CN101702139B - 一种访问Nand闪存数据的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种访问Nand闪存数据的方法，创建Nand缓存，在访问Nand闪存数据时，先根据要访问的Nand闪存的线性地址，计算出要访问的Nand闪存的物理块号(WriteBlockNum)，再根据WriteBlockNum和各缓存块的管理信息中的命中块号判断是否在Nand缓存中命中缓存块，如果命中，则对命中的缓存块进行访问；如果未命中，则在访问为写操作时，申请缓存块，并将WriteBlockNum记录到命中块号，再对此缓存块进行写操作；在访问为读操作时，直接从Nand闪存中读取数据；本发明同时还公开了一种访问Nand闪存数据的装置；采用本发明的方案大大提高了对Nand闪存的读写速度。

Description

一种访问Nand闪存数据的方法和装置

技术领域

本发明涉及数据存储技术，尤指涉及一种访问Nand闪存数据的方法和装置。 

背景技术

NOR和Nand是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。Intel于1988年首先开发出NOR闪存(Flash)技术，彻底改变了原先由EPROM和EEPROM一统天下的局面。紧接着，1989年，东芝公司发表了Nand Flash结构，这种结构强调降低每比特的成本、更高的存储性能，并且能像磁盘一样可以通过接口轻松升级。 

Nand Flash已经成为消费类应用中用作海量存储的主要选择，因为它相比NOR Flas h而言具有单位比特成本更低、存储密度更高的优势，并且具有比硬盘更小的尺寸、更低的功耗以及更可靠的优势。 

正因如此，在嵌入式应用中，Nand Flash被越来越多的产品所采用，如媒体播放器，数码相机、数码相框、便携式导航仪、U盘、机顶盒、智能手机等。 

Nand Flash由大量的物理块组成，其操作特点为：擦除操作的最小单位是块，且Nand Flash数据的每一位只能从1变为0，而不能从0变为1。因此，对Nand Flash进行写操作之前一定要先擦除整个物理块。然而，在对Nand Flash以文件形式操作时，大部分时间只需改变一个物理块的部分数据，并不需要改变整个物理块，但由于Nand Flash的特点，一次只能操作整个物理块，这就导致会频繁的对Nand Flash进行读写操作。 

在嵌入式系统中，由于Nand Flash是一个低速设备，频繁地读写Nand Flash势必影响整个系统的性能，同时也会影响Nand Flash的寿命。 

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种访问Nand闪存数据的方法和装置，在提高对Nand Flash读写速度的同时，降低对Nand Flash擦写次数。 

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的： 

本发明提供的一种访问Nand闪存数据的方法，该方法包括： 

创建Nand缓存，初始化Nand缓存中各缓存块管理信息中的命中块号； 

在对Nand闪存数据访问时，根据要访问的Nand闪存的线性地址，计算出要访问的Nand闪存的物理块号； 

根据所述物理块号和命中块号判断是否命中缓存块，如果命中，则对命中的缓存块进行访问；如果未命中，则在写操作时，在Nand缓存中申请未使用的缓存块，并将所述物理块号记录到命中块号，再对此缓存块进行写操作；在读操作时，根据要读的线性地址，从Nand闪存中读取数据。 

上述方案中，所述创建Nand缓存具体为：以Nand闪存中的物理块为单位创建Nand缓存，Nand缓存由若干个缓存块组成，缓存块数不超过Nand闪存中的物理块数，其中每个缓存块的大小与物理块的大小相同。 

上述方案中，所述计算出要访问的Nand闪存的物理块号具体为：物理块号等于要访问的Nand Flash的线性地址与Nand Flash的物理块大小的比值。 

上述方案中，所述根据所述物理块号和命中块号判断是否命中缓存块具体为：在Nand缓存中查找与所述物理块号相同的命中块号的缓存块，如果查找到，则为命中；如果未查找到，则为未命中。 

上述方案中，在Nand缓存中没有未使用的缓存块供申请时，该方法进一步包括：计算各缓存块的命中率，将命中率最低的缓存块进行同步处理后，作为未使用的缓存块。 

上述方案中，所述计算各缓存块的命中率的方法具体为：将缓存块的访问次数与在第一次访问所述缓存块之后Nand缓存的访问次数的比值作为命中率。 

上述方案中，该方法进一步包括：在系统重启、设备卸载或者在一段时间内没有对Nand缓存进行访问时，对Nand缓存中所有已使用且数据相对于Nand闪存有更改的缓存块进行同步处理。 

本发明提供的一种访问Nand闪存数据的装置，该装置包括：创建模块、初始化模块、物理块号计算模块、命中判断模块、缓存块申请模块、读缓存模块、写缓存模块、读闪存模块；其中， 

创建模块，用于创建Nand缓存，并建立Nand缓存中各缓存块的管理信息中的命中块号； 

初始化模块，用于初始化Nand缓存中各缓存块管理信息中的命中块号； 

物理块号计算模块，用于根据要访问的Nand闪存的线性地址，计算出要访问的物理块号； 

命中判断模块，用于根据所述物理块号和命中块号判断是否命中缓存块，如果命中，则根据访问为读操作通知读缓存模块，根据访问为写操作通知写缓存模块；如果未命中，则在访问为写操作时，通知缓存块申请模块；在访问为读操作时，通知读闪存模块； 

缓存块申请模块，用于申请未使用的缓存块，并将所述物理块号记录到命中块号，将所述未使用的缓存块作为命中的缓存块，通知写缓存模块； 

读缓存模块，用于读命中的缓存块的数据； 

写缓存模块，用于将数据写入命中的缓存块； 

读闪存模块，用于根据要读的线性地址，从Nand闪存中读取数据。 

上述方案中，所述装置进一步包括命中率模块、同步模块；其中， 

命中率模块，用于计算各缓存块的命中率，并将命中率最低的缓存块通知给同步模块； 

同步模块，用于对命中率最低的缓存块进行同步处理；或者在系统重启、设备卸载或者在一段时间内没有对Nand缓存进行访问时，对Nand缓存中所有已使用且数据相对于Nand闪存有更改的缓存块进行同步处理； 

所述缓存块申请模块，还用于在Nand缓存中没有未使用的缓存块给缓存块申请模块申请时，通知命中率模块。 

本发明所提供的访问Nand闪存数据的方法和装置，预先创建Nand缓存(NandBuf)，并初始化各缓存块(BlockBuf)的管理信息中的命中块号(HitBlockNum)；在对Nand Flash数据访问时，计算出要访问的Nand Flash的物理块号(WriteBlockNum)，再根据WriteBlockNum和命中块号判断是否命中BlockBuf，如果命中，则对命中的BlockBuf进行访问；如果未命中，则在写操作时，申请BlockBuf，并将WriteBlockNum记录到HitBlockNum，再进行写操作；在读操作时，根据要读的Nand Flash的线性地址，从Nand Flash中读取数据。如此，可实现对Nand Flash数据的访问。由于本发明的方案采用了数据缓存的方式，缓存的读写速度远远高于Nand Flash设备的读写速度，因此大大提高了对Nand Flash的读写速度；同时，不用在每次写操作时对Nand Flash的物理块进行擦除，降低了对Nand Flash的擦写次数，延长了Nand Flash的寿命。 

附图说明

图1为本发明实现访问Nand闪存数据的方法的流程示意图； 

图2为本发明实现访问Nand闪存数据的装置的结构示意图。 

具体实施方式

本发明的基本思想是：创建NandBuf，初始化NandBuf中各BlockBuf的管理信息中的HitBlockNum；在对Nand Flash数据访问时，先计算出要访问的WriteBlockNum，再根据WriteBlockNum和HitBlockNum判断是否命中BlockBuf，如果命中，则对命中的BlockBuf进行访问；如果未命中，则在写操作时，申请BlockBuf，并将WriteBlockNum记录到HitBlockNum，再对此BlockBuf进行写操作；在读操作时，根据要读的Nand Flash的线性地址，从Nand Flash中读取数据。 

其中，所述根据WriteBlockNum和HitBlockNum判断是否在NandBuf中命中BlockBuf具体为：在NandBuf中查找与WriteBlockNum相同的命中块号的BlockBuf，如果查找到，则为命中；如果未查找到，则为未命中。 

下面通过附图及具体实施例对本发明再做进一步的详细说明。 

本发明实现访问Nand闪存数据的方法，如图1所示，该方法包括以下几个步骤： 

步骤101：创建NandBuf，并初始化NandBuf各BlockBuf的管理信息中的HitBlockNum； 

具体为，预先以Nand Flash中的物理块为单位创建NandBuf，NandBuf由若干个BlockBuf组成，数量不超过Nand Flash中的物理块的数量，其中每个BlockBuf的大小与Nand Flash中的物理块的大小相同；对每个BlockBuf还需要建立各自的管理信息，包括：HitBlockNum，用于记录WriteBlockNum； 

所述初始化NandBuf各BlockBuf的管理信息中的命中块号，具体为初始化NandBuf各BlockBuf的管理信息中的命中块号为-1，表示未记录； 

在本步骤中，所述管理信息进一步包括：缓存块状态标志(status)、缓存块起始计数值(HitCntStart)、命中计数器(HitAccessTimes)；其中， 

Status包括unused、clean、dirty三种状态，其中，unused状态表示此BlockBuf没有被使用；clean状态表示此BlockBuf已经使用，而且BlockBuf中的数据和Nand Flash中的数据一致；dirty状态表示此BlockBuf已经使用，但BlockBuf中的数据相对nand中的数据有更改；初始化为unused； 

HitCntStart，用于在BlockBuf命中某一物理块时，缓存BufAccessCnt的当前值，初始化为0； 

HitAccessTimes，用于记录在BlockBuf命中期间，对BlockBuf访问的次数，初始化为0； 

进一步的，还需为NandBuf建立缓存访问计数器(BufAccessCnt)，用于记录NandBuf的访问次数，初始化为0。 

步骤102：在对Nand Flash数据访问时，根据要访问的Nand Flash的线性地址，计算出要访问的WriteBlockNum； 

本步骤中，所述计算出要访问的WriteBlockNum的方法为：WriteBlockNum＝(线性地址)/(块大小)，其中，块大小为NandFlash的物理块大小，目前 有16K，128K等几种类型。 

步骤103：根据WriteBlockNum和HitBlockNum判断是否在NandBuf中命中BlockBuf，如果命中且访问为写操作，则执行步骤104；如果命中且访问为读操作，则执行步骤106；如果未命中且访问为写操作，则执行步骤105；如果未命中且访问为读操作，则执行步骤107； 

具体的，在NandBuf中查找与WriteBlockNum相同的HitBlockNum的BlockBuf，如果查找到，则为命中，那么，访问为写操作时，执行步骤104，访问为读操作时，执行步骤106；如果未查找到，则为未命中，那么，访问为写操作时，执行步骤105，访问为读操作时，执行步骤107。 

步骤104：根据访问为写操作，将数据写入命中的BlockBuf，流程结束； 

本步骤中进一步包括：将命中的BlockBuf的管理信息中BufAccessCnt、HitAccessTimes各加1；还包括在Status为clean时，更新为dirty； 

步骤105：根据访问为写操作，在NandBuf中申请一个未使用的BlockBuf，把要写的Nand Flash的物理块的数据读入申请的BlockBuf，并将WriteBlockNum记录到HitBlockNum，此BlockBuf作为命中的BlockBuf，再执行步骤104； 

本步骤中进一步包括：在NandBuf中申请一个Status为unused的BlockBuf，更新申请的BlockBuf的管理信息中Status为clean，HitCntStart为BufAccessCnt当前值； 

进一步的，所述在NandBuf中没有未使用的BlockBuf时，则计算各BlockBuf的命中率，将命中率最低的BlockBuf进行同步处理后，作为未使用的BlockBuf；其中，所述计算各BlockBuf的命中率的方法一般有两种： 

第一种，将BlockBuf的访问次数与在第一次访问所述BlockBuf之后NandBuf的访问次数的比值作为命中率，比值大，说明命中率高；否则，说明命中率低；第二种，将BlockBuf的访问次数与访问BlockBuf所用的时间的比值作为命中率；比值大，说明命中率高；否则，说明命中率低。 

本发明的实施例中采用第一种方法，即： 

命中率＝HitAccessTimes/(BufAccessCnt-HitCntStart)； 

所述同步处理为：根据BlockBuf的HitBlockNum，将BlockBuf的数据回写到相应的Nand Flash的物理块中，更新其status为unused，HitCntStart为-1，HitAccessTimes为0。 

步骤106：根据访问为读操作，对命中的BlockBuf进行读操作，流程结束； 

本步骤中进一步包括：命中的BlockBuf的管理信息中BufAccessCnt、HitAccessTimes各加1； 

步骤107：根据访问为读操作，直接根据要读的Nand Flash的线性地址，从Nand Flash中读取数据，流程结束。 

进一步的，本发明的方法还包括：在系统重启、设备卸载或者在一段时间内没有对NandBuf进行访问时，对NandBuf所有status为dirty的BlockBuf进行同步处理，具体为：在系统重启、设备卸载或者在一段时间内没有对NandBuf进行访问时，查找出所有status为dirty的BlockBuf，根据这些BlockBuf各自的HitBlockNum，将所有status为dirty的BlockBuf的数据回写到相应的NandFlash的物理块中，并更新其status为unused，HitCntStart为-1，HitAccessTimes为0。其中，所述一段时间一般为10秒。 

基于上述方法，本发明还提供了一种访问Nand闪存数据的装置，如图2所示，该装置包括：创建模块、初始化模块、物理块号计算模块21、命中判断模块22、缓存块申请模块23、写缓存模块24、读缓存模块25、读闪存模块26；其中， 

创建模块，用于预先以Nand Flash中的物理块为单位创建NandBuf，NandBuf中每个BlockBuf的大小与Nand Flash中的物理块的大小相同，并建立NandBuf中各BlockBuf的管理信息中的HitBlockNum； 

进一步的，创建模块还用于建立各BlockBuf的管理信息中的status、HitCntStart、HitAccessTimes，及建立NandBuf的BufAccessCnt； 

初始化模块，用于初始化NandBuf中各BlockBuf的管理信息中的HitBlockNum； 

进一步的，初始化模块还用于初始化各BlockBuf的管理信息中的status为 unused、HitCntStart为0、HitAccessTimes为0；及初始化NandBuf的BufAccessCnt为0； 

物理块号计算模块21，用于根据要访问的Nand Flash的线性地址，计算出要访问的WriteBlockNum；计算方法为：WriteBlockNum＝(线性地址)/(块大小)； 

命中判断模块22，用于根据WriteBlockNum和命中块号判断是否在NandBuf中命中BlockBuf，如果命中，则根据访问为读操作通知读缓存模块25，根据访问为写操作通知写缓存模块24；如果未命中，则在访问为写操作时，通知缓存块申请模块23；在访问为读操作时，通知读闪存模块26； 

缓存块申请模块23，用于在NandBuf中申请一个未使用的BlockBuf，把要写的Nand Flash的物理块的数据读入申请的BlockBuf，并将WriteBlockNum记录到HitBlockNum，将此BlockBuf作为命中的BlockBuf，通知写缓存模块24； 

进一步的，缓存块申请模块23还用于更新申请的BlockBuf的管理信息中Status为clean，HitCntStart为BufAccessCnt当前值； 

读缓存模块25，用于读命中的BlockBuf的数据； 

进一步的，读缓存模块25还用于在读数据之后，将命中的BlockBuf的管理信息中BufAccessCnt、HitAccessTimes各加1； 

写缓存模块24，用于将数据写入命中的BlockBuf； 

进一步的，写缓存模块24还用于将命中的BlockBuf的管理信息中BufAccessCnt、HitAccessTimes各加1；还包括在Status为clean时，更新为dirty； 

读闪存模块26，用于根据要读的Nand Flash的线性地址，从Nand Flash中读取数据 

进一步的，该装置还包括命中率模块27、同步模块28；其中， 

命中率模块27，用于计算各BlockBuf的命中率，并将命中率最低的BlockBuf通知给同步模块28；所述命中率的计算方法为： 

命中率＝HitAccessTimes/(BufAccessCnt-HitCntStart)； 

同步模块28，用于根据要进行同步的BlockBuf的HitBlockNum，将BlockBuf 中的数据回写到相应的Nand Flash的物理块中，更新其status为unused，HitCntStart为-1，HitAccessTimes为0，并将此BlockBuf作为未使用的BlockBuf通知缓存块申请模块23；或者在系统重启、设备卸载或者在一段时间内没有对NandBuf进行访问时，对NandBuf中所有已使用且数据相对于Nand Flash有更改的BlockBuf进行同步处理，即：将所有status为dirty的BlockBuf中的数据回写到相应的Nand Flash的物理块中，更新其status为unused，HitCntStart为-1，HitAccessTimes为0； 

进一步的，所述缓存块申请模块23，还用于在NandBuf中没有未使用的BlockBuf给缓存块申请模块23申请时，通知命中率模块27。 

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (9)

1.一种访问Nand闪存数据的方法，其特征在于，该方法包括：

创建Nand缓存，初始化Nand缓存中各缓存块管理信息中的命中块号；

在对Nand闪存数据访问时，根据要访问的Nand闪存的线性地址，计算出要访问的Nand闪存的物理块号；

根据所述物理块号和命中块号判断是否命中缓存块，如果命中，则对命中的缓存块进行访问；如果未命中，则在写操作时，在Nand缓存中申请未使用的缓存块，并将所述物理块号记录到命中块号，再对此缓存块进行写操作；在读操作时，根据要读的线性地址，从Nand闪存中读取数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述创建Nand缓存具体为：以Nand闪存中的物理块为单位创建Nand缓存，Nand缓存由若干个缓存块组成，缓存块数不超过Nand闪存中的物理块数，其中每个缓存块的大小与物理块的大小相同。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述计算出要访问的Nand闪存的物理块号具体为：物理块号等于要访问的Nand Flash的线性地址与Nand Flash的物理块大小的比值。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述根据所述物理块号和命中块号判断是否命中缓存块具体为：在Nand缓存中查找与所述物理块号相同的命中块号的缓存块，如果查找到，则为命中；如果未查找到，则为未命中。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在Nand缓存中没有未使用的缓存块供申请时，该方法进一步包括：计算各缓存块的命中率，将命中率最低的缓存块进行同步处理后，作为未使用的缓存块。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述计算各缓存块的命中率的方法具体为：将缓存块的访问次数与在第一次访问所述缓存块之后Nand缓存的访问次数的比值作为命中率。 

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括：在系统重启、设备卸载或者在一段时间内没有对Nand缓存进行访问时，对Nand缓存中所有已使用且数据相对于Nand闪存有更改的缓存块进行同步处理。

8.一种访问Nand闪存数据的装置，其特征在于，该装置包括：创建模块、初始化模块、物理块号计算模块、命中判断模块、缓存块申请模块、读缓存模块、写缓存模块、读闪存模块；其中，

创建模块，用于创建Nand缓存，并建立Nand缓存中各缓存块的管理信息中的命中块号；

初始化模块，用于初始化Nand缓存中各缓存块管理信息中的命中块号；

物理块号计算模块，用于根据要访问的Nand闪存的线性地址，计算出要访问的物理块号；

命中判断模块，用于根据所述物理块号和命中块号判断是否命中缓存块，如果命中，则根据访问为读操作通知读缓存模块，根据访问为写操作通知写缓存模块；如果未命中，则在访问为写操作时，通知缓存块申请模块；在访问为读操作时，通知读闪存模块；

缓存块申请模块，用于申请未使用的缓存块，并将所述物理块号记录到命中块号，将所述未使用的缓存块作为命中的缓存块，通知写缓存模块；

读缓存模块，用于读命中的缓存块的数据；

写缓存模块，用于将数据写入命中的缓存块；

读闪存模块，用于根据要读的线性地址，从Nand闪存中读取数据。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置进一步包括命中率模块、同步模块；其中，

命中率模块，用于计算各缓存块的命中率，并将命中率最低的缓存块通知给同步模块；

同步模块，用于对命中率最低的缓存块进行同步处理；或者在系统重启、设备卸载或者在一段时间内没有对Nand缓存进行访问时，对Nand缓存中所有已使用且数据相对于Nand闪存有更改的缓存块进行同步处理； 

所述缓存块申请模块，还用于在Nand缓存中没有未使用的缓存块给缓存块申请模块申请时，通知命中率模块。 

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