CN102650972A - 数据存储方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数据存储方法、装置及系统。数据存储方法用于将第一数据写入第一逻辑地址，包括：查询缓存单元中是否有数据；若缓存单元中有数据，则获得缓存单元存储的第二数据，并查找第二数据应写入的第二逻辑地址；将第二数据写入到所述第一逻辑地址对应的物理地址中，将所述第一数据写入到缓存单元中，记录第一逻辑地址；将所述第一逻辑地址和第二逻辑地址对应的物理地址互换。本发明的数据存储方法、装置及系统，利用缓存单元，实现了存储器中存储单元地址的动态映射，频繁擦写的存储单元会自动映射到其他存储单元，均衡了各存储单元的擦写次数，提高了存储器整体可擦写的次数，从而延长了存储器的寿命，增强了存储器的可靠性。

Description

数据存储方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及计算机领域，尤其涉及一种数据存储方法、装置及系统。

背景技术

随着集成电路的快速发展，非易失性存储器的使用越来越广泛。一般来说，非易失性存储器由多个页存储单元(以下简称页)组成，页是非易失性存储器擦写的基本单元，每个页的擦写次数有限，而这个次数也决定了非易失性存储器的寿命。

实际应用中，一部分数据需要频繁改写，这些数据所在的页因此经常要进行擦写，这些页的擦写次数上限往往决定了非易失性存储器的寿命。

目前，有一种提高非易失性存储器寿命的方法是：在存储器中开辟一块空间，记录每个页的擦写次数，当某一页的擦写次数接近设定的阈值时，通知软件将该页的数据改写到其他页，其他页根据它们的擦写次数选取。该方案采用软件对页进行调度，对用户不透明，页数据搬移由软件完成，效率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种数据存储方法、装置及系统，延长存储器的寿命，增强存储器的可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种数据存储方法，用于将第一数据写入第一逻辑地址，包括：

查询缓存单元中是否有数据；

若缓存单元中有数据，则获得缓存单元存储的第二数据，并查找第二数据应写入的第二逻辑地址；

将第二数据写入到所述第一逻辑地址对应的物理地址中，将所述第一数据写入到缓存单元中，记录第一逻辑地址；

将所述第一逻辑地址和第二逻辑地址对应的物理地址互换。

进一步地，上述数据存储方法还可具有以下特点，还包括：

若缓存单元中没有数据，则将所述第一数据写入到缓存单元中，记录第一逻辑地址。

进一步地，上述数据存储方法还可具有以下特点，所述记录第一逻辑地址指将第一逻辑地址标识为缓存单元数据地址，所述查找第二数据应写入的第二逻辑地址是指查找标识为缓存单元数据地址的逻辑地址。

进一步地，上述数据存储方法还可具有以下特点，所述将逻辑地址标识为缓存单元数据地址包括：为每个逻辑地址对应的物理地址设置第一标识位，所述第一标识位为有效的逻辑地址为缓存单元数据地址。

进一步地，上述数据存储方法还可具有以下特点，所述记录第一逻辑地址是指将所述第一逻辑地址作为缓存单元数据地址保存至单独设置的第二标识位，所述查找第二数据应写入的第二逻辑地址是指从所述第二标识位中获得缓存单元数据地址。

为解决上述技术问题，本发明还提出了一种数据存储装置，用于将第一数据写入第一逻辑地址，包括：

查询模块，用于查询缓存单元中是否有数据，并将查询结果传输给处理模块；

获取模块，用于在缓存单元有数据时获得缓存单元存储的第二数据，并查找第二数据应写入的第二逻辑地址；

处理模块，用于将第二数据写入到所述第一逻辑地址对应的物理地址中，将所述第一数据写入到缓存单元中，并记录第一逻辑地址；

地址映射更新模块，用于在处理模块结束处理后，将所述第一逻辑地址和第二逻辑地址对应的物理地址互换。

进一步地，上述数据存储装置还可具有以下特点，所述处理模块还用于：在所述查询模块的查询结果为缓存单元中没有数据时，将所述第一数据写入到缓存单元中，并记录第一逻辑地址。

进一步地，上述数据存储装置还可具有以下特点，还包括标识设置模块，用于为每个逻辑地址设置标识位；

所述标识位用于标识对应逻辑地址是否为缓存单元数据应写入的逻辑地址，即缓存单元数据地址，所述获取模块根据所述标识位查找所述第二逻辑地址，所述处理模块通过更改对应标识位记录第一逻辑地址。

进一步地，上述数据存储装置还可具有以下特点，所述获取模块还用于存储缓存单元数据应写入的逻辑地址，即缓存单元数据地址；

所述获取模块用于将存储的缓存单元数据地址作为第二逻辑地址传输给处理模块；

所述处理模块用于将所述第一逻辑地址传输给获取模块作为缓存单元数据地址存储。

为解决上述技术问题，本发明还提出了一种数据存储系统，包括存储器、缓存单元、地址映射模块和上述任一项所述的数据存储装置，其中：

所述存储器，用于存储数据；

所述缓存单元，用于缓存待存储数据；

所述地址映射模块，用于保存所述存储器中各存储单元的地址映射关系，所述地址映射关系为存储器中各存储单元的物理地址与逻辑地址的对应关系；

所述数据存储装置，用于根据所述地址映射模块保存的地址映射关系，控制对所述缓存单元和所述存储器的读写，以及将更新后的地址映射关系写入到所述地址映射模块。

本发明的数据存储方法、装置及系统，利用缓存单元，实现了存储器中存储单元地址的动态映射，频繁擦写的存储单元会自动映射到其他存储单元，均衡了各存储单元的擦写次数，提高了存储器整体可擦写的次数，从而延长了存储器的寿命，增强了存储器的可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例中数据存储方法的流程图；

图2为页缓存标识位的设置方式一示意图；

图3A为当页缓存标识位采用设置方式一设置时，擦写逻辑地址M前后的地址映射关系图；

图3B为在图3A基础上，擦写逻辑地址N前后的地址映射关系图；

图3C为在图3B基础上，擦写逻辑地址T前后的地址映射关系图；

图4为页缓存标识位的设置方式二示意图；

图5A为当页缓存标识位采用设置方式二设置时，擦写逻辑地址M前后的地址映射关系图；

图5B为在图5A基础上，擦写逻辑地址N前后的地址映射关系图；

图5C为在图5B基础上，擦写逻辑地址T前后的地址映射关系图；

图6为本发明实施例中数据存储装置的结构框图；

图7为本发明实施例中数据存储系统的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

在执行本发明的数据存储方法之前，需要做以下设置工作：

设置地址映射空间，保存存储器中各存储单元的地址映射关系，即存储器中各存储单元的物理地址与逻辑地址的对应关系；

设置缓存单元标识位，用于保存缓存单元标识。缓存单元标识可以给出两方面的信息，一是缓存单元中是否有数据，二是在缓存单元中有数据时指示缓存单元中数据的逻辑地址。缓存单元标识包括有效标识。有效标识用来指示缓存单元中是否有数据，或者说指示缓存单元是否为空。关于缓存单元标识位的设置方式在后面进行说明。

通常，系统会为非易失性存储器配置缓存单元(例如页缓存)，用来提高系统的并行度，使得在存储器较长时间的擦写过程中，系统可以执行其他操作。此时不必设置缓存单元。如果系统没有为非易失性存储器配置缓存单元，则还需要设置缓存单元。例如，对于没有缓存单元的系统，可以在系统中增加一个RAM(Random Access Memory，随机存储器)作为缓存单元。

假设需要擦写(即存储)逻辑地址为M的页，则擦写的过程可以如图1所示。图1为本发明实施例中数据存储方法的流程图。如图1所示，本实施例中，数据存储方法的流程包括如下步骤：

步骤101，查询页缓存的有效标识是否为0，若为0则执行步骤103，否则执行步骤102；

存储器由存储单元构成，本实施例中，存储单元为存储器的物理页(称为页存储单元)，每个物理页的大小可以根据需要确定。本实施例中，缓存单元是页缓存。存储器中的每个存储单元都对应一个逻辑地址和一个物理地址。

页缓存的有效标识为无效，表示页缓存为空，或者说页缓存中没有数据，有效标识为有效，表示页缓存不为空，或者说页缓存中有数据。步骤101中，用0表示无效，1表示有效。当然，在其他实施例中，也可以用其他的值表示有效和无效。

步骤102，查询页缓存地址值，假设查询到页缓存地址值为Q，执行步骤104；

页缓存地址值即页缓存中数据的逻辑地址。

步骤103，将需要写入逻辑地址M的数据写入页缓存，执行步骤111；

步骤104，查询逻辑地址Q对应的物理地址x；

步骤105，查询逻辑地址M对应的物理地址y；

步骤106，将页缓存中数据写入物理地址为y的页；

步骤107，修改逻辑地址Q对应的物理地址为y；

步骤108，将页缓存的有效标识改为0；

由于此时页缓存中数据已经被写入物理地址为y的页了，因此当前页缓存是空的，即页缓存中没有数据。

步骤109，将需要写入逻辑地址M的数据写入页缓存；

步骤110，修改逻辑地址M对应的物理地址为x；

步骤111，将页缓存的有效标识改为1；

此时，页缓存中缓存了逻辑地址为M的数据。

步骤112，将页缓存数据地址修改为M。

这里，举例说明页缓存标识位的设置方式。页缓存标识位的设置方式同样适用于其他缓存单元标识位的设置。

页缓存标识位的设置方式一：在地址映射空间中，为每个页存储单元的物理地址设置一个第一标识位，作为页缓存标识位，该第一标识位用于保存有效标识，有效标识为有效的物理地址所对应的逻辑地址为页缓存存储的数据的逻辑地址(即步骤102中所述页缓存地址值)，简称为页缓存数据地址。如前所述，有效标识用来指示页缓存中是否有数据，或者说指示页缓存是否为空。

图2为页缓存标识位的设置方式一示意图。如图2所示，标识0、标识1、标识M、标识N、标识T等都是第一标识位，每一个第一标识位对应一个物理地址和一个逻辑地址。以标识M为例，标识M对应物理地址x和逻辑地址M。图2中，第一标识位宽为1比特，值为1时表示页缓存中存放的是该逻辑地址的数据。图2还标识了逻辑地址和物理地址的映射关系。图4中假设逻辑地址0对应的物理地址为a，逻辑地址M对应的物理地址为x，以此类推。

假设初始时页缓存为空，依次要擦写逻辑地址M、逻辑地址N和逻辑地址T，逻辑地址M对应的物理地址为x，逻辑地址N对应的物理地址为y，逻辑地址T对应的物理地址为z。

当页缓存标识位采用设置方式一设置时，地址映射关系的变化如图3A、图3B和图3C所示。

图3A为当页缓存标识位采用设置方式一设置时，擦写逻辑地址M前后的地址映射关系图。由于初始时页缓存为空，因此当需要擦写逻辑地址为M的页时，将需要写入逻辑地址M的数据直接写入到页缓存中，修改标识M为1，表示此时页缓存中存放的是逻辑地址M的数据，如图3A所示。

图3B为在图3A基础上，擦写逻辑地址N前后的地址映射关系图。擦写逻辑地址M后，紧接着擦写逻辑地址为N的页。如图3B所示，由于页缓存非空，查询到标识M为1，说明页缓存中存放的是逻辑地址为M的页，对应的物理地址为x。当前需要擦写的逻辑地址为N，逻辑地址N对应的物理地址为y，此时先将页缓存中的数据写入到物理地址为y的页，修改逻辑地址M对应的物理地址为y，标识M为0。页缓存为空后，再将逻辑地址N的数据存入页缓存，同时修改逻辑地址N的物理地址x，标识N为1。

图3C为在图3B基础上，擦写逻辑地址T前后的地址映射关系图。擦写逻辑地址N后，接下来擦写逻辑地址为T的页。如图3C所示，由于页缓存非空，查询到标识N为1，说明页缓存中存放的是逻辑地址为N的页，对应的物理地址为x。当前需要擦写的逻辑地址为T，对应的物理地址为z，此时先将页缓存中的数据写入到物理地址为z的页，修改逻辑地址N对应的物理地址为z，标识N为0。页缓存为空后，再将逻辑地址T的数据存入页缓存，同时修改逻辑地址T的物理地址x，标识T为1。

从图3A、图3B和图3C可以看到，原本逻辑地址M、N、T分别对应的物理地址为x、y、z，先后擦写完M、N、T页后，逻辑地址M、N、T对应的物理地址变为y、z、x，映射范围大，各页擦写次数极大地被均衡。

页缓存标识位的设置方式二：在地址映射空间中，单独设置一个第二标识位作为页缓存标识位，该第二标识位用于保存有效标识和页缓存数据地址。有效标识用来指示页缓存中是否有数据，或者说指示页缓存是否为空，页缓存数据地址用来指示页缓存中数据的逻辑地址。

图4为页缓存标识位的设置方式二示意图。如图4所示，有效标识和页缓存数据地址这两个数据段为第二标识位。有效标识为1比特，有效标识值为1时页缓存数据地址的值就是页缓存内数据对应的逻辑地址，有效标识值为0时页缓存数据地址值无效，即页缓存为空。图4还标识了逻辑地址和物理地址的映射关系。图4中假设逻辑地址0对应的物理地址为a，逻辑地址M对应的物理地址为x，以此类推。

仍然假设初始时页缓存为空，依次要擦写逻辑地址M、逻辑地址N和逻辑地址T，逻辑地址M对应的物理地址为x，逻辑地址N对应的物理地址为y，逻辑地址T对应的物理地址为z。

当页缓存标识位采用设置方式二设置时，地址映射关系的变化如图5A、图5B和图5C所示。

图5A为当页缓存标识位采用设置方式二设置时，擦写逻辑地址M前后的地址映射关系图。由于初始时页缓存为空，即有效标识为0，当需要擦写逻辑地址为M的页时，将数据直接写入到页缓存，修改有效标识为1，页缓存数据地址的值更新为M，表示此时页缓存中存放的是需要写入逻辑地址M的数据，如5A图所示。

图5B为在图5A基础上，擦写逻辑地址N前后的地址映射关系图。擦写逻辑地址M后，紧接着擦写逻辑地址为N的页。如图5B所示，有效标识为1，说明页缓存非空，查询页缓存数据地址为M，说明页缓存中存放的是需要写入逻辑地址为M的数据，对应的物理地址为x。当前需要擦写的逻辑地址为N，对应的物理地址为y，此时先将页缓存中的数据写入到物理地址为y的页，修改逻辑地址M对应的物理地址为y，有效标识改为0。页缓存为空后，再将需要写入逻辑地址N的数据存入页缓存，同时修改逻辑地址N的物理地址为x，有效标识改为1，页缓存数据地址更新为N。

图5C为在图5B基础上，擦写逻辑地址T前后的地址映射关系图。擦写逻辑地址N后，接下来擦写逻辑地址为T的页。如图5C所示，有效标识为1，说明页缓存非空，查询页缓存数据地址为N，说明页缓存中存放的是需要写入逻辑地址为N的数据，对应的物理地址为x。当前需要擦写的逻辑地址为T，对应的物理地址为z，此时先将页缓存中的数据写入到物理地址为z的页，修改逻辑地址N对应的物理地址为z，有效标识改为0。页缓存为空后，再将逻辑地址T的数据存入页缓存，同时修改逻辑地址T的物理地址x，有效标识改为1，页缓存数据地址更新为T。

从图5A、图5B和图5C可以看到，原本逻辑地址M、N、T分别对应的物理地址为x、y、z，先后擦写完M、N、T页后，逻辑地址M、N、T对应的物理地址变为y、z、x，映射范围大，各页擦写次数极大地被均衡。而且，页缓存标识位采用设置方式二设置比采用设置方式一设置更加节省页缓存标识所占的存储空间，并且页缓存标识位的查询效率更高。

本发明的数据存储方法，利用缓存单元，实现了存储器中存储单元地址的动态映射，频繁擦写的存储单元会自动映射到其他存储单元，均衡了各存储单元的擦写次数，提高了存储器整体可擦写的次数，从而延长了存储器的寿命，增强了存储器的可靠性。并且，本发明的数据存储方法，整个存储过程自动完成，效率高，对用户透明。

本发明还提出了一种数据存储装置，用以实施上述的数据存储方法。

图6为本发明实施例中数据存储装置的结构框图。如图6所示，本实施例中，数据存储装置200用于将第一数据写入第一逻辑地址，数据存储装置200包括查询模块210、获取模块220、处理模块230和地址映射更新模块240。查询模块210用于查询缓存单元中是否有数据，并将查询结果传输给处理模块230。获取模块220用于在缓存单元有数据时获得缓存单元存储的第二数据，并查找第二数据应写入的第二逻辑地址。处理模块230用于将第二数据写入到第一逻辑地址对应的物理地址中，将第一数据写入到缓存单元中，并记录第一逻辑地址。地址映射更新模块240用于在处理模块230结束处理后，将第一逻辑地址和第二逻辑地址对应的物理地址互换。其中，地址映射关系为存储器中各存储单元的物理地址与逻辑地址的对应关系。

其中，存储单元可以是存储器的物理页(即页存储单元)，缓存单元可以是页缓存。

处理模块230还可以用于在查询模块210的查询结果为缓存单元中没有数据时，将第一数据写入到缓存单元中，并记录第一逻辑地址。

在本发明的其他实施例中，数据存储装置中还可以包括标识设置模块。标识设置模块用于为每个逻辑地址设置标识位。该标识位用于标识对应逻辑地址是否为缓存单元数据应写入的逻辑地址，即缓存单元数据地址。获取模块根据该标识位查找第二逻辑地址，处理模块通过更改对应标识位记录第一逻辑地址。

在本发明的其他实施例中，获取模块还可以用于存储缓存单元数据应写入的逻辑地址，即缓存单元数据地址。获取模块还可以用于将存储的缓存单元数据地址作为第二逻辑地址传输给处理模块。处理模块还可以用于将第一逻辑地址传输给获取模块作为缓存单元数据地址存储。

在本发明的其他实施例中，数据存储装置还可以包括缓存单元设置模块。缓存单元设置模块用于设置缓存单元。通常，系统会为非易失性存储器配置缓存单元，用来提高系统的并行度，使得在存储器较长时间的擦写过程中，系统可以执行其他操作。此时不必设置缓存单元。如果系统没有为非易失性存储器配置缓存单元，则还需要设置缓存单元。例如，对于没有缓存单元的系统，缓存单元设置模块可以在系统中增加一个RAM作为缓存单元。

在本发明的其他实施例中，数据存储装置还可以包括地址映射设置模块。地址映射设置模块用于设置地址映射空间，保存存储器中各存储单元的地址映射关系。

本发明的数据存储装置，利用缓存单元，实现了存储器中存储单元地址的动态映射，频繁擦写的存储单元会自动映射到其他存储单元，均衡了各存储单元的擦写次数，提高了存储器整体可擦写的次数，从而延长了存储器的寿命，增强了存储器的可靠性。

本发明还提出了一种数据存储系统。

图7为本发明实施例中数据存储系统的结构框图。如图7所示，本实施例中，数据存储系统包括存储器100、缓存单元400、地址映射模块300和数据存储装置200。其中，存储器100用于存储数据。缓存单元400用于缓存待存储数据。地址映射模块300用于保存存储器100中各存储单元的地址映射关系，地址映射关系为存储器中各存储单元的物理地址与逻辑地址的对应关系。数据存储装置200用于根据地址映射模块300保存的地址映射关系，控制对缓存单元400和存储器100的读写，以及将更新后的地址映射关系写入到地址映射模块300。其中，地址映射模块300也即前述提及的地址映射空间。

该数据存储系统中，数据存储装置200采用本发明前述的数据存储方法，将待存储数据存储到缓存单元400和存储器100中。

数据存储装置200在前面已有描述，此处不再赘述。

本发明的数据存储系统，利用缓存单元，实现了存储器中存储单元地址的动态映射，频繁擦写的存储单元会自动映射到其他存储单元，均衡了各存储单元的擦写次数，提高了存储器整体可擦写的次数，从而延长了存储器的寿命，增强了存储器的可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数据存储方法，用于将第一数据写入第一逻辑地址，其特征在于，包括：

查询缓存单元中是否有数据；

若缓存单元中有数据，则获得缓存单元存储的第二数据，并查找第二数据应写入的第二逻辑地址；

将第二数据写入到所述第一逻辑地址对应的物理地址中，将所述第一数据写入到缓存单元中，记录第一逻辑地址；

将所述第一逻辑地址和第二逻辑地址对应的物理地址互换。

2.根据权利要求1所述的数据存储方法，其特征在于，还包括：

若缓存单元中没有数据，则将所述第一数据写入到缓存单元中，记录第一逻辑地址。

3.根据权利要求1或2所述的数据存储方法，其特征在于，所述记录第一逻辑地址指将第一逻辑地址标识为缓存单元数据地址，所述查找第二数据应写入的第二逻辑地址是指查找标识为缓存单元数据地址的逻辑地址。

4.根据权利要求3所述的数据存储方法，其特征在于，所述将逻辑地址标识为缓存单元数据地址包括：为每个逻辑地址对应的物理地址设置第一标识位，所述第一标识位为有效的逻辑地址为缓存单元数据地址。

5.根据权利要求1或2所述的数据存储方法，其特征在于，所述记录第一逻辑地址是指将所述第一逻辑地址作为缓存单元数据地址保存至单独设置的第二标识位，所述查找第二数据应写入的第二逻辑地址是指从所述第二标识位中获得缓存单元数据地址。

6.一种数据存储装置，用于将第一数据写入第一逻辑地址，其特征在于，包括：

查询模块，用于查询缓存单元中是否有数据，并将查询结果传输给处理模块；

获取模块，用于在缓存单元有数据时获得缓存单元存储的第二数据，并查找第二数据应写入的第二逻辑地址；

处理模块，用于将第二数据写入到所述第一逻辑地址对应的物理地址中，将所述第一数据写入到缓存单元中，并记录第一逻辑地址；

地址映射更新模块，用于在处理模块结束处理后，将所述第一逻辑地址和第二逻辑地址对应的物理地址互换。

7.根据权利要求6所述的数据存储装置，其特征在于，所述处理模块还用于：在所述查询模块的查询结果为缓存单元中没有数据时，将所述第一数据写入到缓存单元中，并记录第一逻辑地址。

8.根据权利要求6或7所述的数据存储装置，其特征在于，还包括标识设置模块，用于为每个逻辑地址设置标识位；

所述标识位用于标识对应逻辑地址是否为缓存单元数据应写入的逻辑地址，即缓存单元数据地址，所述获取模块根据所述标识位查找所述第二逻辑地址，所述处理模块通过更改对应标识位记录第一逻辑地址。

9.根据权利要求6或7所述的数据存储装置，其特征在于，所述获取模块还用于存储缓存单元数据应写入的逻辑地址，即缓存单元数据地址；

所述获取模块用于将存储的缓存单元数据地址作为第二逻辑地址传输给处理模块；

所述处理模块用于将所述第一逻辑地址传输给获取模块作为缓存单元数据地址存储。

10.一种数据存储系统，其特征在于，包括存储器、缓存单元、地址映射模块和权利要求6至9任一项所述的数据存储装置，其中：

所述存储器，用于存储数据；

所述缓存单元，用于缓存待存储数据；

所述地址映射模块，用于保存所述存储器中各存储单元的地址映射关系，所述地址映射关系为存储器中各存储单元的物理地址与逻辑地址的对应关系；

所述数据存储装置，用于根据所述地址映射模块保存的地址映射关系，控制对所述缓存单元和所述存储器的读写，以及将更新后的地址映射关系写入到所述地址映射模块。

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