CN102224489A - 包括快闪转换层的快闪存储器及其中存储文件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于快闪的存储器(PH_MEM)包括快闪转换层(FTL)，其包括第一转换信息，第一转换信息将逻辑文件系统(LG_MEM)的第一逻辑地址与该基于快闪的存储器(PH_MEM)的第一物理地址相关联，逻辑文件系统模拟分为扇区的存储介质，逻辑地址是逻辑扇区开始地址。逻辑文件系统(LG_MEM)包括多个逻辑填充比特(LSB)，其扩大存储在该基于快闪的存储器(PH_MEM)中的文件(PSF)数据的逻辑大小，使得扩大的逻辑大小与逻辑扇区(L_SEC)的整数数量相对应，并且快闪转换层(FTL)包括第二转换信息，其将第二逻辑地址与第二物理地址相关联并且取决于该逻辑填充比特(LSB)的数量，存储在邻接的物理地址序列的文件在第一物理地址开始并且在第二物理地址结束。

Description

包括快闪转换层的快闪存储器及其中存储文件的方法
技术领域
本发明涉及包括快闪转换层的基于快闪的存储器(Flash based memory)以及用于在其中存储文件的方法。
背景技术
与类似硬盘的其他存储介质和类似DVD或BD的其它光介质相比，基于快闪的存储器提供了显著的优点：快闪存储器不需要待访问的移动部件，由此不会由于移动部件的损害操作的影响而变得不可访问。这使得快闪存储器是很适合于可能出现恶劣条件的移动应用的存储装置。
这些应用中的一种是捕捉静止的图像或视频帧的图像。基于快闪的存储器用作类似数字静物照相机和数字视频摄像机的终端用户装置中的存储装置。基于快闪的存储器也可以在MP3-播放器中找到。进一步，作为存储装置，基于快闪的存储器对于专业数字电影摄像机越来越重要。
通常，快闪存储器具有处理损耗均衡(wear-levelling)和纠错的内部存储管理。应用经所谓的快闪转换层(Flash translation layer，FTL)与内部存储管理相互作用。FTL模拟例如FAT32的文件系统。
FAT32文件系统理论上可以具有任何大小，但实际上很大的FAT32文件系统变得缓慢并且效率低。因此，在一些操作系统中，FAT32文件系统的大小限于32GB。而且，FAT32的最大可能文件大小是比4G字节小一个字节，并且可以由FAT32处理的每个目录的文件数量限于1000个。并且，由于这样的事实：在FAT32中簇(可以分配给保存文件的最小逻辑量)是庞大的，给簇填充比特浪费很多存储容量，在簇中存储明显小于簇的大小的文件。
可以由通用光盘格式(Universal Disk Format，UDF)代替可移动介质上的FAT，通用光盘格式是用于将文件存储在光介质上的文件系统的格式规范。模拟UDF的FTL从外部表现为分割为扇区的存储介质。
至少在今天，基于快闪的存储器具有的缺点是：与类似光盘的其他存储介质相比每GB的价格高。
因此，在本领域中正在努力开发尽可能有效的基于快闪的存储器的存储容量。
发明内容
本发明致力于上述努力并提出了一种基于快闪的存储器，其包括根据权利要求1的快闪转换层。
也就是，包括在基于快闪的存储器中的快闪转换层包括将逻辑文件系统的第一逻辑地址与所述存储器的第一物理地址相关联的第一转换信息，其中，该逻辑文件系统模拟分割为扇区的存储介质，并且逻辑地址是逻辑扇区开始地址，该逻辑文件系统包括扩大所述基于快闪的存储器中存储的第一文件数据的逻辑大小的多个逻辑填充比特，使得扩大的逻辑大小与扇区的整数数量相对应，并且快闪转换层包括将第二逻辑地址与第二物理地址相关联的第二转换信息，该第二转换信息取决于逻辑填充比特的所述数量，其中，从第一物理地址开始以邻接的物理地址序列存储文件的数据，并且第二物理地址相邻地接续邻接的物理地址序列的结尾。
使转换信息取决于所述逻辑填充比特的数量，在模拟文件系统中用于填充扇区所需的逻辑填充可以包括比基于快闪的存储器中的物理填充更多的比特。由此，在填充上浪费了更少的快闪存储容量。
在一个实施例中，按所述逻辑填充比特的数量，所述第二逻辑地址和所述第一逻辑地址之间的差大于所述第二物理地址和所述第一物理地址之间的差。
文件随后被存储为邻接的序列，而在文件之间没有任何物理填充比特。这在下面的应用中是有用的：文件在被存储在基于快闪的存储器中时不太可能被编辑或者改变。
存在另一个实施例，其中，与内容相关的用户数据分开地在所述基于快闪的存储器中存储与文件系统相关的元数据。
这允许将用户数据存储为邻接流，而以更适合于改变的不同方式存储更可能被改变的元数据。
在又一个实施例中，所述基于快闪的存储器包括NAND(与非)-快闪存储器，并且所述逻辑文件系统与ISO 13346一致。
此外，所述逻辑文件系统可以模拟2048字节的扇区。
基于快闪的存储器的不同实施例特别适合于内容相关的用户数据，内容相关的用户数据包括一个或多个静止画面或视频帧的图像数据。
本发明还提出一种用于在基于快闪的存储器中存储文件的方法，基于快闪的存储器包括快闪转换层，其中，所述方法包括权利要求7的特征。
所述方法包括以下步骤：从第一物理地址开始以邻接的物理地址序列存储所述文件的数据，其中，快闪转换层包括将逻辑文件系统的第一逻辑地址与所述存储器的第一物理地址相关联的第一转换信息；确定相邻地接续邻接的物理地址序列的结尾的第二物理地址；根据扩大文件数据大小所需的逻辑填充比特的数量确定第二逻辑扇区开始地址，使得扩大的大小与扇区的整数数量相对应并且将第二转换信息添加至所述快闪转换层，所述第二转换信息将所述第二逻辑地址与第二物理地址相关联。
附图说明
在附图中图示出本发明的示例性实施例并将在下面的描述中更详细地解释。
附图中：
图1示例性地描述将逻辑存储表示映射到物理存储器件上的快闪转换层。
图2示例性地描述指向目录，即，指向其文件标识符描述符表的目录信息控制块之间的关系。该目录的第一文件标识符描述符指向另一个文件信息控制块。最后，该信息控制块指示实际有效负载数据的位置。
具体实施方式
在存储管理中，借助接口层可以将逻辑存储管理与底层存储结构(underlying storage structures)的物理属性分离。这允许与存储器件的物理性(physicality)无关地使用相同的逻辑存储管理系统。例如，类似SD或MMC的快闪存储器具有实施快闪转换层的控制器，快闪存转换层在外部世界和存储器内部表示之间进行转换。
控制器处理特殊的快闪存储器属性，例如可擦除块、删除的块、写入的块等。控制器提供对这些特定存储器行为的访问，即，在向其写入之前擦除删除的块，并且通过避免过于频繁地重复使用相同的存储器块而实现损耗均衡，以考虑快闪存储器块有限次数的写循环。
由于大多数物理存储器件是基于扇区的，类似FAT32、NTFS或UDF的普通逻辑文件管理系统也是基于扇区的。亦即，大小与整数数量的扇区的大小不相对应的文件用逻辑填充比特填充，使得它们的大小变得与整数数量的扇区的大小相等。
这在底层存储器件是基于扇区的时是特别有用的以使物理存储与逻辑文件系统之间的映射保持简单，。
此外，填充允许响应于文件编辑文件大小的微小变化，而不需要文件的碎裂。也就是说，由于编辑或更新文件引起的文件大小的微小增大可以由填充比特数量的对应减少来补偿。这也有助于保持文件管理简单。因此，甚至在不需要任何扇区对准的存储器件中提供物理填充比特。
存在类似专业数字电影捕捉的数据采集应用，其产生很多数量的文件。这些应用主要收集数据并将其存储在与时刻或时间间隔相关联的文件中，例如，专业数字电影捕捉示例中的帧被存储在单独的文件中。这使得以后为了编辑或处理易于恢复特定的帧。
通常地，所收集的数据立即存储在快闪存储器或快闪存储器阵列中。在被编辑或处理之前，所收集的数据从基于快闪存储器的存储器件中转移到类似硬盘驱动的另一存储器件上。释放的存储部分然后被重新用于收集新的数据，而转移的数据在硬盘上被编辑或处理。
由此，在这种情况下，在基于快闪存储器的存储器件中没有发生文件改变，并且因此没有必要借助物理填充比特来避免碎片。
另外，由于产生的文件数量大，例如每秒60帧，物理填充比特量也大。因此，如果进行物理填充，则保持大量的存储空间是空的，虽然这既由于基于快闪的存储器件的物理结构的原因是不必要的，也对于在编辑或处理过程中避免碎片是不必要的，因为在文件驻留于基于快闪的存储器件中时没有进行这种编辑或处理。
在这种情况下，减少或避免物理填充比特是有利的。
在图1描述的示例性实施例中，快闪转换层FTL在控制器中实施，使得基于快闪存储器的存储器件PH_MEM到逻辑通用光盘格式2.50(UDF 2.50)LG_MEM上的映射得以实现。该FTL模仿包括由扇区边界B_SEC限定的2048字节的逻辑扇区L_SEC的逻辑通用光盘格式LG_MEM，并且提供与Linux或Windows操作系统的兼容性。
为了可读性，只有单个扇区边界B_SEC提供有参考标记，但图1中的所有虚线表示扇区边界。相同的情况应用于逻辑存储文件LSF，其描述为从左下至右上斜纹的方框，并且相同的情况应用于逻辑填充比特LSB，其描述为从右下至左上斜纹的方框。同样，仅有一个描述物理存储文件PSF的从左下至右上的斜纹的方框提供有相应的参考标记。
如所描述的，逻辑填充比特LSB被包括在逻辑存储器LG_MEM中，但不存在于物理存储器PH_MEM中。在物理存储器PH_MEM中，作为邻接数据块包括文件PSF的用户数据或有效负载数据。
UDF 2.50允许与包含在文件中的实际用户数据(UD)分离地将单独与文件属性相关的元数据(MD)存储为一个或多个元数据块。这允许快闪控制器快速访问元数据。进一步，用户数据可以记录为邻接流，而仍可容易地分成构成文件(constituting files)。由此，构成文件不被物理填充，这节约了巨大数量的存储容量。只有作为整体的流可以被物理地填充，使得被填充的大小与2084字节扇区的整数倍相对应。
从用户数据分离元数据也是有用的，因为元数据的最终存储可以被推迟直至所有用户数据记录在基于快闪的存储器上。到那时，缓冲元数据。
所以，在示例性实时电影捕捉情形中，用户数据(例如被捕捉的帧)作为邻接数据序列写入基于快闪的存储器，并且元数据(例如，允许将用户数据分成帧的帧标识符和存储地址)以飞速写入的方式(on-the-fly)生成。但是，生成的元数据立即被缓冲直至用户数据的记录结束。然后，生成的元数据从缓冲器转移至基于快闪的存储器。
所以，在将用户数据流记录为邻接数据序列期间，不需要与元数据块相关的地址。
邻接记录尤其在数字电影捕捉的情形下是有用的，因为在这种情况下积累巨大数据量，并且该巨大数据量的存储必须实时发生，其中，至闪存的物理存储是瓶颈。由此，借助于邻接记录获得的存储速度的增大是很有利的。
例如，电影的一个场景拍摄(scene shot)可以被记录为帧的邻接流，每一个都构成一个文件。然后，借助于识别帧及其存储位置的分开存储的元数据，例如借助于时间标记和物理地址可快速并容易地存取帧。
如果捕捉的帧包括例如由CCD或CMOS传感器捕捉的未压缩的原始数据，每帧的数据量是不变的。由此，不仅单独的帧而且所需数量帧的帧序列也是可容易地存取的。主要地，需要序列的开始地址。然后，读取数据，直至读取的数据量与包括在所需数量帧中的数据量相对应。
将一些文件记录为所描述的邻接流而其它文件按常规记录可能是有用的，例如，因为其它文件在驻留于快闪存储器中时可以受到编辑。例如，类似以前写入的场景描述的元数据在场景拍摄期间或在场景拍摄之后不久也可以被记录在该快闪存储器中。这种场景描述在处于电影场景(film set)中时，即，当场景描述存在于基于快闪的存储器中时可能已经被改变。因此，包括场景描述的文件可以用填充比特以常规方式被存储。常规存储可以不应用于元数据、应用于一些或所有元数据，特别是借助UDF 2.50分开存储的元数据。
例如，如果允许重命名包含拍摄电影场景的图像帧的文件，可以用一些物理填充比特来存储帧的名称，从而避免由于重新命名产生的碎片。
如果元数据不与用户数据分开及一些其它情形，用很少量的物理填充比特存储该文件可能也是有用的，很少量的物理填充比特小于扇区对准所需的逻辑填充比特的量。然后，在不导致碎片的情况下能够编辑快闪存储器中的文件并且仍获得一些物理存储容量。
为允许FTL处理常规存储的文件，常规存储的文件不同于存储为邻接序列的用户数据文件，示例性地提出了一种命名常规。例如，如果文件的用户数据存储为邻接序列的一部分，示例性标识符串“$CTGS$_”追加至所述文件的文件名前。附加地或可替代地，在目录中组织以邻接方式存储的文件，其中，所述目录的名称以该示例性标识符串“$CTGS$_”开始。
图2描述了在UDF2.50中规定的实现用途字段(Implementation Use Field)中也可以或可替代地提供与给定文件是否被邻接记录有关的信息。例如，ImpUse[]的剩余4字节中存储的4-字符串“CTGS”可以用作携带邻接记录的文件的目录的信息控制模块ICB_DIR的实现用途字段的指示符(indicator)和/或邻接记录的文件的信息控制块ICB_FILE的实现用途字段的指示符。
或者，可以使用由目录的信息控制块ICB_DIR引用并且引用该邻接记录的文件的信息控制块的ICB_FILE的文件标识符表项FID的实现用途字段，其中，邻接记录的文件的信息控制块ICB_FILE引用有效负载数据PAY_LD。文件标识符表项FID的首先32字节由UDF先占，所以所述32字节之后的字节可以用于表示邻接存储的目的。该表示然后表示根据FID的逻辑顺序与快闪存储器中文件的用户数据的物理顺序相对应。
此外，邻接记录的文件的实现用途字段也可以携带将邻接记录文件的逻辑地址映射至物理地址所需的附加信息。在实现用途字段中可以包括与由没有物理等效物存在的逻辑填充比特所引起的虚拟偏移(virtual offset)相关的信息。
或者，偏移信息可以存储为进一步的元数据。
目录的信息控制块ICB_DIR、邻接记录的文件的信息控制块ICB_FILE、FID-序列(FID-Sequence)和实际有效负载数据通常存在于存储器的不同的和/或可区分的位置。
本发明提供一种简单的方法，将基于扇区的文件系统应用于快闪存储器件，其通过邻接写入允许最高等级的写入速度。另外，提供一种FTL，其能够自动地识别(MD/UD，文件/目录名称)最有效的(MD对UD)或所需的(邻接或非邻接)方法，以放置输入的文件。
本发明提供以最小的延迟存储文件字符组(file burst)，例如，画面文件的序列的方式。

Claims (15)

1.一种基于快闪的存储器(PH_MEM)，包括：快闪转换层(FTL)，其中，所述快闪转换层(FTL)包括将逻辑文件系统(LG_MEM)的第一逻辑地址与所述基于快闪的存储器(PH_MEM)的第一物理地址相关联的第一转换信息，其中
-所述逻辑文件系统(LG_MEM)模拟分为扇区的存储介质，并且所述逻辑地址是逻辑扇区开始地址，
-所述逻辑文件系统(LG_MEM)包括扩大所述基于快闪的存储器(PH_MEM)中存储的文件(PSF)数据的逻辑大小的多个逻辑填充比特(LSB)，使得扩大的逻辑大小与逻辑扇区(L_SEC)的整数数量相对应，以及
-所述快闪转换层(FTL)包括将第二逻辑地址与第二物理地址相关联的第二转换信息，所述第二转换信息取决于逻辑填充比特(LSB)的所述数量，其中
-从所述第一物理地址开始以邻接的物理地址序列存储所述文件的数据，并且
-所述第二物理地址相邻地接续所述邻接的物理地址序列的结尾。
2.如权利要求1所述的基于快闪的存储器(PH_MEM)，其中，按所述逻辑填充比特的数量(LSB)，所述第二逻辑地址与所述第一逻辑地址之间的差大于所述第二物理地址与所述第一物理地址之间的差。
3.如权利要求1或2所述的基于快闪的存储器(PH_MEM)，其中，所述基于快闪的存储器(PH_MEM)包括NAND-快闪存储器，并且所述逻辑文件系统(LG_MEM)与ISO 13346相符。
4.如权利要求1至3中任一项权利要求所述的基于快闪的存储器(PH_MEM)，其中，所述逻辑文件系统(LG_MEM)模拟2048字节的逻辑扇区。
5.如权利要求1至4中任一项权利要求所述的基于快闪的存储器(PH_MEM)，其中，所述逻辑文件系统中的所述文件名称表示所述文件所存储的物理填充比特的数量与逻辑填充比特(LSB)的数量不对应。
6.如权利要求1至4中任一项权利要求所述的基于快闪的存储器(PH_MEM)，其中，所述文件包含在逻辑目录中，所述逻辑目录具有表示所述文件所存储的物理填充比特数量与逻辑填充比特(LSB)的数量不对应的名称。
7.如权利要求1至4中任一项权利要求所述的基于快闪的存储器(PH_MEM)，其中，所述文件的文件标识符字段中的至少一个标志比特表示：所述文件所存储的物理填充比特的数量与逻辑填充比特的数量不对应。
8.如权利要求1至4中任一项权利要求所述的基于快闪的存储器(PH_MEM)，其中，信息控制块的首标中的至少一个标志比特与所述文件相关联，其中，所述至少一个标志比特表示所述文件所存储的物理填充比特的数量与逻辑填充比特的数量不对应。
9.如权利要求1至4中任一项权利要求所述的基于快闪的存储器，其中，所述文件包括在逻辑目录中，并且所述逻辑目录的目录标识符字段的至少一个标志比特表示，所述文件所存储的物理填充比特的数量与逻辑填充比特的数量不对应。
10.如权利要求1至4中任一项权利要求所述的基于快闪的存储器，其中，所述文件包括在逻辑目录中，并且与所述逻辑目录相关的信息控制块的首标中的至少一个标志比特表示：所述文件所存储的物理填充比特的数量与逻辑填充比特的数量不对应。
11.一种用于在基于快闪的存储器(PH_MEM)中存储文件的方法，所述基于快闪的存储器包括快闪转换层(FTL)，其中，所述快闪转换层(FTL)包括将逻辑文件系统(LG_MEM)的第一逻辑地址与所述基于快闪的存储器(PH_MEM)的第一物理地址相关联的第一转换信息，所述方法包括：
-从所述第一物理地址开始以邻接的物理地址序列存储所述文件的数据，
-确定相邻地接续所述邻接的物理地址序列的结尾的第二物理地址；
-根据用于扩大所述文件的数据大小所需的逻辑填充比特(LSB)的数量确定第二逻辑扇区开始地址，使得扩大的大小与扇区(L_SEC)的整数数量相对应；以及
-将第二转换信息添加至所述快闪转换层(FTL)，所述第二转换信息将所述第二逻辑地址与所述第二物理地址相关联。
12.如权利要求11所述的方法，其中，按所述逻辑填充比特(LSB)的数量，所述第二逻辑地址和所述第一逻辑地址之间的差大于所述第二物理地址和所述第一物理地址之间的差。
13.如权利要求1至10中任一项权利要求所述的基于快闪的存储器(PH_MEM)或如权利要求11或12所述的方法，其中，文件的与文件系统相关的元数据和与内容相关的用户数据存储在所述基于快闪的存储器(PH_MEM)的分开的存储区域中。
14.如权利要求13所述的基于快闪的存储器(PH_MEM)或方法，其中，所述与内容相关的用户数据包括一个或更多静止画面或视频帧的图像数据。
15.如权利要求11至14中任一项权利要求所述的方法，其中，所述基于快闪的存储器(PH_MEM)包括NAND-快闪存储器，并且所述逻辑文件系统(LG_MEM)与ISO 13346相符。
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