CN103064803A

CN103064803A - 一种NAND Flash存储设备的数据读写方法和装置

Info

Publication number: CN103064803A
Application number: CN 201210527808
Authority: CN
Inventors: 周建华; 黎燕
Original assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Current assignee: Huawei Technologies Co Ltd
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2032-12-10
Also published as: CN103064803B

Abstract

本发明公开了一种NAND Flash存储设备的数据读写方法和装置，属于计算机技术领域。所述方法包括：所述NAND Flash存储设备中，控制器与各闪存Flash芯片之间至少设置有两条数据通道，在Flash芯片内，各Target至少与连接不同数据通道的一个Target之间建立有内部数据连接；所述控制器接收数据读写请求，所述数据读写请求中携带有目标地址；所述控制器根据所述目标地址，确定对应的Target，及该Target连接的数据通道；如果所述确定出的数据通道的状态信息为连接异常，则所述控制器通过与该Target建立有内部数据连接关系且连接不同数据通道的Target所连接的数据通道，以及此两个Target之间的内部数据连接，对所述目标地址进行相应的读写操作。采用本发明，可以提高NAND Flash存储设备中磁盘空间的利用率。

Description

一种NAND Flash存储设备的数据读写方法和装置

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，特别涉及一种NAND Flash存储设备的数据读写方法和装置。

背景技术

固态硬盘多使用NAND Flash（与非门闪存）来实现，NAND Flash芯片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消失，它不同于传统的易失性随机访问存储介质和挥发性存储介质，因此可以作为外部存储器使用。

在固态硬盘中，一般包括控制器和多个Flash芯片，在每个Flash芯片内设置有一个或多个Target（对象存储单元），Target是Flash芯片内具有独立寻址能力的存储单元，例如一个8GB（Giga Byte，千亿字节）的Flash芯片可以包括4个Target，每个Target的存储空间为2GB。控制器设置有SATA（Serial Advanced Technology Attachment，串行高级技术连接件）、SAS（Serial Attached Smallcomputer system interface，串行连接小型计算机系统接口）、PCIe（Peripheral Component Interconnect Express，快速外围组件互连）等接口，实现与固态硬盘外部的数据通信，控制器与每个Flash芯片之间设置有一条或者多条数据通道，每个Target设置有外部数据接口，不同Target的外部数据接口可以连接到同一的数据通道，也可以连接到不同的数据通道，进而与控制器连接。如图1a所示，在Flash0中，Target0、Target1、Target2和Target3连接到相同的数据通道（数据通道0）上；如图1b所示，在Flash0中，Target0和Target2连接到相同的数据通道（数据通道0）上，而Target1和Target3连接到另一个数据通道（数据通道1）上。另外，不同Flash芯片中的Target也可以与同一数据通道连接。

控制器在接收到数据读写请求时，会根据请求中携带的目标地址，确认对应的Target，然后通过该Target连接的数据通道，对该目标地址进行数据读写的操作。

在现有技术中，采用RAID（Redundant Arrays of Inexpensive Disks，磁盘阵列）技术，对数据通道出现异常的情况进行处理。以RAID1为例，在磁盘中建立备份数据，备份数据和原数据对应不同的数据通道，当对应原数据的数据通道出现故障时，如果控制器接收到对原数据的数据读写请求，则对备份数据进行相应的读写操作。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

在现有技术中，采用RAID技术，对数据通道出现异常的情况进行处理，需要占用磁盘空间进行冗余备份，导致磁盘空间的利用率低下。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种NAND Flash存储设备的数据读写方法和装置，以提高NAND Flash存储设备中磁盘空间的利用率。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种NAND Flash存储设备的数据读写方法，所述与非门闪存NAND Flash存储设备中，控制器与各闪存Flash芯片之间至少设置有两条数据通道，在Flash芯片内，各对象存储单元Target至少与连接不同数据通道的一个Target之间建立有内部数据连接，所述方法包括：

所述控制器接收数据读写请求，所述数据读写请求中携带有目标地址；

所述控制器根据所述目标地址，确定对应的Target，及该Target连接的数据通道；

如果所述确定出的数据通道的状态信息为连接异常，则所述控制器通过与该Target建立有内部数据连接关系且连接不同数据通道的Target所连接的数据通道，以及此两个Target之间的内部数据连接，对所述目标地址进行相应的读写操作。

优选的，各数据通道的状态信息的获取方法，包括：

所述控制器按照预设的检测周期，检测各数据通道的状态，并记录各数据通道的状态信息；其中，所述状态信息包括连接正常和连接异常。

优选的，所述控制器与每个Flash芯片之间设置有两条数据通道。

优选的，当每个Flash芯片中的Target的数目为4个时，每个数据通道连接其中的两个Target；当每个Flash芯片中的Target的数目为2个时，每个数据通道连接其中的一个Target。

优选的，每个Flash芯片内，全部Target相互之间都建立有内部数据连接。

另一方面，提供了一种NAND Flash存储设备的数据读写装置，所述与非门闪存NAND Flash存储设备中，控制器与各闪存Flash芯片之间至少设置有两条数据通道，在Flash芯片内，各对象存储单元Target至少与连接不同数据通道的一个Target之间建立有内部数据连接，所述装置包括：

接收模块，用于接收数据读写请求，所述数据读写请求中携带有目标地址；

确定模块，用于根据所述目标地址，确定对应的Target，及该Target连接的数据通道；

读写模块，用于如果所述确定出的数据通道的状态信息为连接异常，则通过与该Target建立有内部数据连接关系且连接不同数据通道的Target所连接的数据通道，以及此两个Target之间的内部数据连接，对所述目标地址进行相应的读写操作。

优选的，所述读写模块，具体用于：

按照预设的检测周期，检测各数据通道的状态，并记录各数据通道的状态信息；其中，所述状态信息包括连接正常和连接异常。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

控制器与Flash芯片之间至少设置有两条数据通道，在Flash芯片中，建立Target之间的内部数据连接，当某条数据通道出现异常时，如果控制器接收到对应该数据通道的数据读写请求，则控制器通过其它数据通道，以及Target之间的内部数据连接，完成相应的读写操作。从而，在NAND Flash存储设备中，无需采用RAID技术，就可以保证设备在某些数据通道异常的情况下仍能正常运行，节省了冗余备份需要占用的磁盘空间，可以提高磁盘空间的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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1a、图1b是现有技术中NAND Flash存储设备的内部结构示意图；

图2是本发明实施例提供的NAND Flash存储设备的数据读写方法流程图；

图3是本发明实施例提供的NAND Flash存储设备的内部结构示意图；

图4是本发明实施例提供的NAND Flash存储设备的内部结构示意图；

图5是本发明实施例提供的NAND Flash存储设备的数据读写装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种NAND Flash存储设备的数据读写方法，NANDFlash存储设备中，控制器与各闪存Flash芯片之间至少设置有两条数据通道，在Flash芯片内，各对象存储单元Target至少与连接不同数据通道的一个Target之间建立有内部数据连接。如图2所示，该方法的处理流程可以包括如下的步骤：

步骤201，控制器接收数据读写请求，其中，该数据读写请求中携带有目标地址。

步骤202，控制器根据该目标地址，确定对应的Target，及该Target连接的数据通道。

步骤203，如果确定出的数据通道的状态信息为连接异常，则控制器通过与该Target建立有内部数据连接关系且连接不同数据通道的Target所连接的数据通道，以及此两个Target之间的内部数据连接，对目标地址进行相应的读写操作。

本发明实施例中，控制器与Flash芯片之间至少设置有两条数据通道，在Flash芯片中，建立Target之间的内部数据连接，当某条数据通道出现异常时，如果控制器接收到对应该数据通道的数据读写请求，则控制器通过其它数据通道，以及Target之间的内部数据连接，完成相应的读写操作。从而，在NAND Flash存储设备中，无需采用RAID技术，就可以保证设备在某些数据通道异常的情况下仍能正常运行，节省了冗余备份需要占用的磁盘空间，可以提高磁盘空间的利用率。

实施例二

本发明实施例提供了一种NAND Flash存储设备的数据读写方法。在该方法中，NAND Flash存储设备可以具体为固态硬盘，其数据连接结构可以如图3所示。

该方法中，在NAND Flash存储设备中，控制器与各闪存Flash芯片之间至少设置有两条数据通道。设置两条以上的数据通道，可以在一条数据通道出现连接异常时，通过其它的数据通道传输数据。每个数据通道可以连接一个或多个Target。

优选的，控制器与每个Flash芯片之间设置数据通道的数量为两条，且当每个Flash芯片中的Target的数目为4个时，每个数据通道连接其中的两个Target。例如，如图3所示，Flash0中有4个Target，Target0和Target2与数据通道0连接，Target1和Target3与数据通道1连接。当每个Flash芯片中的Target的数目为2个时，每个数据通道连接其中的一个Target。

在Flash芯片内，各Target至少与连接不同数据通道的一个Target之间建立有内部数据连接。Target设置有外部数据接口，内部数据连接是通过外部数据接口之外的方式建立的连接，如设置连接通道等。某第一Target至少与第二Target建立有内部数据连接，此第二Target与第一Target是连接在不同数据通道上的Target。

内部数据连接可以是直接连接或间接连接，直接连接即两个Target之间建立有直接的内部数据连接，间接连接即两个Target都与另外一个Target建立有内部数据连接。例如，如图3所示，Target0和Target2之间的内部数据连接是直接连接，Target2和Target1之间的内部数据连接是直接连接，Target1和Target3之间的内部数据连接是直接连接，Target0和Target1之间的内部数据连接是间接连接，Target2和Target3之间的内部数据连接是间接连接，Target0和Target3之间的内部数据连接是间接连接。

优选的，如图3所示，每个Flash芯片内，全部Target相互之间都建立有内部数据连接（直接连接或间接连接）。当然，也可以采用其它的内部数据连接方式，如只建立Target0和Target1的内部数据连接（直接连接），及Target2和Target3的内部数据连接（直接连接）。

下面将结合具体的实施方式对图2所示的处理流程进行详细的阐述，具体内容如下。

步骤201，控制器接收数据读写请求，其中，该数据读写请求中携带有目标地址。目标地址为要读取的数据在磁盘中的存储位置（或称地址），或要写入的数据在磁盘中的写入位置（或称地址），或要修改或删除的数据在磁盘中的存储位置（或称地址）。目标地址可以是按照某种定义规则定义的存储位置标识，优选的，目标地址为逻辑地址。

假设固态硬盘连接在计算机上，计算机需要在固态硬盘中进行数据读写操作时，可以通过CPU生成数据读写请求，并发送给固态硬盘。数据读写请求中可以携带相应的目标地址，还可以携带操作标识，如读标识、写标识、删除标识等，还可以携带待写入的数据。在固态硬盘中，控制器负责与外部设备的通信，所以控制器接收到该数据读写请求。

在固态硬盘中，每个Target具有一定的存储空间，每部分存储空间都对应有相应的地址，在控制器中可以记录各Target所负责的全部地址。控制器接收到数据读写请求后，获取其中携带的目标地址。然后，根据该目标地址，在其记录的各Target对应的地址中进行查询，可以查询到该目标地址所属的Target。

在控制器中还可以记录各Flash芯片中的各Target与其连接的数据通道的对应关系。在确定目标地址所属的Target后，可以根据该记录，确定该Target连接的数据通道。

步骤203，如果确定出的数据通道的状态信息为连接异常，则控制器通过与该Target建立有内部数据连接关系且连接不同数据通道的Target所连接的数据通道，以及此两个Target之间的内部数据连接，对目标地址进行相应的读写操作。其中，状态信息可以包括连接正常和连接异常。

具体的，可以设置触发事件，触发对各数据通道的状态信息的获取，例如在步骤202确定出目标地址对应的Target连接的数据通道后，检测该数据通道的状态，获取状态信息。优选的，控制器可以按照预设的检测周期（即触发条件为达到预设周期），检测各数据通道的状态，并记录各数据通道的状态信息。控制器可以在达到检测周期时通过各数据通道读取其连接的Target中的任意一段数据，如果读取成功则判定相应的数据通道连接正常，如果读取失败则判定相应的数据通道连接异常。

在确定出目标地址对应的Target连接的数据通道后，如果该数据通道的状态信息为连接正常，则可以通过该数据通道，对该目标地址进行数据读写的操作。

在如图3所示的情况下，在NAND Flash存储设备中，控制器与每个Flash芯片之间设置数据通道的数量为两条，每个Flash芯片内，全部Target相互之间都建立有内部数据连接（直接连接或间接连接）。

这种情况下，控制器在接收到数据读写请求后，如果目标地址对应的Target连接的数据通道存在连接异常，则通过另一条数据通道，以及Target之间的内部数据连接，对目标地址进行相应读写操作。例如，如图4所示，如果数据通道1出现故障，在对Target1中的数据进行读写操作时，可以通过数据通道0，及Target0和Target1的内部数据连接，进行相应读写操作。

具体的，可以根据各数据通道的状态信息，设置控制器的工作模式。在上述情况下，如果第一数据通道（数据通道0）和第二数据通道（数据通道1）都正常，则进入第一工作模式；如果第一数据通道（数据通道0）故障、第二数据通道（数据通道1）正常，则进入第二工作模式；如果第一数据通道（数据通道0）正常、第二数据通道（数据通道1）故障，则进入第三工作模式。第一工作模式可以是双通道工作模式，两个数据通道都正常工作，对于数据的读写操作，可以通过目标地址所属的Target连接的数据通道进行。第二工作模式可以是第二数据通道的单通道工作模式，在对第二数据通道连接的Target中的数据进行读写操作时，可以通过第二数据通道进行，在对第一数据通道连接的Target中的数据进行读写操作时，可以通过第二数据通道及Target之间的内部数据连接进行。第三工作模式可以是第一数据通道的单通道工作模式，在对第一数据通道连接的Target中的数据进行读写操作时，可以通过第一数据通道进行，在对第二数据通道连接的Target中的数据进行读写操作时，可以通过第一数据通道及Target之间的内部数据连接进行。

实施例三

基于相同的技术构思，本发明实施例还提供了一种NAND Flash存储设备的数据读写装置，该装置可以由NAND Flash存储设备中的控制器来实现。所述NAND Flash存储设备中，控制器与各闪存Flash芯片之间至少设置有两条数据通道，在Flash芯片内，各对象存储单元Target至少与连接不同数据通道的一个Target之间建立有内部数据连接。如图5所示，所述装置包括：

接收模块510，用于接收数据读写请求，所述数据读写请求中携带有目标地址；

确定模块520，用于根据所述目标地址，确定对应的Target，及该Target连接的数据通道；

读写模块530，用于如果所述确定出的数据通道的状态信息为连接异常，则通过与该Target建立有内部数据连接关系且连接不同数据通道的Target所连接的数据通道，以及此两个Target之间的内部数据连接，对所述目标地址进行相应的读写操作。

优选的，所述读写模块530，具体用于：

实施例四

基于相同的技术构思，本发明实施例还提供了一种NAND Flash存储设备的数据读写装置。所述NAND Flash存储设备中，控制器与各闪存Flash芯片之间至少设置有两条数据通道，在Flash芯片内，各对象存储单元Target至少与连接不同数据通道的一个Target之间建立有内部数据连接。所述装置包括处理器和存储器，所述处理器和存储器用于执行如下NAND Flash存储设备的数据读写方法：

接收数据读写请求，所述数据读写请求中携带有目标地址；

根据所述目标地址，确定对应的Target，及该Target连接的数据通道；

如果所述确定出的数据通道的状态信息为连接异常，则通过与该Target建立有内部数据连接关系且连接不同数据通道的Target所连接的数据通道，以及此两个Target之间的内部数据连接，对所述目标地址进行相应的读写操作。

优选的，各数据通道的状态信息的获取方法，包括：

本发明实施例中，控制器与Flash芯片之间至少设置有两条数据通道，在 Flash芯片中，建立Target之间的内部数据连接，当某条数据通道出现异常时，如果控制器接收到对应该数据通道的数据读写请求，则控制器通过其它数据通道，以及Target之间的内部数据连接，完成相应的读写操作。从而，在NAND Flash存储设备中，无需采用RAID技术，就可以保证设备在某些数据通道异常的情况下仍能正常运行，节省了冗余备份需要占用的磁盘空间，可以提高磁盘空间的利用率。

需要说明的是：上述实施例提供的NAND Flash存储设备的数据读写装置在进行数据读写时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的NAND Flash存储设备的数据读写装置与NAND Flash存储设备的数据读写方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

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实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

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

1.一种NAND Flash存储设备的数据读写方法，其特征在于，所述与非门闪存NAND Flash存储设备中，控制器与各闪存Flash芯片之间至少设置有两条数据通道，在Flash芯片内，各对象存储单元Target至少与连接不同数据通道的一个Target之间建立有内部数据连接，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，各数据通道的状态信息的获取方法，包括：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制器与每个Flash芯片之间设置有两条数据通道。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当每个Flash芯片中的Target的数目为4个时，每个数据通道连接其中的两个Target；当每个Flash芯片中的Target的数目为2个时，每个数据通道连接其中的一个Target。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个Flash芯片内，全部Target相互之间都建立有内部数据连接。

6.一种NAND Flash存储设备的数据读写装置，其特征在于，所述与非门闪存NAND Flash存储设备中，控制器与各闪存Flash芯片之间至少设置有两条数据通道，在Flash芯片内，各对象存储单元Target至少与连接不同数据通道的一个Target之间建立有内部数据连接，所述装置包括：

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述读写模块，具体用于：

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制器与每个Flash芯片之间设置有两条数据通道。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，当每个Flash芯片中的Target的数目为4个时，每个数据通道连接其中的两个Target；当每个Flash芯片中的Target的数目为2个时，每个数据通道连接其中的一个Target。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，每个Flash芯片内，全部Target相互之间都建立有内部数据连接。