CN102789421A - 提高nand闪存读写性能的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高NAND闪存读写性能的方法及装置，该方法包括：在系统初始化时，查找NAND闪存中已删除文件；确定已删除文件的逻辑地址；删除NFTL中所述逻辑地址对应的逻辑到物理的映射关系，使所述逻辑地址对应的物理块成为空闲块。利用本发明，可以使NFTL在频繁的文件删除再拷贝的过程中，能够及时得到空闲物理块，提高NAND闪存的读写性能和使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及嵌入式系统存储器读写技术领域，特别涉及一种提高NAND闪存读写性能的方法及装置。
背景技术
目前的随身电子产品，如手机、随身听等所用的存储器件大都是flash存储器，又称为闪存。flash存储器是非易失存储器，可以对称为块的存储器单元块进行擦写和再编程。任何flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行，所以大多数情况下，在进行写入操作之前必须先执行擦除操作。由于flash存储器的这种特性，因此传统的文件系统，如FAT16、FAT32、NTFS、ext2等，将无法直接工作在flash存储器上。
在现有技术中，对于NAND闪存(NAND flash Memory)，通常利用NFTL(NAND Flash Translation Layer，NAND flash转换层)将逻辑块地址对应到实体的NAND闪存位置(以下简称物理地址)，即将NAND闪存模拟成一个类似磁盘的块设备，以此来达到使NAND闪存能够使用FAT等用在块设备上的这类文件系统。例如，假设NAND闪存有10个块，逻辑块与物理块的对应关系如下表1所示，其中逻辑块与物理块的对应关系是一对N(N≥0)的关系。
表1：
| 逻辑块 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| 物理块 | 0，1，2，3 | 空 | 7，9 | 8 | 空 | 5 | 4 | 空 | 空 | 空 |
目前，一些现有NFTL是使用链表的方式管理逻辑到物理的映射关系，见上述表1，从未被写的逻辑块对应空地址，被多次写过的逻辑块有多个物理地址与之对应。当NFTL被频繁地使用，也就是对于用户来说进行过一次或多次的将NAND闪存拷贝满再删除的操作，会通过垃圾回收机制得到空闲块，所述垃圾回收机制是NFTL在发现空闲块少于一定的值时，会将数据链中长度大于1的数据链的数据搬移到另一个空闲块，从而增加空闲块的数目。例如，上述表1中，将逻辑块为0的数据(对应物理块0，1，2，3)全部搬移动物理块6上，然后擦除原数据块0，1，2，3，则物理块0，1，2，3被释放出来，从而可以得到更多的空闲块。
但是垃圾回收操作是将整个链表的数据搬移到另一个物理块，这样会导致写性能明显下降，而且在数据搬移过程中要对NAND闪存进行读写擦操作，从而一定程度上降低了NAND闪存的寿命。另外，如果链表长度大于1，在读数据时，需要查找过程才能读到数据，从而也会导致读性能不同程度的下降，读性能与数据链长度成反比，数据链越长，读性能越低。
发明内容
本发明实施例提供一种提高NAND闪存读写性能的方法及装置，以解决现有技术中NFTL使用链表的方式及垃圾回收机制管理逻辑到物理的映射关系影响NAND flash存储器读写性能、降低NAND flash存储器使用寿命的问题。
为此，本发明实施例提供如下技术方案：
一种提高NAND闪存读写性能的方法，包括：
在系统初始化时，查找NAND闪存中已删除文件；
确定已删除文件的逻辑地址；
删除NFTL中所述逻辑地址对应的逻辑到物理的映射关系，使所述逻辑地址对应的物理块成为空闲块。
优选地，所述查找NAND闪存中已删除文件包括：
查找所述NAND闪存的0扇区，得到所有FAT表或簇位图的地址信息；
根据所述地址信息扫描所有FAT表或簇位图，统计出所有的空闲簇。
优选地，所述确定已删除文件的逻辑地址包括：
计算所有的空闲簇对应的逻辑块数目；
计算连续的空闲簇的首簇号对应的逻辑地址。
优选地，所述方法还包括：
如果系统接收到写命令，并且所述写命令是系统格式化命令时，删除NFTL中所有逻辑地址对应的逻辑到物理的映射关系，使所有逻辑地址对应的物理块成为空闲块；
如果系统接收到写命令，并且所述写命令是写FAT表或簇位图，则统计当前需要写的FAT表或簇位图中的空闲簇，计算所述空闲簇对应的逻辑地址，删除NFTL中所述逻辑地址对应的逻辑到物理的映射关系，使所述逻辑地址对应的物理块成为空闲块。
优选地，所述方法还包括：
在系统接收到写命令后，确定是否写0扇区；
如果是，则根据需要写入的数据来确定所述写命令是系统格式化命令。
一种提高NAND闪存读写性能的装置，包括：
查找单元，用于在系统初始化时，查找NAND闪存中已删除文件；
地址确定单元，用于确定已删除文件的逻辑地址；
删除单元，用于删除NFTL中所述逻辑地址对应的逻辑到物理的映射关系，使所述逻辑地址对应的物理块成为空闲块。
优选地，所述查找单元包括：
地址信息查找子单元，用于查找所述NAND闪存的0扇区，得到所有FAT表或簇位图的地址信息；
统计子单元，用于根据所述地址信息扫描所有FAT表或簇位图，统计出所有的空闲簇。
优选地，所述地址确定单元包括：
第一计算子单元，用于计算所有的连续空闲簇对应的逻辑块数目；
第二计算子单元，用于计算连续空闲簇的首簇号对应的逻辑地址。
优选地，所述装置还包括：
命令识别单元，用于在系统接收到写命令后，识别所述写命令；
第一处理单元，用于在所述命令识别单元识别到所述写命令是系统格式化命令时，删除NFTL中所有逻辑地址对应的逻辑到物理的映射关系，使所有逻辑地址对应的物理块成为空闲块；
第二处理单元，用于在所述命令识别单元识别到所述写命令是写FAT表或簇位图时，统计当前需要写的FAT表或簇位图中的空闲簇，计算所述空闲簇对应的逻辑地址，删除NFTL中所述逻辑地址对应的逻辑到物理的映射关系，使所述逻辑地址对应的物理块成为空闲块。
优选地，所述命令识别单元，具体用于在系统接收到写命令后，确定是否写0扇区；如果是，则根据需要写入的数据确定所述写命令是系统格式化命令。
本发明实施例提供的提高NAND闪存读写性能的方法及装置，可以在系统初始化时，对于已删除文件对应的物理块，无需像现有技术那样，等到垃圾回收时，才将其变为空闲，而是在系统初始化时，将已删除文件对应的逻辑到物理的映射关系进行删除，使已删除文件对应的物理块成为空闲块，从而保证了NFTL在频繁的文件删除再拷贝的过程中，能够及时得到空闲物理块，提高了NAND闪存的读写性能和使用寿命。
进一步地，在系统运行过程中接收到写命令后，确定用户是否是在删除文件，如果确定用户是在删除文件，则会清除该文件占用的FAT表或簇位图数据，因而可以通过分析这些数据来确定删除文件操作，进而可以及时删除该文件对应的逻辑到物理的映射关系，得到空闲的物理块。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提高NAND闪存读写性能的方法的流程图；
图2是本发明实施例提高NAND闪存读写性能的方法的另一流程图；
图3是本发明实施例提高NAND闪存读写性能的装置的一种结构示意图；
图4是本发明实施例提高NAND闪存读写性能的装置的另一种结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提高NAND闪存读写性能的方法及装置，针对现有技术中NFTL使用链表的方式及垃圾回收机制管理逻辑到物理的映射关系影响NAND flash存储器读写性能、降低NAND flash存储器使用寿命的问题，在系统初始化时，将NAND闪存中已删除文件对应的NFTL中的逻辑到物理的映射关系删除，使已删除文件对应的物理块成为空闲块，从而增加NFTL中的空闲块，保证NFTL在频繁的文件删除再拷贝时，无需使用垃圾回收机制即可得到空闲块，从而提高NAND闪存的读写性能，减少对NAND闪存使用寿命的影响。
如图1所示，是本发明实施例提高NAND闪存读写性能的方法的流程图，包括以下步骤：
步骤101，在系统初始化时，查找NAND闪存中已删除文件。
由于在NAND闪存的0扇区记录了文件系统类型以及文件系统的FAT(File Allocation Table，文件分配表)表或簇位图地址信息，因此，可以首先读取0扇区得到FAT表或簇位图地址信息。比如，读取NAND闪存的0扇区，可以得到以下信息：
然后，根据得到的FAT表(对应FAT16、FAT32文件系统)或簇位图(对应EXFAT文件系统)的地址信息扫描所有FAT表或簇位图，统计出所有的空闲簇，这些空闲簇即是已删除文件占用的簇数。
步骤102，确定已删除文件的逻辑地址。
在统计出所有的空闲簇后，首先确定已删除文件对应的逻辑块数目，然后计算删除文件的首簇号对应的逻辑地址。
在统计出所有的空闲簇后(空闲簇会分为多片连续的簇，例如，从100到150，从230到400，从1000到2000等)，计算出空闲簇所对应的所有逻辑块，因空闲簇一般是连续的(从空闲簇的起始簇号到空闲簇的起始簇号加上空闲簇的连续簇数)，所以所对应的已删除文件对应的逻辑块也是连续的，因此可以利用已删除文件对应的起始逻辑地址与已删除文件对应的逻辑块数目表示已删除文件对应的逻辑块。例如，已删除文件对应的逻辑块是从已删除文件对应的起始逻辑地址到已删除文件对应的起始逻辑地址加上已删除文件对应的逻辑块数目。
已删除文件对应的逻辑块数目＝已删除文件占用的连续簇数*每个簇占用的字节数/物理块占用的字节数；
每个逻辑块对应的逻辑地址＝文件占用的连续簇的首簇号*每个簇占用的字节数/物理块占用的字节数。
步骤103，删除NFTL中所述逻辑地址对应的逻辑到物理的映射关系，使所述逻辑地址对应的物理块成为空闲块。
这样，对于已删除文件对应的物理块，无需像现有技术那样，等到垃圾回收时，才将其变为空闲，而是在系统初始化时，将已删除文件对应的逻辑到物理的映射关系进行删除，使已删除文件对应的物理块成为空闲块，从而保证了NFTL在频繁的文件删除再拷贝的过程中，能够及时得到空闲物理块，提高了NAND闪存的读写性能和使用寿命。
进一步地，在本发明实施例中，还可以在系统运行过程中，在系统接收到写命令后，确定用户是否是在删除文件，如果确定用户是在删除文件，则会清除该文件占用的FAT表或簇位图数据，因而可以通过分析这些数据来确定删除文件操作，进而可以及时删除该文件对应的逻辑到物理的映射关系，得到空闲的物理块。
如图2所示，是本发明实施例提高NAND闪存读写性能的方法的另一流程图，包括以下步骤：
步骤201，系统接收写命令。
步骤202，判断上述写命令是否为系统格式化命令；如果是，则执行步骤203；否则，执行步骤204；
所述格式化就是对磁盘进行划分磁道和扇区并写上个扇区的地址标记。在格式化时，需要在NAND闪存的0扇区写入相应的数据，根据写入的数据即可判断上述写命令是否为系统格式化命令。比如：
对于Windows操作系统，为了标识存储介质是可靠的，在存储介质0扇区的偏移510与511的两个字节写入0x55，0xAA，以便确定此存储介质是微软可识别的存储介质。如果对该存储介质进行格式化，会先将0扇区标志数据清理(即将偏移510与511的数据清为0)，然后再写入其它格式化的数据，最后再将0扇区的数据写入(即将偏移510与511的数据设置为0x55，0xAA)，所以从中可以判断写入0扇区中的数据，如果偏移地址510与511写入的数据不是0x55，0xAA，则可确定是进行格式化操作。
步骤203，删除NFTL中所有逻辑地址对应的逻辑到物理的映射关系，使所有逻辑地址对应的物理块成为空闲块；然后，执行步骤208；
步骤204，判断上述写命令是否是写FAT表或簇位图；如果是，则执行步骤205；否则，执行步骤208；
步骤205，统计当前需要写的FAT表或簇位图中的空闲簇；
步骤206，计算所述空闲簇对应的逻辑地址；
步骤207，删除NFTL中所述逻辑地址对应的逻辑到物理的映射关系；
步骤208，调用NFTL的写操作。
可见，本发明实施例提高NAND闪存读写性能的方法，可以在系统运行过程中删除文件时，及时删除NFTL中该文件对应的逻辑到物理的映射关系，将这部分物理块变为空闲，保证NFTL在频繁的文件删除再拷贝的过程中，能够及时得到空闲物理块，提高了NAND闪存的读写性能和使用寿命。
需要说明的是，上述图1和图2所示流程分别描述了系统在初始化和运行过程中NFTL与文件联动的流程。需要说明的是，在实际应用中，上述两个流程所表示的方案可以分别单独应用，也可以一起综合应用，对此本发明实施例不做限定。
相应地，本发明实施例还提供一种提高NAND闪存读写性能的装置，如图3所示，是该装置的一种结构示意图。
在该实施例中，所述装置包括：
查找单元301，用于在系统初始化时，查找NAND闪存中已删除文件；
地址确定单元302，用于确定已删除文件的逻辑地址；
删除单元303，用于删除NFTL中上述逻辑地址对应的逻辑到物理的映射关系，使上述逻辑地址对应的物理块成为空闲块。
在具体应用中，所述查找单元301可以包括：地址信息查找子单元和统计子单元(未图示)，其中：
所述地址信息查找子单元，用于查找NAND闪存的0扇区，得到所有FAT表或簇位图的地址信息；
所述统计子单元，用于根据上述地址信息扫描所有FAT表或簇位图，统计出所有的空闲簇。
所述地址确定单元302可以包括：第一计算子单元和第二计算子单元(未图示)，其中：
所述第一计算子单元，用于计算所有的连续空闲簇对应的逻辑块数目；
所述第二计算子单元，用于计算连续的空闲簇的首簇号对应的逻辑地址。
当然，本发明实施例中查找单元301和地址确定单元302并不仅限于上述实现方式，还可以采用其他实现方式。
利用本发明实施例提高NAND闪存读写性能的装置，对于已删除文件对应的物理块，无需像现有技术那样，等到垃圾回收时，才将其变为空闲，而是在系统初始化时，将已删除文件对应的逻辑到物理的映射关系进行删除，使已删除文件对应的物理块成为空闲块，从而保证了NFTL在频繁的文件删除再拷贝的过程中，能够及时得到空闲物理块，提高了NAND闪存的读写性能和使用寿命。
如图4所示，是本发明实施例还提供一种提高NAND闪存读写性能的装置的另一种结构示意图。
在该实施例中，所述装置包括：
命令识别单元401，用于在系统接收到写命令后，识别所述写命令；
第一处理单元402，用于在所述命令识别单元识别到所述写命令是系统格式化命令时，删除NFTL中所有逻辑地址对应的逻辑到物理的映射关系，使所有逻辑地址对应的物理块成为空闲块；
第二处理单元403，用于在所述命令识别单元识别到所述写命令是写FAT表或簇位图时，统计当前需要写的FAT表或簇位图中的空闲簇，计算所述空闲簇对应的逻辑地址，删除NFTL中所述逻辑地址对应的逻辑到物理的映射关系，使所述逻辑地址对应的物理块成为空闲块。
在该实施例中，上述命令识别单元401可以在系统接收到写命令后，确定是否写0扇区；如果是，则根据需要写入的数据确定所述写命令是系统格式化命令。
本发明实施例提高NAND闪存读写性能的装置，可以在系统运行过程中删除文件时，及时删除NFTL中该文件对应的逻辑到物理的映射关系，将这部分物理块变为空闲，保证NFTL在频繁的文件删除再拷贝的过程中，能够及时得到空闲物理块，提高了NAND闪存的读写性能和使用寿命。
需要说明的是，在实际应用中，上述图3和图4所示装置可以分别单独应用，也可以一起综合应用，对此本发明实施例不做限定。
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
本发明实施例提高NAND闪存读写性能的方法及装置，可用于众多通用或专用的计算系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。
以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰，都应落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种提高NAND闪存读写性能的方法，其特征在于，包括：
在系统初始化时，查找NAND闪存中已删除文件；
确定已删除文件的逻辑地址；
删除NFTL中所述逻辑地址对应的逻辑到物理的映射关系，使所述逻辑地址对应的物理块成为空闲块。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述查找NAND闪存中已删除文件包括：
查找所述NAND闪存的0扇区，得到所有FAT表或簇位图的地址信息；
根据所述地址信息扫描所有FAT表或簇位图，统计出所有的空闲簇。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定已删除文件的逻辑地址包括：
计算所有的空闲簇对应的逻辑块数目；
计算连续的空闲簇的首簇号对应的逻辑地址。
4.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
如果系统接收到写命令，并且所述写命令是系统格式化命令时，删除NFTL中所有逻辑地址对应的逻辑到物理的映射关系，使所有逻辑地址对应的物理块成为空闲块；
如果系统接收到写命令，并且所述写命令是写FAT表或簇位图，则统计当前需要写的FAT表或簇位图中的空闲簇，计算所述空闲簇对应的逻辑地址，删除NFTL中所述逻辑地址对应的逻辑到物理的映射关系，使所述逻辑地址对应的物理块成为空闲块。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
在系统接收到写命令后，确定是否写0扇区；
如果是，则根据需要写入的数据来确定所述写命令是系统格式化命令。
6.一种提高NAND闪存读写性能的装置，其特征在于，包括：
查找单元，用于在系统初始化时，查找NAND闪存中已删除文件；
地址确定单元，用于确定已删除文件的逻辑地址；
删除单元，用于删除NFTL中所述逻辑地址对应的逻辑到物理的映射关系，使所述逻辑地址对应的物理块成为空闲块。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述查找单元包括：
地址信息查找子单元，用于查找所述NAND闪存的0扇区，得到所有FAT表或簇位图的地址信息；
统计子单元，用于根据所述地址信息扫描所有FAT表或簇位图，统计出所有的空闲簇。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述地址确定单元包括：
第一计算子单元，用于计算所有的连续空闲簇对应的逻辑块数目；
第二计算子单元，用于计算连续空闲簇的首簇号对应的逻辑地址。
9.如权利要求6至8任一项所述的装置，其特征在于，还包括：
命令识别单元，用于在系统接收到写命令后，识别所述写命令；
第一处理单元，用于在所述命令识别单元识别到所述写命令是系统格式化命令时，删除NFTL中所有逻辑地址对应的逻辑到物理的映射关系，使所有逻辑地址对应的物理块成为空闲块；
第二处理单元，用于在所述命令识别单元识别到所述写命令是写FAT表或簇位图时，统计当前需要写的FAT表或簇位图中的空闲簇，计算所述空闲簇对应的逻辑地址，删除NFTL中所述逻辑地址对应的逻辑到物理的映射关系，使所述逻辑地址对应的物理块成为空闲块。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，
所述命令识别单元，具体用于在系统接收到写命令后，确定是否写0扇区；如果是，则根据需要写入的数据确定所述写命令是系统格式化命令。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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Denomination of invention: Method and device for improving read-write performance of NAND flash memory Effective date of registration: 20171102 Granted publication date: 20150701 Pledgee: China Co truction Bank Corp Guangzhou economic and Technological Development Zone sub branch Pledgor: Anyka (Guangzhou) Microelectronics Technology Co., Ltd. Registration number: 2017990001008 |
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Date of cancellation: 20181227 Granted publication date: 20150701 Pledgee: China Co truction Bank Corp Guangzhou economic and Technological Development Zone sub branch Pledgor: Anyka (Guangzhou) Microelectronics Technology Co., Ltd. Registration number: 2017990001008 |
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Denomination of invention: Method and device for improving read-write performance of NAND flash memory Effective date of registration: 20190130 Granted publication date: 20150701 Pledgee: China Co truction Bank Corp Guangzhou economic and Technological Development Zone sub branch Pledgor: Anyka (Guangzhou) Microelectronics Technology Co., Ltd. Registration number: 2019440000051 |
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Date of cancellation: 20200320 Granted publication date: 20150701 Pledgee: China Co truction Bank Corp Guangzhou economic and Technological Development Zone sub branch Pledgor: ANYKA (GUANGZHOU) MICROELECTRONICS TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: 2019440000051 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 3 / F, C1 area, innovation building, 182 science Avenue, Science City, Guangzhou, Guangdong 510663 Patentee after: Guangzhou Ankai Microelectronics Co.,Ltd. Address before: 3 / F, C1 area, innovation building, 182 science Avenue, Science City, Guangzhou, Guangdong 510663 Patentee before: ANYKA (GUANGZHOU) MICROELECTRONICS TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: 510555 No. 107 Bowen Road, Huangpu District, Guangzhou, Guangdong Patentee after: Guangzhou Ankai Microelectronics Co., Ltd Address before: 510663 floor 3, zone C1, innovation building, No. 182, science Avenue, Science City, Guangzhou, Guangdong Patentee before: Guangzhou Ankai Microelectronics Co., Ltd |
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| CP02 | Change in the address of a patent holder |