质每执行一次擦除，对应在寿命信息中记录的擦写次数增加1次，而最大擦写次数为5000的存储介质每执行一次擦除，对应在寿命信息中记录的擦写次数增加20次。使两存储介质在寿命信息中所记录的最大擦写次数实现统一。

如步骤S11所述，将上述存储介质统一划分为若干逻辑区块，以方便寻址访问或数据存储。

为更有效地对存储设备进行管理，可以将存储设备的存储空间从逻辑上划分成若干区(Zone)，每区包含若干逻辑块；通过扫描存储设备各区中的逻辑块和物理块对应存储设备的物理地址，生成区地址映射表。对于含有8192逻辑块的存储设备，若每区包含256逻辑块，则可以分成32区。但由于存储设备包含无效物理块，损失掉一部分空间，因此在划分区时，需在当前区分配满逻辑块后再将剩余的逻辑块分配给下一区，比如，若8192逻辑块中有8100有效逻辑块，则仍然可以分成32区，前31区包含256逻辑块，而第32区只包含164逻辑块。其中，上述存储设备的一逻辑块在初始时只对应一物理块，且该存储设备设有空块池，将有空的物理块置入其中；为更有效地存储数据，逻辑块可在存储设备的空块池中提取额外的物理块，使得一逻辑块中可包含若干物理块；当空块池中物理块不够用，再从包括额外物理块的逻辑块中进行回收。

如步骤S12所述，为数据存储提供符合要求的擦写次数最少的物理块，使物理块的使用均匀。

本实施例，通过充分利用存储设备中的物理块，实现存储设备的使用寿命最大化。

基于上述实施例，本发明提出第二实施例。请参阅图2，所述提供擦写次数最少的物理块进行数据存储步骤包括：

步骤S120，判断是否从空块池中提取空的物理块；若是，则进行步骤S121；若否，则进行步骤S127；

步骤S121，判断空块池中空的物理块是否够用；若是，则进行步骤S123；若否，则进行步骤S122；

步骤S122，回收无效块；

步骤S123，从空块池中提取擦写次数最少的空的物理块；

步骤S124，判断所提取空的物理块是否为老化块；若是，则进行步骤S125；若否，则进行步骤S127；

步骤S125，执行静态替换；

步骤S126，提供擦写次数最少的空的物理块；

步骤S127，进行数据存储。

如步骤S120所述，若存储设备进行存储的物理块剩余空间不足以进行本次数据存储，则需判断空块池中空的物理块是否够用，执行步骤S121；否则，进行数据存储，执行步骤S127。

如步骤S121所述，所谓空的物理块不足，是个相对的概念，在存储设备初始化时，一逻辑块对应一物理块；同时为提高读写速度，在存储设备中预留有若干空的物理块。在存储设备进行数据存储过程中，空的物理块可能不断地被取走，数量越来越少，当空的物理块数量少于所设定的最小剩余量，则为空的物理块不足。比如，空块池总共有100空的物理块，设定5块空的物理块为预留的空的物理块下限，当空块池中空的物理块数量少于5时，则判断为空的物理块不足。若判定为空的物理块够用，提供符合要求的擦写次数最少的空的物理块进行数据存储，进行步骤S123；否则，需回收无效块，进行步骤S122。

如步骤S122所述，回收无效块，补充空块池中空的物理块的数量。

如步骤S123所述，从空块池提取本空块池中擦写次数最少的空的物理块，进行数据存储。

如步骤S124所述的老化块，是一个相对的概念，在写操作的过程中，块寿命信息中记录逻辑块的擦写次数、物理块的总擦写次数和/或平均擦写次数。当物理块的擦写次数超过平均擦写次数一定阈值(此阀值可以是常量也可以是动态变值；作常量时可初始设定，作动态变值时先赋初值，且所述初值可为上述常量)时，则认为此物理块是老化块。平均擦写次数是对物理块而言，存储设备中物理块的个数不一定是2的n次方，计算平均值时就不能通过移位获得，用除法计算会非常麻烦。本发明实施例中，平均擦写次数是通过加减法实现，例如某存储设备的物理块共有10000，对某物理块执行擦写操作，该存储设备的总擦写次数就会增加1，总擦写次数增加到物理块总数即10000，平均擦写次数加1，总擦写次数重新开始计算。设定平均擦写次数阈值为5，当某一个物理块的块擦写次数超过5次，则该物理块属于老化块。当所提取空的物理块为老化块，执行静态替换；否则，进行数据存储。

其中，所述阈值T的为动态变值的计算式为：

T＝μ(E-A)                                    (1)

计算式(1)中，μ是一系数，E为存储介质中物理块能承受的擦写次数，此值由存储介质的种类决定；A为平均擦写次数，在使用过程中会逐渐增大；由上述计算式可知，T就与E成正比，与A成反比。对于不同的存储设备，E越大，对应的阈值就越大；在存储设备使用初期，对老化块判断的条件宽松，可减少由于搬迁造成的额外损耗。对于一具体的存储设备，由于使用的存储介质是固定的，因此E也是固定的，T的取值就只与A成反比。在使用过程中，随着A不断增大，T慢慢收缩，当整块存储设备逐渐老化，A接近E时，T也慢慢收缩直到0。存储介质中所有的物理块的擦写次数就都慢慢的接近A。

在存储设备使用初期，物理块的擦写次数波动范围会比较大，有效减少由于搬迁造成的额外损耗。随着使用过程中A不断增大，T逐渐收缩，物理块的擦写次数波动范围逐渐变小，所有物理块的擦写次数也越来越平均，不至于有单个物理块很快超出E而使整块存储设备不能使用，可最大限度的利用所有物理块。

如步骤S125所述，执行静态替换，用老化块替换出擦写次数最少的物理块进行数据存储。

如步骤S126所述，提供符合要求的擦写次数最少的空的物理块。

如步骤S127所述，使用物理块进行数据存储，实现对存储设备中存储介质的保护。

基于上述实施例，本发明提出第三实施例。

请参阅图3，上述步骤S122回收无效块可包括步骤包括：

步骤S1220，寻找占有额外块较多的区；

步骤S1221，从所述占有额外块较多(两个及以上)的区中找合适回收的逻辑块；

步骤S1222，从空块池中取出擦写次数最少的空的物理块；

步骤S1223，用所述擦写次数最少的空的物理块回收所述合适回收的逻辑块中的物理块。

如步骤S1220所述，找出存储设备中占用额外的物理块多的区，保证有足够的逻辑块供选择用于回收。

如步骤S1221所述的合适回收的逻辑块可以是包含额外物理块的数量多的逻辑块，额外物理块越多，该逻辑块回收效率越高，回收时优先选择额外物理块多的逻辑块；上述逻辑块还需要包含擦写次数最少的物理块，而且若该逻辑块中擦写次数最少的物理块的擦写次数太多，则也不能选用此逻辑块进行回收。

为达到回收和平衡的目的，对于可以回收的逻辑块(至少占用两个及以上物理块)，建立计算模型，通过该计算模型的计算，得出该回收的逻辑块的适合程度。该计算模型的计算式为：

c＝10000+μa-b                                (2)

计算式(2)中的c值越大，则该逻辑块越适合回收；上述模型中a表示额外物理块数；b表示逻辑块所包含物理块的最小擦写次数；μ是一系数，该系数直接决定a占的比重。通过固件获得c值最大的逻辑块，该逻辑块即为合适回收的逻辑块。

如步骤S1222所述，从空块池中取出擦写次数最少的空的物理块。

如步骤S1223所述，用上述擦写次数最少的空的物理块回收找到的合适的逻辑块，将该擦写次数最少的空的物理块映射到该合适的逻辑块，并将该合适的逻辑块中的有效数据搬入该擦写次数最少的空的物理块中。擦除原逻辑块中对应或包含的物理块，并将此擦除物理块放入到空块池中。

由此可见，所述回收无效块是将占用额外物理块的逻辑块中的有效数据搬到一个空的物理块中，并将此空物理块与之前的逻辑块建立对应关系，擦除有效数据的物理块，放入空块池，使空块池中空的物理块数量增加。

基于上述实施例，本发明提出了第四实施例。

请参阅图4，上述步骤S125执行静态替换的步骤包括：

步骤S1250，找出擦写次数最少的区；

步骤S1251，从擦写次数最少的区中找到擦写次数最少的逻辑块；

步骤S1252，判断所述擦写次数最少的逻辑块是否为FAT表(文件分配表)所在区域和/或是否刚完成上几次操作；是，寻找下一逻辑块；否，进行从下一步骤；

步骤S1253，从空块池中取出老化块；

步骤S1254，用所述老化块回收擦写次数最少的逻辑块。

如步骤S1250所述，找出存储设备中符合要求的擦写次数最少的区；此擦写次数最少的区是存储设备的寿命信息所记录的擦写次数最少的区。区的擦写次数为本区逻辑块的擦写次数的平均值；当区中包含的逻辑块的数量不是2的n次方，如前步骤S11中所述的第32区只包含164个块，不能通过移位来计算平均值，如果用除法计算会非常麻烦。且区内有效块较少时，应该相应地减少在此区内寻找逻辑块做静态搬迁的概率。本实施例中，采用近似取值的方法来求得逻辑块的擦写次数的平均值。当逻辑块数大于或者等于2的(n-1)次方小于2的n次方，取近似值2的(n-1)次方。如前所述的164块，就是取128(2的7次方)计算，这样求得的平均值会比实际值大，也就是逻辑块的平均擦写次数偏大，相应地减少找到此区做静态搬迁的概率，同时也方便计算。

如步骤S1251所述，找到存储设备中符合要求的擦写次数最少的区后，再根据寿命信息的记录，在该擦写次数最少的区中找到擦写次数最少的逻辑块。所述逻辑块的擦写次数是指逻辑块所包含的物理块中擦写次数最少的物理块的擦写次数。

如步骤S1252所述，判断所述擦写次数最少的逻辑块是否为FAT表所在区域和/或是否刚完成上几次操作；若是，则寻找下一逻辑块；若否，则进行下一步骤。

判断所述擦写次数最少的逻辑块是否为热区域(频繁操作的区域)，包括FAT表所在区域和/或刚完成上几次操作；本实施例中着重描述需判断所述擦写次数最少的逻辑块是否为FAT表所在区域和刚完成上几次操作的情况；本实施例中先进行步骤S12520，判断所述擦写次数最少的逻辑块是否为FAT表所在区域；若是，则寻找剩余逻辑块中擦写次数最少的逻辑块；若否，则进行下一步骤。在进行步骤S12521时，判断所述擦写次数最少的逻辑块是否刚完成上几次操作；若是，则寻找剩余逻辑块中擦写次数最少的逻辑块；若否，则进行下一步骤。

如步骤S1253所述，从空块池中取出上述步骤S124判定为老化块的物理块。

如步骤S1254所述，用所述老化块回收符合要求的擦写次数最少的逻辑块中物理块。若所述擦写次数最少的逻辑块中的物理块存有数据，则将所找到的擦写次数最少的逻辑块中的物理块所存有的数据搬迁到所述老化块中，并将该擦写次数最少的逻辑块中的擦除后物理块放入空块池中，完成静态替换。

基于上述实施例，本发明提出第五实施例。请参阅图5，提供一种存储介质的保护装置，所述装置包括若干不同种类的存储介质，所述装置至少还包括：

结构和信息统一模块101，统一所述存储介质的结构和信息；

逻辑区块划分模块102，利用上述统一的存储介质的结构和信息，划分逻辑区块；方便寻找到擦写次数最少的物理块；

物理块提供模块103，在划分逻辑区域后，为数据存储提供符合要求的擦写次数最少的物理块。

所述存储介质可为闪存和/或其他存储介质。

本发明实施例，在包括不同种类存储介质的存储设备中，通过对存储介质进行结构和信息的统一，为数据存储提供符合要求的擦写次数最少的物理块，实现保护存储装置中存储介质的目的。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种存储介质的保护方法，其应用于包括若干不同种类存储介质的存储设备中，其特征在于，包括步骤：

统一所述存储介质结构和信息的管理；

划分逻辑区块，以便寻找到擦写次数最少的物理块；以及

提供擦写次数最少的物理块进行数据存储；

其中，所述统一存储介质结构和信息的管理步骤至少包括：统一存储介质物理区块与物理地址的对应关系，以及将所述存储设备中存储介质的最大擦写次数，统一设置为各存储介质实际最大擦写次数的公倍数。

2.根据权利要求1所述存储介质的保护方法，其特征在于，所述统一存储介质物理区块与物理地址的对应关系是将若干物理区块组成大的物理区块与物理地址对应。

3.根据权利要求1所述存储介质的保护方法，其特征在于，各存储介质信息中记录的擦写次数的计算式为：擦写次数＝实际擦写次数*公倍数/最大擦写次数。

4.根据权利要求1所述存储介质的保护方法，其特征在于，所述提供擦写次数最少的物理块进行数据存储包括步骤：

判断是否从空块池中提取空的物理块；若是，进行下一步骤；若否，进行数据存储；

判断空块池中空的物理块是否够用；若是，则从空块池中提取擦写次数最少的空的物理块；若否，则回收无效块；

判断所提取空的物理块是否为老化块；若是，则执行静态替换；若否，则提供所提取空的物理块进行数据存储。

5.根据权利要求4所述存储介质的保护方法，其特征在于，所述回收无效块的步骤包括：

寻找占有额外块多的区；

从所述占有额外块多的区中找合适回收的逻辑块；

从空块池中取出擦写次数最少的空的物理块；

用所述擦写次数最少的空的物理块回收所述合适回收的逻辑块中的物理块。

6.根据权利要求4所述存储介质的保护方法，其特征在于，所述静态替换的步骤包括：

找出擦写次数最少的区；

从擦写次数最少的区中找到擦写次数最少的逻辑块；

从空块池中取出老化块；

用所述老化块回收擦写次数最少的逻辑块。

7.根据权利要求6所述存储介质的保护方法，其特征在于，所述从空块池中取出老化块的步骤之前还包括步骤：

判断所述擦写次数最少的逻辑块是否为热区域；是，寻找下一逻辑块；否，进行从下一步骤。

8.一种存储介质的保护装置，所述保护装置包括若干不同种类的存储介质，其特征在于，所述保护装置至少还包括：

结构和信息统一模块，统一所述存储介质的结构和信息；

逻辑区块划分模块，划分逻辑区块，以便寻找到擦写次数最少的物理块；以及

物理块提供模块，提供擦写次数最少的物理块进行数据存储；

其中，所述统一存储介质的结构至少包括统一存储介质物理区块与物理地址的对应关系，所述统一存储介质的信息是将所述存储介质的最大擦写次数，统一设置为各存储介质实际最大擦写次数的公倍数。

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