CN103309619A

CN103309619A - 一种闪存数据存储方法

Info

Publication number: CN103309619A
Application number: CN2012100711127A
Authority: CN
Inventors: 宋政斌
Original assignee: Nationz Technologies Inc
Current assignee: Nationz Technologies Inc
Priority date: 2012-03-16
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2013-09-18

Abstract

本发明公开了一种闪存数据存储方法，将对闪存的写入操作和块擦除操作完全分隔开，避免了在对闪存做写入操作时，发生“块搬家”现象；从而显著提升对闪存的有效数据写入速度。对以闪存为存储介质的存储设备，进行文件写入时，其数据速率波动大的问题；采用本发明将显著提高小文件写入速度，达到与大文件写入速度同一级别；对于大文件的写入速度，也有相当程度的提升。本发明对以闪存为存储介质的存储设备，可以提高设备的稳定性，提升设备的兼容性。

Description

一种闪存数据存储方法

技术领域

本发明涉及数据存储技术领域，具体涉及NAND闪存数据存储技术领域。

背景技术

NAND FLASH(资料存储型闪存)由于具有容量高、价格低的优势，在电子产品中有着极其广泛的应用。如图1所示，在NAND FLASH的架构中，有块(Block)和页(Page)两种数据管理单元，其中块由一定数量的页组成(例如：64页、128页、256页等)。NAND FLASH的读取和编程操作，是以页(Page)为单位进行，而擦除操作，则是以块(Block)为单位进行。而且NAND FLASH必须要先擦除，才能被写入数据(编程)。这就产生了一个问题，若是改写某一个页(Page)上存储的数据，则需要对该页(Page)所位于的块(Block)进行擦除操作；而在块擦除时，不仅会将该页的原有数据清空，而且还会清除掉该块(Block)内其它页(Page)上的有效数据。

常规的NAND FLASH存储管理的技术方案，是建一个块(Block)映射表，用于映射线性逻辑块地址到真实的物理块地址；并预先保留一定数量的备用块；当然，还建专门的表结构对NAND FLASH中的坏块进行管理。当发生需要改写某页数据时，则取出一个预先擦除好的备用块，将新数据写到备用块的对应页位置；然后，将原数据块中其它含有效数据的页(Page)中的数据读出；再写入到备用块的相应的页(Page)位置；最后，再将该备用块(Block)填入块映射表中原数据块对应的位置，即取代原数据块，而原来的数据块则转为备用块；这样才完成一次数据改写的操作。这一数据转移动作俗称为“块搬家”。

正常情况下，当往NAND FLASH写入一页数据时，仅需要花费1个页(Page)的数据传输及其编程的时间；而当需要改写某页数据，即“块搬家”发生时，假设一个块(Block)包含N个页(Page)，花费的时间最长可能为：N个页的写数据传输时间和编程时间，再加上(N-1)个页的读数据传输时间和页读取的等待时间；目前的主流NAND FLASH，其N值通常为128，或者256，也即，若往NAND FLASH写数据如果发生“块搬家”时，其花费的时间可能为正常写数据时间的数百倍。

对以NAND FLASH为存储介质(如U盘，SD卡等)的存储设备进行文件写入操作时，若是对大文件操作，其“块搬家”发生的次数较少，表现为写入速度还较快；而对小文件操作时，特别是对一批小文件进行操作，“块搬家”发生会非常频繁，表现为写入速度极慢。

另外，站在主机系统底层驱动的角度看，只要“块搬家”发生，均会导致主机往NAND FLASH写入数据时时间超长，有可能会超过主机系统的忍耐限度，从而导致某主机系统对该NAND FLASH存储设备操作不稳定。

发明内容

本发明解决的技术问题是提出一种闪存数据存储方法，实现了在数据存储时将NAND FLASH基于页(Page)的写入(编程)和基于块(Block)的擦除完全分隔开。

本发明提出的闪存数据存储方法，包括以下写数据处理过程：确定待写入数据的原页地址，并判断所述原页是否为空白页；如果为空白页，则向所述原页地址写入数据，完成写数据处理；否则，确定一个为空白页的替代页，将所述替代页与所述原页的映射关系写入所述原页的冗余区，并向所述替代页地址写入数据，完成写数据处理。

进一步的，在所述确定待写入数据的原页地址处理之前还包括：建立用于记录所述闪存各页状态的页状态表。

进一步的，所述判断所述原页是否为空白页的处理为：通过查询所述页状态表判断所述原页是否为空白页。

进一步的，所述确定一个为空白页的替代页的处理为：通过查找所述页状态表，选定一个空白页，将空白页确定为替代页。

进一步的，所述建立用于记录所述闪存各页状态的页状态表为：建立由分散存储的多个子表构成的页状态表，所述每个子表记录至少一个页的状态。

进一步的，所述的页状态表中标识的页状态选择项包括：有效数据页、无效数据页、空白页和损坏页。

进一步的，所述将所述替代页与所述原页的映射关系写入所述原页的冗余区为：将所述替代页的地址写入所述原页的冗余区。

进一步的，所述向原页地址写入数据后还包括以下处理过程：在页状态表中将原页的页状态选择项设置为有效数据页。

进一步的，所述向所述替代页地址写入数据后还包括以下处理过程：在页状态表中将替代页的页状态选择项设置为有效数据页，将原页的页状态选择项设置为无效数据页。

本发明提出的闪存数据存储方法，将对闪存的写入操作和块擦除操作完全分隔开，避免了在对闪存做写入操作时，发生“块搬家”现象；从而显著提升对闪存的有效数据写入速度。对以闪存为存储介质(如U盘，SD卡等)的存储设备，进行文件写入时，其数据速率波动大的问题(比如对小文件的写入速度，远低于大文件的写入速度)；采用本发明将显著提高小文件写入速度，达到与大文件写入速度同一级别；对于大文件的写入速度，也有相当程度的提升。本发明对以闪存为存储介质的存储设备，可以提高设备的稳定性，提升设备的兼容性。

附图说明

图1是NAND闪存中的数据管理机制原理图；

图2是本发明一种实施方式提出的NAND闪存数据存储方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图，并通过实施例对本发明的实现进行详细说明。

本发明对于NAND(资料存储型)闪存，首先按照传统的方式，即使用逻辑块映射表，备用块表和坏块表等对NAND FLASH中的块(Block)进行管理。也就是将NAND FLASH中的块划分为数据块区，备用块区和坏块区；当然，还保留了若干块用于特殊用途(例如：用于存储管理等)。

本发明对数据块区中的数据块的所有页(逻辑页)，预先建立页状态表，该页状态表用于确定所要查询的目标页是否为空白页，状态表中的字段包括：页逻辑地址和页状态选择项。在一种实施中页状态选择项包括：有效数据页、无效数据页、空白页和损坏页。此外页状态表的存储方式也可以进行灵活处理，可以采用一颗闪存芯片内对各页设置一个总的页状态表。也可以针对闪存芯片中的各块分别设置页状态表，即采用分散存储的多个子表构成页状态表，每个子表记录对应区块内至少一个页的状态信息。

每个数据页(Page)包括数据(Main)区和冗余(Spare)区。其中Main区用于存储该页的数据，冗余区用来存储该页的一些参数信息。本发明中由于将页逻辑地址和数据进行了分离，因此需要将两个关联页的映射关系写入原页的冗余区中，数据写入另一个选定的空白页中。在具体实施时，还可以在页的冗余区构建一个页信息数据结构，该数据结构至少需要标识出：该页与替代页之间的映射关系。最简单的映射关系记录方式可以为：将替代页的地址写入冗余区。还可以记录该数据页的状态等信息，如数据有效无效，该页是否坏页等等。

如图2所示，为本发明一种实施方式提出的NAND闪存数据存储方式。需要预先在NAND闪存中建立页状态表，并定义各页的冗余区的数据结构。可以按照上述的方式进行。然后写如数据的处理过程包括以下步骤：

步骤一：确定待写入数据的原页逻辑地址，通过查询页状态表判断所述原页的状态信息。

步骤二：判断原页是否为空白页；如果为空白页，则转入步骤四；如果不是原页，则转入步骤三。

步骤三：通过查找页状态表，选定一个空白页，将空白页确定为替代页；并将替代页的地址写入原页的冗余区。

步骤四：写入数据。即：如果原页为空白页，将数据写入原页；如果原页不是空白页，将数据写入替代页。

上述在向原页地址写入数据后还包括以下处理步骤：在页状态表中将原页的页状态选择项设置为有效数据页。

上述向替代页地址写入数据后还包括以下处理步骤：在页状态表中将替代页的页状态选择项设置为有效数据页，将原页的页状态选择项设置为无效数据页。

此外，还可以利用设备的空闲时间，对NAND FLASH页状态表中，标识出的无效数据页进行处理，例如：清除数据页中的无效数据内容等。

本发明提出的NAND FLASH存储方法，还可用于实现NAND FLASH基于页的磨损均衡。

以上所述实施例，仅为本发明的较佳实例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种闪存数据存储方法，包括以下写数据处理过程：确定待写入数据的原页地址，并判断所述原页是否为空白页；如果为空白页，则向所述原页地址写入数据，完成写数据处理；否则，确定一个为空白页的替代页，将所述替代页与所述原页的映射关系写入所述原页的冗余区，并向所述替代页地址写入数据，完成写数据处理。

2.根据权利要求1所述的闪存数据存储方法，其特征在于，在所述确定待写入数据的原页地址处理之前还包括：建立用于记录所述闪存各页状态的页状态表。

3.根据权利要求2所述的闪存数据存储方法，其特征在于，所述判断所述原页是否为空白页的处理为：通过查询所述页状态表判断所述原页是否为空白页。

4.根据权利要求2所述的闪存数据存储方法，其特征在于，所述确定一个为空白页的替代页的处理为：通过查找所述页状态表，选定一个空白页，将空白页确定为替代页。

5.根据权利要求2-4任一项所述的闪存数据存储方法，其特征在于，所述建立用于记录所述闪存各页状态的页状态表为：建立由分散存储的多个子表构成的页状态表，所述每个子表记录至少一个页的状态。

6.根据权利要求2-4任一项所述的闪存数据存储方法，其特征在于，所述的页状态表中标识的页状态选择项包括：有效数据页、无效数据页、空白页和损坏页。

7.根据权利要求1-5任一项所述的闪存数据存储方法，其特征在于，所述将所述替代页与所述原页的映射关系写入所述原页的冗余区为：将所述替代页的地址写入所述原页的冗余区。

8.根据权利要求6所述的闪存数据存储方法，其特征在于，所述向原页地址写入数据后还包括以下处理过程：在页状态表中将原页的页状态选择项设置为有效数据页。

9.根据权利要求6所述的闪存数据存储方法，其特征在于，所述向所述替代页地址写入数据后还包括以下处理过程：在页状态表中将替代页的页状态选择项设置为有效数据页，将原页的页状态选择项设置为无效数据页。