CN102081970A

CN102081970A - 纠错处理的方法、装置及固态硬盘设备

Info

Publication number: CN102081970A
Application number: CN 201010620825
Authority: CN
Inventors: 周建华
Original assignee: Huawei Symantec Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd; Huawei Digital Technologies Chengdu Co Ltd
Priority date: 2010-12-31
Filing date: 2010-12-31
Publication date: 2011-06-01
Anticipated expiration: 2030-12-31
Also published as: CN102081970B

Abstract

本发明公开了一种纠错处理的方法、装置和固态硬盘设备，方法包括：根据错误检查和纠正ECC算法与进行ECC纠错的硬盘的颗粒特性的对应关系，在ECC模块中嵌入至少与所述硬盘的颗粒特性对应的至少两种ECC算法；根据当前进行ECC纠错的硬盘的颗粒特性，选择相应的ECC算法进行ECC纠错处理。本发明在对硬盘进行ECC处理的过程中，通过在ECC编码模块设置多个ECC算法，使得可以根据实际应用的颗粒特性选择相应的ECC算法，能够满足各个供应商的不同的需求，同时改善ECC处理的效果。

Description

纠错处理的方法、装置及固态硬盘设备

技术领域

本发明涉及数据存储技术，特别涉及一种纠错处理的方法、装置和固态硬盘设备。

背景技术

固态硬盘多使用NAND Flash(与非门闪存)来实现，NAND Flash是一种非易失性随机访问存储介质，其特点是断电后数据不丢失，它不同于传统的易失性随机访问存储介质和挥发性存储器，可以作为外部存储器使用。

固体硬盘的NAND Flash在使用过程会出现翻转导致数据出错，所以在使用NAND Flash的固态硬盘需要配备错误检查和纠正(Error Checking and Correcting，以下简称ECC)模块。目前NAND Flash在出厂时都会有最低配备ECC纠错位数的要求，如4bits/512B、24bits/1KB等；但是ECC纠错的位数越多带来的功耗就越大，固态硬盘的读取速度也会带来影响。另外，为了保证固态硬盘的可靠性，在ECC将要出现不可纠正的ECC错误时往往采取ECC预警，如采用8bits/512Bytes的ECC纠错，在出现6bit错误就启动预警，系统再根据具体的情况做容错处理；

现有技术的方案中，考虑到实现复杂度和成本的问题，通常是采用固定的ECC算法和固定的ECC预警处理。固定的ECC算法如采用4bits/512Bytes的ECC纠错、采用8bits/512Bytes的ECC纠错；固定的ECC预警如采用8bits/512Bytes的ECC纠错，在出现6bit错误时就启动预警，系统再根据具体的情况做容错处理。

但ECC错误在NAND Flash中实际出现的情况比较复杂，由于各供应商的NAND Flash颗粒之间是有差别的，所以各种颗粒在使用过程中的ECC错误位数出现的规律也不尽相同，固定的ECC算法在需要纠错位数较多的情况下要耗费很大的功耗，并且在读取的时候影响速度；固定的预警水线不能兼容多家厂商，以24bits/1K Bytes的ECC纠错为例，假设ECC预警水线设为20bit，针对不同供应商的实际的ECC出错曲线，该预警水线值可能会有问题，例如符合了A供应商的ECC出现特点但未必符合B供应商的ECC出现特点。

另外，ECC错误位数出现的规律与擦/写次数之间也是有关系的，现有技术方案并没有考虑擦/写次数对出现ECC的影响，依然以24bits/1K Bytes的ECC纠错为例，在擦/写1000次后读20,000次可能会出现24bit ECC错误；而在擦/写10次后读20,000次可能仅仅出现5bit ECC错误；不考虑不同供应商的ECC分布区别以及不考虑擦/写次数对出现ECC的影响，在实际应用时会带来问题。

因此，采用固定的ECC算法和固定的ECC预警处理的方式，缺乏灵活性，不能满足多个供应商的不同的需求，ECC处理的效果也比较差。

发明内容

本发明实施例公开了一种纠错处理的方法、装置和固态硬盘设备，通过在ECC编码模块中设置多个ECC算法单元，使得可以根据实际应用的颗粒特性选择相应的ECC算法，改善ECC处理的效果。

本发明实施例提供了一种纠错处理的方法，包括：

根据错误检查和纠正ECC算法与进行ECC纠错的硬盘的颗粒特性的对应关系，在ECC模块中嵌入与所述硬盘的颗粒特性对应的至少两种ECC算法；

根据当前进行ECC纠错的硬盘的颗粒特性，选择相应的ECC算法进行ECC纠错处理。

本发明实施例还提供了一种纠错处理的装置，包括：错误检查和纠正ECC模块；

所述ECC模块包括ECC算法单元和选择单元；

所述ECC算法单元中嵌入至少两种ECC算法，所述ECC算法与进行ECC纠错的硬盘的颗粒特性相对应；

所述选择单元用于根据当前进行ECC纠错硬盘的颗粒特性，选择相应的ECC算法进行ECC纠错处理。

本发明实施例还提供了一种固态硬盘设备，包括：处理器、存储模块、控制器、内存以及接口模块；其中所述控制器包括上述的纠错处理的装置。

本发明在对硬盘进行ECC处理的过程中，通过在ECC编码模块设置多个ECC算法，使得可以根据实际应用的颗粒特性选择相应的ECC算法，能够满足各个供应商的不同的需求，同时改善ECC处理的效果。

附图说明

图1a为本发明一实施例提供的纠错处理的方法流程图；

图1b为本发明一实施例提供的ECC模块进行ECC编码处理的示意图；

图1c为本发明一实施例提供的ECC模块进行EEC解码处理的示意图；

图2a为本发明一实施例提供的纠错预警的方法流程图；

图2b为本发明一实施例提供的根据擦/写次数设置ECC预警水线的示意图；

图3为本发明一实施例提供的纠错处理的装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中，在对固态硬盘进行ECC纠错处理的过程中，通过在ECC模块设置多个ECC算法单元，使得可以根据实际应用的颗粒特性选择相应的ECC算法，能够满足各个供应商的不同的需求，同时改善ECC处理的效果。

本实施例提供的纠错处理的方法的流程图如图1a所示，本实施例的执行主体可以为ECC模块，方法包括：

步骤11、根据ECC算法与进行ECC纠错的硬盘的颗粒特性的对应关系，在ECC模块中嵌入与所述硬盘的颗粒特性相对应的至少两种ECC算法；

本实施例中采用的ECC模块参见图1b和图1c所示，其中图1b为ECC模块进行编码处理的示意图，图1c为ECC模块进行解码处理的示意图。

在ECC模块中设置有ECC算法单元，ECC算法单元中设置有至少两种ECC算法，如8bit/512B、12bit/512B、24bit/1KB等，实际的算法模块包含且不限于此，可以根据不同供应商的需求设计相应的算法，不同供应商生产的NAND Flash的颗粒特性是有差别的，而不同NAND Flash的颗粒特性需要使用不同的ECC算法进行ECC纠错，才能达到最有效的效果。

本实施例中，考虑到的固态硬盘的颗粒特性可包括多个方面，比如可以是擦/写(Program/Erase)次数、CPU占用率、内存占用率等。以考虑擦/写次数为例进行说明，比如，使用供应商A的NAND Flash的固态硬盘A的颗粒特性，与使用供应商B的NAND Flash的固态硬盘B的颗粒特性会有所不同。例如在擦/写了1000次后，固态硬盘A在读操作10000次时，ECC错误位数为11bit；而固态硬盘B在读操作10000次时，ECC错误位数为6bit。

因此，对于固态硬盘A，在擦/写了1000次后，可能使用ECC算法A会有比较好的ECC处理效果，而对于固态硬盘B，在擦/写了1000次后，可能使用ECC算法B会有比较好的处理效果。不同供应商的NAND Flash，可以根据统计的方式得出其颗粒特性所对应的最有效的ECC算法。

使用不同供应商的NAND Flash的固态硬盘，由于不同NAND Flash颗粒特性不同，其对应的最有效的ECC算法也不同。为了更好的进行ECC处理，预先建立该固态硬盘的颗粒特性与ECC算法的对应关系。

比如，固态硬盘A，其颗粒特性与ECC算法的对应关系可以为：擦/写了1000次时，对应ECC算法C，擦/写了2000次时，对应ECC算法D，擦/写了N次时，对应算法M，则该设备中的ECC算法可以设置算法C、D、M。

步骤12、根据当前进行ECC纠错的硬盘的颗粒特性，选择相应的ECC算法进行ECC纠错处理。

在ECC模块中设置至少一个选择单元，该选择单元可以是选择器，选择单元根据当前进行ECC纠错硬盘的颗粒特性，确定相对应的ECC算法，并控制ECC模块采用相应的ECC算法进行纠错处理。

该选择单元根据实际应用固态硬盘的颗粒特性与ECC算法的对应关系，就能够确定并选择相应的ECC算法。如可以根据该固态硬盘当前的擦/写次数来选择ECC算法，如在擦/写100次以内使用8bit/512B的ECC算法，擦/写达到一个较大值如该固态硬盘的出厂额定擦/写次数的50％时(不同供应商的硬盘的额定擦/写次数可能不同)，可以使用24bit/1KB的ECC算法。或者也可以根据资源使用情况在ECC算法单元内嵌多组ECC算法，根据不同的情况做不同的选择，如固态硬盘CPU占用了30％时使用ECC算法A，占用了50％时使用ECC算法B。

需要说明的是，可以在该固态硬盘中添加至少一个能够统计擦/写次数和/或读操作次数的记数模块，记录该固态硬盘已进行擦/写的次数和/或读操作的次数。

在具体实现时，选择单元可以设置编码选择标志位，编码选择标志位与ECC算法一一对应。选择单元通过编码选择标志位，指示ECC模块进行纠错处理时，采用哪一种ECC算法进行编码，比如编码选择标志位为01时，用于指示ECC模块选择ECC算法单元中的算法A进行ECC处理；编码选择标志位为10时，用于指示ECC模块选择ECC算法单元中的算法B进行ECC处理。

在选择单元选择了ECC算法进行编码处理后；在进行相应的解码处理时，则需要采用与编码时相同的ECC算法进行相应的解码处理。即在使用某种ECC算法时，在进行解码时也必须采用同样的ECC算法，保证数据的一致性；如编码时写入的数据使用12bit/512B的ECC算法，在解码的时候也必须使用12bit/512B的DEC解码算法。

本实施例在对固态硬盘进行ECC处理的过程中，通过在ECC模块中设置多个ECC算法，使得固态硬盘可以根据实际应用的颗粒特性选择相应的ECC算法，能够满足各个供应商的不同的需求，同时改善ECC处理的效果。

在上述实施例的基础上，可以利用上述纠错处理的方法，在进行ECC纠错处理的过程中，进一步的进行纠错预警，本实施例提供了一种纠错预警的方法，用以在对固态硬盘进行纠错处理的过程中进行动态的预警，参见图2a所示为本实施例提供的纠错预警的方法流程图，本实施例的执行主体可以为ECC模块，方法包括：

步骤21、根据进行ECC纠错的硬盘的颗粒特性，设置至少两个预警水线。

在ECC模块设置至少两个ECC预警水线，所述预警水线与ECC纠错的颗粒特性相对应，用于在ECC纠错过程中，ECC错误位数突然增加时进行预警，以提示固态硬盘可能有故障。

比如，对于上述举例的固态硬盘A和固态硬盘A，在擦/写了1000次后，固态硬盘A在读操作了10000次时，ECC错误位数为11bit；而固态硬盘B在读操作了10000次时，ECC错误位数为6bit。则说明固态硬盘A可靠性不好，因此，可以设置固态硬盘A的预警水线相对比较高，如擦/写1000次时，预警水线20bit，在其ECC错误位数为20bit时，预警以提示所述固态硬盘可能出现了问题。固态硬盘B可靠性较好，可以设置固态硬盘B的预警水线相对比较低，如擦/写1000次时，预警水线10bit，在其ECC错误位数为10bit时进行预警。

对于使用不同供应商的NAND Flash的固态硬盘，在设置ECC预警水线的时候，考虑到的固态硬盘的颗粒特性主要可以有以下几个角度：1、ECC错误位数的分布特性，如ECC错误位数的最大值和最小值，以及ECC错误位数的平均值等。比如在进行了20000次以内的读操作过程中，产生的最小的ECC错误位数，以及最大的ECC错误位数，以及产生的ECC错误位数的平均值。2、擦/写次数对产生ECC错误位数的影响，通常情况下，对固态硬盘擦/写次数越多，相应的产生的ECC错误位数也越多。比如擦/写了100次时，可能使ECC错误位数增加10％，擦/写了1000次时，可能使ECC错误位数增加20％。进行了相同次数的擦/写操作，ECC错误位数增加数量越小的固态硬盘其性能越稳定。

因此，本实施例中，预警水线是根据实际应用的颗粒特性进行设置的，非固定值需要动态调整。该预警水线根据不同应用场景动态调整为不同的值；如在擦/写次数为额定擦/写次数的10％以下时使用10bit水线，达到额定擦/写次数的50％以上时使用20bit水线等。

预警水线的设置公式可以为下式：

p (x) = \{\begin{matrix} a & x < K 1 \\ b & K 1 \leq x < Km \\ c & Km \leq x < Kn \\ d & Kn \leq x < Kp \\ e & Kp \leq x < Kq \\ . \\ w & . \\ . \end{matrix}

以根据擦/写次数设置预警水线为例说明上述公式，在擦/写次数小于K1时，设置预警水线为a；在擦/写次数大于K1小于Km时，设置预警水线为b；根据擦/写次数设置ECC预警水线的示意图如图2b所示。

或者，也可以根据读操作所产生的ECC错误位数分布，设置ECC预警水线，比如对于固态硬盘A读操作在0-10000次时，其错误位数为0-11次，在10000-20000次时，其错误位数为11-25次；因此可以在固态硬盘A读操作10000以内时，设置其预警水线为对应错误位数为20bit的预警水线，在10000-20000次时，设置其预警水线为对应错误位数为30bit的预警水线。

步骤22、根据硬盘当前的使用情况，动态的调整所述预警水线。

在实际的应用中，需要根据固态硬盘的使用情况，对预警水线进行动态的调整，其中，该使用情况可包括上述中的擦/写次数和/或读操作次数等。

比如在进行了100次的擦/写时，该预警水线值为a，当进行了2000次的擦/写后，就需要将预警水线值动态的调整为b，使之更好的保证固态硬盘的可靠性。

步骤23、根据调整后的所述预警水线，进行ECC预警处理。

在确定了预警水线后，就可以进行ECC预警，以下以32bit/2K Bytes的ECC纠错处理为例进行说明：

首先，统计所使用颗粒特性的ECC分布曲线，得出不同次数的擦/写操作后进行读操作所产生ECC错误比特分布。其次，根据不同的擦/写操作下的ECC分布曲线得出不同的ECC预警水线。然后，根据实际应用情况动态选择合适的预警水线。根据设置好的预警水线进行ECC预警，在超出预警水线时就进行预警以提示动态硬盘可能出现问题，需进行及时调整以保证固态硬盘的可靠性。

在ECC模块产生了一个以上的ECC预警时，可以根据所述ECC预警的优先级顺序，对ECC预警进行处理。即可以优先处理重要的ECC预警，比如，由于擦/写次数产生的预警，有可能较为严重，需要优先处理。对于读操作产生的预警，可能不严重，可后处理。预警的优先级可以预先在ECC模块进行设定。

本实施例的方案，通过使用纠错处理的方式，能够降低固态硬盘功耗；加快固态硬盘的读写速度；对ECC纠错处理过程中出现的不可纠正的错误可以进行不同的预警，并对不同级别的预警做不同的优先级处理，以达到最优处理效果，增强了固态硬盘的可靠性和通用性。可以在固态硬盘领域中广泛应用，尤其是使用NAND Flash的固态硬盘，该固态硬盘可以应用于网络存储系统，用户主机，适用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空等、导航设备等领域。

本实施例在对硬盘进行ECC处理的过程中，通过在ECC编码模块设置多个ECC算法，使得可以根据实际应用的颗粒特性选择相应的ECC算法，能够满足各个供应商的不同的需求，同时改善ECC处理的效果。

参见图3所示为本实施例提供的一种纠错处理的装置的结构示意图，该装置包括：ECC模块31和预警模块32。

所述ECC模块31包括ECC算法单元31a和选择单元31b；

所述ECC算法单元31a中嵌入至少两种ECC算法，所述ECC算法与进行ECC纠错的硬盘的颗粒特性相对应；

所述选择单元31b用于根据当前进行ECC纠错硬盘的颗粒特性，选择相应的ECC算法进行ECC纠错处理。

其中，ECC算法单元31a中的算法包括但不限于：8bit/512B、12bit/512B、24bit/1KB和40bit/1KB的纠错算法。

可选的，选择单元31b用于根据当前进行ECC纠错的硬盘的擦/写次数选择ECC算法进行纠错处理。

ECC模块31用于在对ECC纠错处理生成的编码数据进行解码处理时，采用与编码时使用的相同的ECC算法进行解码处理。

在进行ECC预警处理时，在预警模块32中设置有至少两个预警水线，所述预警水线与进行ECC纠错的硬盘的颗粒特性相对应；预警模块32包括调整单元32a和处理单元32b。

调整单元32a用于根据硬盘当前的使用情况，动态的调整所述预警水线；处理单元32b用于根据调整后的所述预警水线，进行ECC预警处理。

可选的，调整预警水线时，调整单元32b具体用于根据硬盘当前已进行的擦/写次数和/或读操作次数，调整所述预警水线。

在产生了一个以上的ECC预警时，处理单元32b根据所述ECC预警的优先级顺序，对所述ECC预警进行处理。

基于上述的纠错处理的装置，本发明还提供了一种固态硬盘设备，包括处理器、存储模块，该存储模块可以采用NAND Flash作为存储器、内存和控制器，以及用于以计算机等设备连接的接口模块。其中，当存储模块采用了Flash作为存储器时，该控制器可以相应的为Flash控制器。

该控制器中包括上述的纠错处理的装置，用于实现动态纠错处理和动态纠错预警。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种纠错处理的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的纠错处理的方法，其特征在于，根据当前进行ECC纠错的颗粒特性，选择相应的ECC算法进行ECC纠错处理，包括：

根据当前进行ECC纠错的硬盘的擦/写次数选择ECC算法进行ECC纠错处理。

3.根据权利要求1所述的纠错处理的方法，其特征在于，还包括：

在对ECC纠错处理生成的编码数据进行解码处理时，采用与编码时使用的相同的ECC算法进行解码处理。

4.根据权利要求1所述的纠错处理的方法，其特征在于，还包括：

根据进行ECC纠错的硬盘的颗粒特性，设置至少两个预警水线，

根据硬盘当前的使用情况，调整所述预警水线；

根据调整后的所述预警水线，进行ECC预警处理。

5.根据权利要求4所述的纠错处理的方法，其特征在于，根据硬盘当前的使用情况，调整所述预警水线，包括：

根据硬盘当前已进行的擦/写次数和/或读操作次数，调整所述预警水线。

6.根据权利要求4所述的纠错处理的方法，其特征在于，根据硬盘当前的使用情况，调整所述预警水线，包括：

在产生了一个以上的ECC预警时，根据所述ECC预警的优先级顺序，对所述ECC预警进行处理。

7.一种纠错处理的装置，其特征在于，包括：错误检查和纠正ECC模块；

所述ECC模块包括ECC算法单元和选择单元；

8.根据权利要求7所述的纠错处理的装置，其特征在于，

所述选择单元用于根据当前进行ECC纠错的硬盘的擦/写次数选择ECC算法进行纠错处理；

所述ECC模块用于在对ECC纠错处理生成的编码数据进行解码处理时，采用与编码时使用的相同的ECC算法进行解码处理。

9.根据权利要求7所述的纠错处理的装置，其特征在于，还包括预警模块，所述预警模块中设置有至少两个预警水线，所述预警水线与进行ECC纠错的硬盘的颗粒特性相对应；

所述预警模块包括调整单元和处理单元；

所述调整单元用于根据硬盘当前的使用情况，调整所述预警水线；

所述处理单元用于根据调整后的所述预警水线，进行ECC预警处理。

10.根据权利要求9所述的纠错处理的装置，其特征在于，

所述调整单元具体用于根据硬盘当前已进行的擦/写次数和/或读操作次数，调整所述预警水线；

所述处理单元具体用于在产生了一个以上的ECC预警时，根据所述ECC预警的优先级顺序，对所述ECC预警进行处理。

11.一种固态硬盘设备，其特征在于，包括：处理器、存储模块、控制器、内存以及接口模块；其中所述控制器包括如权利要求7-10所述的纠错处理的装置。