CN101676872A - 一种固态硬盘的结构及其加速初始化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种固态硬盘的结构，包括总线和其上并列可逆连接内存、软件代码存储器、处理器、ATA/SATA控制器和闪存控制器，总线可逆连接索引数据存储器；固态硬盘加速初始化的方法：通过固态硬盘上的索引数据存储器，使得处理器直接获得每个描述数据块位于闪存存储器的存储地址，并通过闪存控制器直接将闪存存储器上的数据块存入内存，从而完成了固态硬盘的加速初始化。本发明有益效果为：大幅度提高固态硬盘的初始化速度，减少用户等待时间；释放更多的处理器资源，从而提高写效率，很大程度上抑制了地址块的加速老化，避免其失效，延长了固态硬盘的使用寿命，满足人们使用需求，有利于产品的广泛应用。

Description

一种固态硬盘的结构及其加速初始化的方法

技术领域

本发明涉及固态硬盘及其初始化领域，尤其是一种固态硬盘的结构及其加速初始化的方法。

背景技术

固态硬盘初始化是指固态硬盘第一次上电后所必须执行的开机过程，之后固态硬盘才能被正常使用，执行数据读写操作。即固态硬盘在进行开机上电或复位操作后，就需要进行一轮初始化过程，之后才能正常读写固态硬盘。由于固态硬盘多采用闪存存储器做为其用户数据存储的介质，因此需要描述数据块来对其存储的原始数据块进行描述。

如图1所示，现有固态硬盘包括总线、内存、软件代码存储器、处理器、ATA/SATA控制器、闪存控制器和闪存，其结构是：所述总线并列可逆连接内存、软件代码存储器和处理器；所述总线并列可逆连接ATA/SATA控制器和闪存控制器，闪存控制器通过输入/输出串口可逆连接闪存。其在操作时需要从闪存存储器的第一个块地址读取并判断所读取的块是否为描述数据块，如果是则存入内存，如果不是则为原始数据块不存入内存，然后继续下一个(n+1)块的读取和判断，依次反复以上工作，直到读取该闪存存储器中最后一个描述数据块的地址为止。如果一个闪存储储器有1024个块，其中只有两块是数据描述块，且有一块描述数据块的地址为1024块，这需要执行以上步骤1024次。

如图2所示，其初始化流程为：

步骤S201：开机上电或复位；

步骤S202：处理器从软件代码储存器读取代码；

步骤S203：执行软件代码驱动闪存控制器，从第一块数据开始读取；

步骤S204：通过闪存控制器，逐块读取闪存存储器上的数据；

步骤S205：判定所读取的数据是否为描述数据块，如不是则为原始数据块不存入内存并进行下一个块的读取和判断，如是则存入内存；

步骤S206：将此数据块存入内存；

步骤S207：存入内存中的数据块是否为最后一块描述数据，如不是则为原始数据块不存入内存并进行下一个块的读取和判断，如是则存入内存；

步骤S208：将此数据块存入内存；

步骤S209：初始化结束。

由于，在每次存储描述数据块之前，位于固态硬盘中的软件都需要计算出一个最佳存储块地址范围，用于存储描述数据块，因此每次存储的描述数据块的位置都是随机的。这导致每次固态硬盘初始化的时候，都需要读取整个闪存存储器的全部块数据，这些数据既包含描述数据块也包括原始数据块。只有将全部的描述数据块存入内存中才能完成固态硬盘的初始化过程。

这使得其固态硬盘初始化速度慢、效率低，增加了用户等待的时间，降低了计算机性能，如果其固态硬盘存储容量巨大，耗时更多，可能会导致整个计算机系统启动过于缓慢。

同时，由于闪存存储器的存储介质的特性及其有限的寿命，每次对固态硬盘进行写操作时都需要进行块地址转换并更新写入和搽除块的状态标志，以实现延长其寿命并提高写效率，其块地址转换及状态等数据均属于描述数据块中的数据，这些数据也要原始数据块存入于闪存存储器。而描述数据块不能存储于闪存的固定的地址块，这样会使该地址块加速老化而失效，导致整个固态硬盘无法使用，极大地降低了固态硬盘的使用寿命，在一定程度上提高了其综合使用成本，不符合人们需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种固态硬盘的结构及其加速初始化的方法，以克服现有技术固态硬盘初始化速度慢、效率低，及使用寿命短的缺点。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种固态硬盘的结构，包括总线、内存、索引数据存储器、软件代码存储器、处理器、ATA/SATA控制器、闪存控制器和闪存，所述总线并列可逆连接内存、索引数据存储器、软件代码存储器和处理器，所述的索引数据存储器是用以保存固态硬盘加速初始化时所必须的数据，索引数据存储器的初始化数据可以在每次描述数据块位置变更时读取数据、替换数据和保存数据；所述总线并列可逆连接ATA/SATA控制器和闪存控制器，闪存控制器通过输入/输出端口可逆连接闪存。

所述的索引数据存储器可以是一独立于其它目的的专用索引数据储存器，也可以与用于存储软件代码等其它目的存储器共享同一存储器空间。

一种固态硬盘加速初始化的方法，通过固态硬盘上的索引数据存储器，将一个或多个描述数据块原始位置的数据保存变化后的初始化数据存储到索引数据存储器中，在处理器从软件代码储存器读取代码时，通过索引数据存储器中的初始化数据中存储的数据，使得处理器直接获得每个描述数据块位于闪存存储器的存储地址，最后根据从索引数据存储器中获得的每个描述数据块的地址，通过闪存控制器直接将闪存存储器上的数据块存入内存，从而完成了固态硬盘的加速初始化。

其初始化流程为：

步骤S401：开机上电或复位。

步骤S402：处理器从软件代码储存器读取代码。

步骤S403：执行软件代码驱动闪存控制器。

步骤S404：通过索引数据存储器，获得各个描述数据块位于闪存存储器的存储地址。

步骤S405：根据获得的地址，通过闪存控制器直接将闪存存储器上的描述数据块存入内存。

步骤S406：初始化结束。

所述的索引数据存储器在初始化数据读取与保存的方式是：向闪存写入某个描述数据块的数据后，索引数据存储器记录该描述数据块被写在闪存中的位置，当描述数据块因需要进行新的改变并存储在新的闪存的位置上时，需要从索引数据存储器上重新读取初始化数据，获得该被变更的描述数据块原先存在于闪存的位置，将原有的位于初始化数据之中该描述数据块位于闪存的位置信息替换成新的现有的写入位置，描述数据块被修改重新存入闪存后，新变更的位置反应并存储于索引数据存储器的初始化数据中。

所述的在从索引数据存储器中读取初始化数据，获得该被变更的描述数据块原先存在于闪存的位置之后，可从闪存删除该描述数据块原始位置的数据。

其流程为：

步骤S501：向闪存写入某一个或多个描述数据块的数据。

步骤S502：记录该描述数据块被写在闪存中的位置。

步骤S503：从索引数据存储器中读取初始化数据，查找写入的描述数据块的原始位置。

步骤S504：从闪存删除该描述数据块原始位置的数据，该步骤为非必须步骤。

步骤S505：将描述数据块的原始位置替换成新写入闪存的描述数据块的写入位置。

步骤S506：保存变化后的初始化数据到索引数据存储器。

步骤S507：结束。

本发明所述的固态硬盘的结构及其加速初始化的方法的有益效果为：大幅度提高固态硬盘的初始化速度，减少用户等待时间；通过索引数据存储器，使得每一次描述数据块被修改重新存入闪存后，新变更的位置均反应在存储于索引数据存储器的初始化数据中。极大地提高了固态硬盘初始化的速度并释放更多的处理器资源，从而提高写效率，很大程度上抑制了地址块的加速老化，避免其失效，延长了固态硬盘的使用寿命，满足人们使用需求，有利于产品的推广。

附图说明

图1是现有技术中固态硬盘的结构示意图；

图2是现有技术中固态硬盘初始化的一实施例的流程图；

图3是本发明实施例所述的固态硬盘的结构示意图；

图4是本发明实施例所述的固态硬盘加速初始化的流程示意图；

图5是本发明实施例所述的索引数据存储器的初始化数据保存与读取的流程图；

图6是本发明实施例所述的固态硬盘加速初始化的第一实施例的流程图；

图7是本发明实施例所述的固态硬盘加速初始化的第二实施例的流程图。

图中：

1、总线；2、内存；3、索引数据存储器；4、软件代码存储器；5、处理器；6、ATA/SATA控制器；7、闪存控制器；8、闪存；9、输入/输出端口。

具体实施方式

如图3所示，本发明实施例所述的固态硬盘的结构，包括总线1、内存2、索引数据存储器3、软件代码存储器4、处理器5、ATA/SATA控制器6、闪存控制器7和闪存8，所述总线1并列可逆连接内存2、索引数据存储器3、软件代码存储器4和处理器5，所述的索引数据存储器3是用以保存固态硬盘加速初始化时所必须的数据，处理器5读取并执行软件代码存储器4中的代码，索引数据存储器3的初始化数据可以在每次描述数据块位置变更时读取数据、替换数据和保存数据，索引数据存储器3用于协助处理器5中运行的软件(驱动程序)来完成固态硬盘初始化的操作，提高固态硬盘初始化的速度并释放更多的处理器5资源；所述总线1并列可逆连接ATA/SATA控制器6和闪存控制器7，闪存控制器7通过输入/输出端口9可逆连接闪存8。

所述的索引数据存储器3可以是一独立的专用索引数据储存器3，也可以与用于软件代码存储器4等共享同一存储器空间。

所述的内存2又叫易失性存储器，使用时读写速度较快，掉电后其内存储的数据等即刻消失。

所述的索引数据存储器3是用以保存固态硬盘加速初始化时所必须的数据。

所述的软件代码存储器4就是存储指令的地方。

所述的处理器5也称中央处理器，是专门负责执行软件指令的硬件单元，其工作就是从软件代码存储器4中找到指令，并执行每个操作，完成这些工作后就通知软件代码存储器4送来下一条指令。

所述的ATA/SATA控制器6连接固态硬盘及计算机接口的硬件模块计算机通过其硬盘接口通过该模块读取固态硬盘中相应的数据。

所述的闪存控制器7由运行于处理器中的软件所控制的独立于处理器5的专用集成电路所实现读取闪存存储器的硬件模块。

所述的闪存8又叫非易失性存储器，使用时读写速度相对较慢，掉电后其内存储的数据等能够持续保存较长时间。

所述的输入/输出端口9用以连接闪存控制器7和闪存8的可逆串行接口。

所述的描述数据块：包含坏块表、地址映射/转换表、擦除次数计数器等固态硬盘初始化以及进行读写数据时所必须的数据集合，一般存储以一块多块数据的形式存储于固态硬盘的固态存储器上。

所述的固态硬盘初始化：是指固态硬盘第一次上电后所必须执行的开机过程，之后固态硬盘才能被正常使用，执行数据读写操作。

如图4所示，本发明实施例所述的固态硬盘加速初始化的方法是，通过固态硬盘上的索引数据存储器3，将一个或多个描述数据块原始位置的数据保存变化后的初始化数据存储到索引数据存储器3中，在处理器5从软件代码储存器4读取代码时，通过索引数据存储器3中的初始化数据中存储的数据，使得处理器5直接获得每个描述数据块位于闪存存储器的存储地址，最后根据从索引数据存储器3中获得的每个描述数据块的地址，通过闪存控制器7直接将闪存存储器上的数据块存入内存2，从而完成了固态硬盘的加速初始化。

其初始化流程为：

步骤S401：开机上电或复位。

步骤S402：处理器5从软件代码储存器4读取代码。

步骤S403：执行软件代码驱动闪存控制器7。

步骤S404：通过索引数据存储器3，获得各个描述数据块位于闪存存储器的存储地址。如果闪存存储器只有一块描述数据块，则直接从索引数据存储器3中记录的该描述数据块在闪存存储器中的存储地址即可；如果闪存存储器有多块描述数据块，则分别将描述数据块从索引数据存储器3中记录的相应描述数据块在闪存存储器中的存储地址即可。此外，位于索引数据存储器3的初始化数据可以在每次描述数据块位置变更时读取数据、替换数据和保存数据，也可以在第一次上电后一直保存在内存2中，只需要在替换数据后进行保存，以便提高效率，这样读取索引数据存储器3只需要一次。

步骤S405：根据获得的地址，通过闪存控制器7直接将闪存存储器上的描述数据块存入内存2。如果闪存存储器只有一块描述数据块，则直接将其读出并存入内存2中即可；如果闪存存储器有多块描述数据块，则从第一块开始将其读出并存入内存28中，之后读取第一块描述数据块并存入内存2中，依次操作直到将闪存存储器中所有的描述数据块全部读出并存入内存2中为止。

步骤S406：初始化结束。

如图5所示，本发明实施例所述的固态硬盘加速初始化的方法，所述的索引数据存储器3在初始化数据读取与保存的方式是：向闪存8写入某个描述数据块的数据后，索引数据存储器3记录该描述数据块被写在闪存8中的位置，当描述数据块因需要进行新的改变并存储在新的闪存8的位置上时，需要从索引数据存储器3上重新读取初始化数据，获得该被变更的描述数据块原先存在于闪存8的位置，将原有的位于初始化数据之中该描述数据块位于闪存8的位置信息替换成新的现有的写入位置，描述数据块被修改重新存入闪存8后，新变更的位置反应并存储于索引数据存储器3的初始化数据中。

所述的在从索引数据存储器3中读取初始化数据，获得该被变更的描述数据块原先存在于闪存8的位置之后，可从闪存删除该描述数据块原始位置的数据。

其流程为：

步骤S501：向闪存8写入某一个或多个描述数据块的数据。

步骤S502：记录该描述数据块被写在闪存8中的位置。

步骤S503：从索引数据存储器3中读取初始化数据，查找写入的描述数据块的原始位置；位于索引数据存储器3的初始化数据可以在每次描述数据块位置变更时读取数据、替换数据和保存数据，也可以在第一次上电后一直保存在内存中，只需要在替换数据后进行保存，以便提高效率，这样读取索引数据存储器3只需要一次。

步骤S504：从闪存8删除该描述数据块原始位置的数据，该步骤为非必须步骤。

步骤S505：将描述数据块的原始位置替换成新写入闪存8的描述数据块的写入位置；将原有的位于初始化数据之中该描述数据块位于闪存8的位置信息替换成新的现有的写入位置，并将其保存回索引数据存储器3之中，以便下次初始化时使用。

步骤S506：保存变化后的初始化数据到索引数据存储器3；驱动闪存控制器7直接将索引数据存储器3所述的块地址的数据读出并存入内存2中。

步骤S507：结束；索引数据存储器3的初始化数据保存与读取完成。

如图6所示，以闪存存储器中有两块是数据描述块为例，其初始化的流程为：

步骤S601：开机上电后复位操作。

步骤S602：处理器5从软件存储器4中读取代码。

步骤S603：执行软件代码驱动闪存控制器7。

步骤S604：通过索引数据存储器3获得第一块描述数据块位于闪存存储器的存储地址。

步骤S605：根据获得的存储地址通过闪存控制器7直接将闪存存储器上的数据块存入内存2。

步骤S606：通过索引数据存储器3获得第二块描述数据块位于闪存存储器的存储地址。

步骤S607：根据获得的存储地址通过闪存控制器7直接将闪存存储器上的数据块存入内存2。

步骤S608：固态硬盘初始化结束。

如图7所示，以闪存存储器中有五块是数据描述块为例，其初始化的流程为：

步骤S701：开机上电后复位操作。

步骤S702：处理器5从软件存储器4中读取代码。

步骤S703：执行软件代码驱动闪存控制器7。

步骤S704：通过索引数据存储器3获得第一块描述数据块位于闪存存储器的存储地址。

步骤S705：根据获得的存储地址通过闪存控制器7直接将闪存存储器上的数据块存入内存2。

步骤S706：通过索引数据存储器3获得第二块描述数据块位于闪存存储器的存储地址。

步骤S707：根据获得的存储地址通过闪存控制器7直接将闪存存储器上的数据块存入内存2。

步骤S708：通过索引数据存储器3获得第三块描述数据块位于闪存存储器的存储地址。

步骤S709：根据获得的存储地址通过闪存控制器7直接将闪存存储器上的数据块存入内存2。

步骤S710：通过索引数据存储器3获得第四块描述数据块位于闪存存储器的存储地址。

步骤S711：根据获得的存储地址通过闪存控制器7直接将闪存存储器上的数据块存入内存2。

步骤S712：通过索引数据存储器3获得第五块描述数据块位于闪存存储器的存储地址。

步骤S713：根据获得的存储地址通过闪存控制器7直接将闪存存储器上的数据块存入内存2。

步骤S714：固态硬盘初始化结束。

以上所述实施例，只是本发明较优选的具体实施方式，对于本技术领域的专业人员来说，对本发明实施例所做出的任何改进或变更都不会超出本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1、一种固态硬盘的结构，包括总线、内存、索引数据存储器、软件代码存储器、处理器、ATA/SATA控制器、闪存控制器和闪存，所述总线并列可逆连接内存、软件代码存储器、处理器、ATA/SATA控制器和闪存控制器，闪存控制器通过输入/输出端口可逆连接闪存，其特征在于：总线可逆连接索引数据存储器。

2、根据权利要求1所述的固态硬盘的结构，其特征在于：索引数据存储器的初始化数据在每次描述数据块位置变更时读取数据、替换数据和保存数据。

3、根据权利要求1所述的固态硬盘的结构，其特征在于：索引数据存储器是一独立于其它目的的专用索引数据储存器。

4、根据权利要求1所述的固态硬盘的结构，其特征在于：索引数据存储器与软件代码存储器共享同一存储器空间。

5、一种固态硬盘加速初始化的方法，其特征在于：通过固态硬盘上的索引数据存储器，将一个或多个描述数据块原始位置的数据保存变化后的初始化数据存储到索引数据存储器中，在处理器从软件代码储存器读取代码时，通过索引数据存储器中的初始化数据中存储的数据，使得处理器直接获得每个描述数据块位于闪存存储器的存储地址，最后根据从索引数据存储器中获得的每个描述数据块的地址，通过闪存控制器直接将闪存存储器上的数据块存入内存，从而完成了固态硬盘的加速初始化。其初始化流程为：

步骤S401：开机上电或复位。

步骤S402：处理器从软件代码储存器读取代码。

步骤S403：执行软件代码驱动闪存控制器。

步骤S404：通过索引数据存储器，获得各个描述数据块位于闪存存储器的存储地址。

步骤S405：根据获得的地址，通过闪存控制器直接将闪存存储器上的描述数据块存入内存。

步骤S406：初始化结束。

6、根据权利要求5所述的固态硬盘加速初始化的方法，其特征在于：所述的索引数据存储器在初始化数据读取与保存的方式是：向闪存写入某个描述数据块的数据后，索引数据存储器记录该描述数据块被写在闪存中的位置，当描述数据块因需要进行新的改变并存储在新的闪存的位置上时，需要从索引数据存储器上重新读取初始化数据，获得该被变更的描述数据块原先存在于闪存的位置，将原有的位于初始化数据之中该描述数据块位于闪存的位置信息替换成新的现有的写入位置，描述数据块被修改重新存入闪存后，新变更的位置反应并存储于索引数据存储器的初始化数据中。

7、根据权利要求5和6所述的固态硬盘加速初始化的方法，其特征在于：所述的在从索引数据存储器中读取初始化数据，获得该被变更的描述数据块原先存在于闪存的位置之后，从闪存删除该描述数据块原始位置的数据。

8、根据权利要求6和7所述的固态硬盘加速初始化的方法，其特征在于：固态硬盘加速初始化的方法的流程为：

步骤S501：向闪存写入某一个或多个描述数据块的数据。

步骤S502：记录该描述数据块被写在闪存中的位置。

步骤S503：从索引数据存储器中读取初始化数据，查找写入的描述数据块的原始位置。

步骤S504：从闪存删除该描述数据块原始位置的数据。

步骤S505：将描述数据块的原始位置替换成新写入闪存的描述数据块的写入位置。

步骤S506：保存变化后的初始化数据到索引数据存储器。

步骤S507：结束。

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