CN103744795A - 固态硬盘快速启动的方法及其固态硬盘 - Google Patents

Abstract

本发明适用于固态硬盘技术领域，提供一种固态硬盘快速启动的方法及其固态硬盘，方法包括：写入数据步骤，在向固态硬盘写入数据时，根据为数据分配的物理页地址，将物理页地址所在闪存块中的页映射表信息和块元数据写入到闪存块的预设位置页中或者记录物理页地址对应的逻辑地址信息；恢复步骤，在固态硬盘上电恢复时，遍历固态硬盘所有的闪存块，在闪存块的预设位置页存储有数据时，从预设位置页读取页映射表信息和块元数据恢复固态硬盘闪存转换层的地址映射表；或者在闪存块的预设位置页没有存储数据时，根据物理页地址对应的逻辑地址信息恢复固态硬盘闪存转换层的地址映射表。借此，在本发明中实现在固态硬盘上电恢复时实现快速启动。

Description

固态硬盘快速启动的方法及其固态硬盘

技术领域

本发明涉及固态硬盘技术领域，尤其涉及一种固态硬盘快速启动的方法及其固态硬盘。

背景技术

固态硬盘由于使用闪存转换层（FTL，Flash Translation Layer）提供地址映射表即逻辑地址与物理地址映射关系，固态硬盘上电时需要读取该地址映射表包括其他元数据。在大容量固态硬盘中，地址映射表通常较大，数百MB或者数GB，在异常掉电时，难以将该表迅速的写入固态硬盘中。异常掉电时通过逐页读取元数据恢复FTL的各表项，导致了上电时间很慢。

目前常用的方法是为固态硬盘增加电容，通过电容供电，保证异常掉电时FTL地址映射表等能够保存到固态硬盘中，但是这种方法有很大的局限性，电容电量有限，大容量固态硬盘FTL表项很大，同时在写缓存等开启情况下，也需要保存缓存数据。

综上可知，现有固态硬盘的启动技术在实际使用上，显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改进。

发明内容

针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种固态硬盘快速启动的方法及其固态硬盘，以在固态硬盘上电恢复时实现快速启动。

为了实现上述目的，本发明提供一种固态硬盘快速启动的方法，包括：

写入数据步骤，在向所述固态硬盘写入数据时，根据为所述数据分配的物理页地址，将所述物理页地址所在闪存块中的页映射表信息和块元数据写入到所述闪存块的预设位置页中或者记录所述物理页地址对应的逻辑地址信息；

恢复步骤，在所述固态硬盘上电恢复时，遍历所述固态硬盘所有的闪存块，在所述闪存块的预设位置页存储有数据时，从所述预设位置页读取所述页映射表信息和块元数据恢复所述固态硬盘闪存转换层的地址映射表；或者在所述闪存块的预设位置页没有存储数据时，根据所述物理页地址对应的逻辑地址信息恢复所述固态硬盘闪存转换层的地址映射表。

根据所述的方法，所述写入数据步骤包括：

在向所述固态硬盘写入数据时，提供所述数据待写入的闪存块中的物理页地址，并更新所述闪存转换层的地址映射表；

判断所述待写入的闪存物理页是否为所述闪存物理页所在闪存块的预设位置页的前一页；

若是则生成所述块元数据，并将所述物理页地址所在闪存块中的页映射表信息和所述块元数据写入到所述闪存块的预设位置页中；若不是则记录所述物理页地址对应的逻辑地址信息。

根据所述的方法，所述恢复步骤包括：

在所述固态硬盘上电恢复时，遍历所述固态硬盘所有的闪存块，在所述闪存块的预设位置页的前一页存储有数据时，从所述预设位置页中获取所述闪存块中的物理页地址与逻辑地址映射关系和所述块元数据，恢复所述固态硬盘闪存转换层的地址映射表；或者

在所述固态硬盘上电恢复时，遍历所述固态硬盘所有的闪存块，若所述闪存块的预设位置页未使用，则从所述闪存块第一页开始读取页数据，并从每页数据中恢复该页对应的闪存转换层的地址映射表。

根据所述的方法，所述预设位置页为所述闪存块的最后一页。

为了实现本发明的另一发明目的，本发明还提供了一种固态硬盘，包括：

写入数据模块，在向所述固态硬盘写入数据时，根据为所述数据分配的物理页地址，将所述物理页地址所在闪存块中的页映射表信息和块元数据写入到所述闪存块的预设位置页中或者记录所述物理页地址对应的逻辑地址信息；

恢复模块，在所述固态硬盘上电恢复时，遍历所述固态硬盘所有的闪存块，在所述闪存块的预设位置页存储有数据时，从所述预设位置页读取所述页映射表信息和块元数据恢复所述固态硬盘闪存转换层的地址映射表；或者在所述闪存块的预设位置页没有存储数据时，根据所述物理页地址对应的逻辑地址信息恢复所述固态硬盘闪存转换层的地址映射表。

根据所述的固态硬盘，所述写入数据模块包括：

更新子模块，用于在向所述固态硬盘写入数据时，提供所述数据待写入的闪存块中的物理页地址，并更新所述闪存转换层的地址映射表；

判断子模块，用于判断所述待写入的闪存物理页是否为所述闪存物理页所在闪存块的预设位置页的前一页；

写入子模块，用于在所述判断子模块判断为是时，则生成所述块元数据，并将所述物理页地址所在闪存块中的页映射表信息和所述块元数据写入到所述闪存块的预设位置页中；用于在所述判断子模块判断为不是时，则记录所述物理页地址对应的逻辑地址信息。

根据所述的固态硬盘，所述恢复模块包括：

第一恢复子模块，用于在所述固态硬盘上电恢复时，遍历所述固态硬盘所有的闪存块，在所述闪存块的预设位置页的前一页存储有数据时，从所述预设位置页中获取所述闪存块中的物理页地址与逻辑地址映射关系和所述块元数据，恢复所述固态硬盘闪存转换层的地址映射表；或者

第二恢复子模块，用于在所述固态硬盘上电恢复时，遍历所述固态硬盘所有的闪存块，若所述闪存块的预设位置页未使用，则从所述闪存块第一页开始读取页数据，并从每页数据中恢复该页对应的闪存转换层的地址映射表。

根据所述的固态硬盘，所述预设位置页为所述闪存块的最后一页。

本发明通过在用户写入数据时根据数据待写入的闪存页物理地址判断该物理页是否为闪存块中的预设位置页的前一页；在判断为真时，通过地址映射表，将该块中页的映射表信息及块元数据等写入块中的预设位置页；当固态硬盘下电或异常掉电时，通过读取每个块中预设位置页，恢复地址映射表等表项，当块中没有写到预设位置页时，通过读取该块中的每页保存的元数据恢复地址映射表等表项。该方法及固态硬盘不需要电容供电，由于每块只读取一页数据，地址映射表恢复效率得到很大提升，固态硬盘上电启动恢复工作的时间明显缩短。因此，在固态硬盘下电或异常掉电时不需要保存FTL元数据，上电时FTL元数据可快速恢复，实现固态硬盘快速启动。

附图说明

图1是本发明第一实施例提供的固态硬盘结构示意图；

图2是本发明第二、三实施例提供的固态硬盘结构示意图；

图3是本发明的第五实施例提供了固态硬盘快速启动的方法流程图；

图4是本发明一个实施例提供的用户数据写入请求处理方法流程图；

图5是本发明一个实施例提供的固态硬盘上电恢复处理方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1，在本发明的第一实施例中，提供了一种固态硬盘100，包括：

写入数据模块10，在向所述固态硬盘100写入数据时，根据为所述数据分配的物理页地址，将所述物理页地址所在闪存块中的页映射表信息和块元数据写入到所述闪存块的预设位置页中或者记录所述物理页地址对应的逻辑地址信息；

恢复模块20，在所述固态硬盘100上电恢复时，遍历所述固态硬盘100所有的闪存块，在所述闪存块的预设位置页存储有数据时，从所述预设位置页读取所述页映射表信息和块元数据恢复所述固态硬盘100闪存转换层的地址映射表；或者在所述闪存块的预设位置页没有存储数据时，根据所述物理页地址对应的逻辑地址信息恢复所述固态硬盘100闪存转换层的地址映射表。

在该实施例中，通过写入数据模块10在向所述固态硬盘100写入数据时，写入数据模块10根据为所述数据分配的物理页地址，将所述物理页地址所在闪存块中的页映射表信息和块元数据写入到所述闪存块的预设位置页中，将页映射表信息和块元数据写入到所述闪存块的预设位置页中在固态硬盘100上电恢复时，则恢复模块20只需要通过读取预设位置页中存储的相关数据，将能够轻易的通过存储的页映射表信息和块元数据恢复闪存转换层的地址映射表。另一方便，若是写入数据模块10并没有在预设位置页存储上述数据，仅记录所述物理页地址对应的逻辑地址信息；恢复模块20根据所述物理页地址对应的逻辑地址信息恢复所述固态硬盘100闪存转换层的地址映射表。由此，可以快速的恢复闪存转换层的地址映射表，无需过多的等待。

参见图2，在本发明的第二实施例中，写入数据模块10包括：

更新子模块11，用于在向固态硬盘100写入数据时，提供所述数据待写入的闪存块中的物理页地址，并更新所述闪存转换层的地址映射表；

判断子模块12，用于判断所述待写入的闪存物理页是否为所述闪存物理页所在闪存块的预设位置页的前一页；

写入子模块13，用于在判断子模块11判断为是时，则生成所述块元数据，并将所述物理页地址所在闪存块中的页映射表信息和所述块元数据写入到所述闪存块的预设位置页中；用于在判断子模块11判断为不是时，则记录所述物理页地址对应的逻辑地址信息。

在该实施例中，当用户向固态硬盘100写入数据时，更新子模块11将提供所述数据待写入的闪存块中的物理页地址，同时更新所述闪存转换层的地址映射表。判断子模块12根据更新子模块11提供所述数据待写入的闪存块中的物理页地址，判断所述待写入的闪存物理页是否为所述闪存物理页所在闪存块的预设位置页的前一页。在判断子模块11判断为是时，写入子模块13生成所述块元数据，并将所述物理页地址所在闪存块中的页映射表信息和所述块元数据写入到所述闪存块的预设位置页中，以便在固态硬盘100上电恢复时在该预设位置中读取相关的数据信息以恢复固态硬盘100闪存转换层的地址映射表。另一方面，写入子模块13在判断子模块11判断为不是时，则记录所述物理页地址对应的逻辑地址信息。

参见图2，在本发明的第三实施例中，恢复模块20包括：

第一恢复子模块21，用于在固态硬盘100上电恢复时，遍历固态硬盘100所有的闪存块，在所述闪存块的预设位置页的前一页存储有数据时，从所述预设位置页中获取所述闪存块中的物理页地址与逻辑地址映射关系和所述块元数据，恢复固态硬盘100闪存转换层的地址映射表；或者

第二恢复子模块22，用于在固态硬盘100上电恢复时，遍历固态硬盘100所有的闪存块，若所述闪存块的预设位置页未使用，则从所述闪存块第一页开始读取页数据，并从每页数据中恢复该页对应的闪存转换层的地址映射表。

在该实施例中，固态硬盘100上电恢复时，第一恢复子模块21遍历固态硬盘100所有的闪存块，并且当所述预设位置页的前一页存储有数据时，第一恢复子模块21将从所述预设位置页中获取所述闪存块中的物理页地址与逻辑地址映射关系和所述块元数据，并恢复固态硬盘100闪存转换层的地址映射表。另一方面，第二恢复子模块22则在固态硬盘100上电恢复时遍历固态硬盘100所有的闪存块，并且在所述闪存块的预设位置页未使用，则从所述闪存块第一页开始读取页数据，并从每页数据中恢复该页对应的闪存转换层的地址映射表。

	Block1	Block2	Block3	Block4	Block5
						Page1	用户数据页	用户数据页	用户数据页	用户数据页	未使用页
Page2	用户数据页	用户数据页	用户数据页	用户数据页	未使用页
						Page3	用户数据页	用户数据页	用户数据页	未使用页	未使用页
…	用户数据页	用户数据页	用户数据页	未使用页	未使用页
						…	用户数据页	用户数据页	用户数据页	未使用页	未使用页
Page-N	块元数据页	块元数据页	块元数据页	未使用页	未使用页

表1

如上表1所示，为本发明一个实施例中闪存块中页使用情况列表。其中Block表示闪存块，Page表示页。在上述多个实施例中，所述预设位置页为所述闪存块的最后一页。预设位置页的前一页为所述闪存块的倒数第二页。固态硬盘100的多个模块可以是软件单元，硬件单元或软硬件结合单元。

在本发明的第四实施例中提供的固态硬盘100包括：FTL地址映射管理模块、闪存块元数据读写模块、上电恢复模块。

1、FTL地址映射管理模块主要用于：

1）当用户写入数据时，提供待写入的闪存物理页地址，并更新地址映射表；

2）判断待写入的闪存物理页是否为所在块的倒数第二个页，如果是，则调用闪存块元数据读写模块，生成块元数据，并将其写入该块的最后一页中，可参见表1。

2、闪存块元数据读写模块主要用于：

1）当用户写入数据时，记录该块物理页与逻辑地址的映射关系；

2）当需要向最后一页写入元数据时，将已记录的物理页与逻辑页映射关系，写入最后一页中，同时可以写入其他用于FTL重建的块元数据；

3）上电回复时，每个块仅读取最后一页数据，获得该块中的物理页及逻辑地址映射关系，从而恢复FTL的地址映射表。

3、上电恢复模块主要用于：

1）遍历每个闪存块，通过闪存块数据读写模块读取最后一页数据，如果最后一页有数据，则通过该数据恢复该块对应的FTL映射表；

2）如果该块最后一页未使用，则从第一页开始读取页数据，并从页数据中恢复该页对应的FTL映射表；由于这类块中固态硬盘100中只有少数几个，所以不影响上电恢复效率。

参见图3，在本发明的第五实施例中，提供了一种固态硬盘快速启动的方法，包括：

步骤S301中，在向固态硬盘100写入数据时，根据为所述数据分配的物理页地址，将所述物理页地址所在闪存块中的页映射表信息和块元数据写入到所述闪存块的预设位置页中或者记录所述物理页地址对应的逻辑地址信息；该步骤为写入数据步骤，由写入数据模块10实现；

步骤S302中，在固态硬盘100上电恢复时，遍历固态硬盘100所有的闪存块，在所述闪存块的预设位置页存储有数据时，从所述预设位置页读取所述页映射表信息和块元数据恢复固态硬盘100闪存转换层的地址映射表；或者在所述闪存块的预设位置页没有存储数据时，根据所述物理页地址对应的逻辑地址信息恢复固态硬盘100闪存转换层的地址映射表。该步骤为恢复步骤，由恢复模块20实现。

在该实施例中，优选的，所述预设位置页为所述闪存块的最后一页。当然所述预设位置页也可以是其他的页。例如所述闪存块的第二页等，可以根据用户的需要进行设置。该实施例提供的方法包括：用户写入数据时由地址转换层FTL地址映射管理模块提供数据待写入的闪存页物理地址，并判断该物理页是否为块中的倒数第二个页；判断为真时，通过地址映射表，将该块中页的映射表信息及块元数据等写入块中的最后一页；当固态硬盘100下电或异常掉电时，通过读取每个块中最后一页数据，恢复地址映射表等表项，当块中没有写到最后一页时，通过读取该块中的每页保存的元数据恢复地址映射表等表项。该方法及固态硬盘100不需要电容供电，由于每块只读取一页数据，地址映射表恢复效率得到很大提升，固态硬盘100上电启动恢复工作的时间明显缩短。

在本发明的第六实施例中，所述写入数据步骤包括：

在向所述固态硬盘100写入数据时，提供所述数据待写入的闪存块中的物理页地址，并更新所述闪存转换层的地址映射表；该步骤由更新子模块11实现；

判断所述待写入的闪存物理页是否为所述闪存物理页所在闪存块的预设位置页的前一页；该步骤由判断子模块12实现；

若是则生成所述块元数据，并将所述物理页地址所在闪存块中的页映射表信息和所述块元数据写入到所述闪存块的预设位置页中；若不是则记录所述物理页地址对应的逻辑地址信息；该步骤由写入子模块13实现。

在本发明的第七实施例中，恢复步骤包括：

在固态硬盘100上电恢复时，遍历固态硬盘100所有的闪存块，在所述闪存块的预设位置页的前一页存储有数据时，从所述预设位置页中获取所述闪存块中的物理页地址与逻辑地址映射关系和所述块元数据，恢复固态硬盘100闪存转换层的地址映射表；该步骤由第一恢复子模块21实现；或者

在固态硬盘100上电恢复时，遍历固态硬盘100所有的闪存块，若所述闪存块的预设位置页未使用，则从所述闪存块第一页开始读取页数据，并从每页数据中恢复该页对应的闪存转换层的地址映射表；该步骤由第二恢复子模块22。

参见图4及表1，在本发明的一个实施例中，提供了用户数据写入请求处理方法，采用第四实施例提供的固态硬盘实现，具体流程包括：

步骤S401中，用户数据写入请求

步骤S402中，FTL地址映射管理模块分配物理页地址

步骤S403中，FTL地址映射管理模块判断该物理页是否为该块中倒数第二个页；

步骤S404中，FTL地址映射管理模块将该块物理页对应的逻辑地址表项等数据写入最后一页；

步骤S405中，FTL地址映射管理模块记录该物理页对应的逻辑地址。

参见图5及表1，在本发明的一个实施例中，提供了固态硬盘上电恢复处理方法，采用第四实施例提供的固态硬盘实现，具体流程包括：

步骤S501中，固态硬盘100上电恢复；

步骤S502中，上电恢复模块遍历所有闪存块,并判断遍历是否结束；否则执行步骤S503；否则结束流程；

步骤S503中，闪存块元数据读写模块获取下一个闪存块，并读取最后一个闪存页数据；

步骤S504中，判断该块最后一页是否被写入数据；是则执行步骤S505;否则执行步骤S506；

步骤S505中，上电恢复模块根据该页数据，恢复闪存块对应的FTL地址映射表；

步骤S506中，上电恢复模块遍历该块中的闪存页，逐页读取页中的元数据，恢复该页对应的FTL映射表。

在上述两个实施例中，提供了在闪存块中使用单独或个别闪存页保存块元数据信息的方法；在上电恢复时，通过读取该特定位置闪存页，恢复该块对应的FTL地址映射表等表项；以快速的启动固态硬盘100。

综上所述，发明通过在用户写入数据时根据数据待写入的闪存页物理地址判断该物理页是否为闪存块中的预设位置页的前一页；在判断为真时，通过地址映射表，将该块中页的映射表信息及块元数据等写入块中的预设位置页；当固态硬盘下电或异常掉电时，通过读取每个块中预设位置页，恢复地址映射表等表项，当块中没有写到预设位置页时，通过读取该块中的每页保存的元数据恢复地址映射表等表项。该方法及固态硬盘不需要电容供电，由于每块只读取一页数据，地址映射表恢复效率得到很大提升，固态硬盘上电启动恢复工作的时间明显缩短。因此，在固态硬盘下电或异常掉电时不需要保存FTL元数据，上电时FTL元数据可快速恢复，实现固态硬盘快速启动。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种固态硬盘快速启动的方法，其特征在于，包括：

写入数据步骤，在向所述固态硬盘写入数据时，根据为所述数据分配的物理页地址，将所述物理页地址所在闪存块中的页映射表信息和块元数据写入到所述闪存块的预设位置页中或者记录所述物理页地址对应的逻辑地址信息；

恢复步骤，在所述固态硬盘上电恢复时，遍历所述固态硬盘所有的闪存块，在所述闪存块的预设位置页存储有数据时，从所述预设位置页读取所述页映射表信息和块元数据恢复所述固态硬盘闪存转换层的地址映射表；或者在所述闪存块的预设位置页没有存储数据时，根据所述物理页地址对应的逻辑地址信息恢复所述固态硬盘闪存转换层的地址映射表。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述写入数据步骤包括：

在向所述固态硬盘写入数据时，提供所述数据待写入的闪存块中的物理页地址，并更新所述闪存转换层的地址映射表；

判断所述待写入的闪存物理页是否为所述闪存物理页所在闪存块的预设位置页的前一页；

若是则生成所述块元数据，并将所述物理页地址所在闪存块中的页映射表信息和所述块元数据写入到所述闪存块的预设位置页中；若不是则记录所述物理页地址对应的逻辑地址信息。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述恢复步骤包括：

在所述固态硬盘上电恢复时，遍历所述固态硬盘所有的闪存块，在所述闪存块的预设位置页的前一页存储有数据时，从所述预设位置页中获取所述闪存块中的物理页地址与逻辑地址映射关系和所述块元数据，恢复所述固态硬盘闪存转换层的地址映射表；或者

在所述固态硬盘上电恢复时，遍历所述固态硬盘所有的闪存块，若所述闪存块的预设位置页未使用，则从所述闪存块第一页开始读取页数据，并从每页数据中恢复该页对应的闪存转换层的地址映射表。

4.根据权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，所述预设位置页为所述闪存块的最后一页。

5.一种固态硬盘，其特征在于，包括：

写入数据模块，在向所述固态硬盘写入数据时，根据为所述数据分配的物理页地址，将所述物理页地址所在闪存块中的页映射表信息和块元数据写入到所述闪存块的预设位置页中或者记录所述物理页地址对应的逻辑地址信息；

恢复模块，在所述固态硬盘上电恢复时，遍历所述固态硬盘所有的闪存块，在所述闪存块的预设位置页存储有数据时，从所述预设位置页读取所述页映射表信息和块元数据恢复所述固态硬盘闪存转换层的地址映射表；或者在所述闪存块的预设位置页没有存储数据时，根据所述物理页地址对应的逻辑地址信息恢复所述固态硬盘闪存转换层的地址映射表。

6.根据权利要求5所述的固态硬盘，其特征在于，所述写入数据模块包括：

更新子模块，用于在向所述固态硬盘写入数据时，提供所述数据待写入的闪存块中的物理页地址，并更新所述闪存转换层的地址映射表；

判断子模块，用于判断所述待写入的闪存物理页是否为所述闪存物理页所在闪存块的预设位置页的前一页；

写入子模块，用于在所述判断子模块判断为是时，则生成所述块元数据，并将所述物理页地址所在闪存块中的页映射表信息和所述块元数据写入到所述闪存块的预设位置页中；用于在所述判断子模块判断为不是时，则记录所述物理页地址对应的逻辑地址信息。

7.根据权利要求6所述的固态硬盘，其特征在于，所述恢复模块包括：

第一恢复子模块，用于在所述固态硬盘上电恢复时，遍历所述固态硬盘所有的闪存块，在所述闪存块的预设位置页的前一页存储有数据时，从所述预设位置页中获取所述闪存块中的物理页地址与逻辑地址映射关系和所述块元数据，恢复所述固态硬盘闪存转换层的地址映射表；或者

第二恢复子模块，用于在所述固态硬盘上电恢复时，遍历所述固态硬盘所有的闪存块，若所述闪存块的预设位置页未使用，则从所述闪存块第一页开始读取页数据，并从每页数据中恢复该页对应的闪存转换层的地址映射表。

8.根据权利要求5～7任一项所述的固态硬盘，其特征在于，所述预设位置页为所述闪存块的最后一页。

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