CN104598844A - 一种防止固态硬盘系统文件损坏的掉电保护方法及装置 - Google Patents

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周士兵
马翼
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Abstract

本发明公开了一种防止固态硬盘系统文件损坏的掉电保护方法及装置，初始化固态硬盘，将固态硬盘的部分NAND Flash区域配置为SLC模式区域；将固态硬盘的系统文件存储空间配置为上述SLC模式区域；检测固态硬盘的输入电源电压，若输入电源电压出现异常，则发送一个中断信号到固态硬盘控制器；固态硬盘控制器设置异常掉电标记，终止固态硬盘的系统文件继续写入后端系统区域；若掉电瞬间所述SLC模式区域有未完成的编程操作，则丢弃当前数据，固态硬盘控制器将系统文件回退到最后一次成功操作的数据上。本发明解决了MLC/TLC的快page损坏问题，大幅度降低了固态硬盘的设计难度和成本，同时提升了系统文件的可靠性。

Description

一种防止固态硬盘系统文件损坏的掉电保护方法及装置
技术领域
本发明涉及一种防止固态硬盘系统文件损坏的掉电保护方法及装置。
背景技术
固态硬盘的系统文件包含了固件、FTL映射表、日志文件、NAND Flash管理数据（如擦写次数记录、读次数记录）等重要文件，系统文件的损坏会造成数据丢失、无法启动等验证故障。目前采用MLC NAND Flash为存储介质的固态硬盘，通常将系统文件存放在MLC介质中；当固态硬盘工作中出现异常掉电时，如果MLC介质的upper page（慢page）单元正在进行编程操作，那么已经存储在与其配对的lower page（快page）的数据会受影响造成损坏，从而可能造成所存储的系统文件的损坏，该问题一般称为快page数据丢失。
为防止快page数据丢失问题造成系统文件损坏，通用的方案是在固态硬盘中加入掉电保护电路和大容量超级电容，监控系统供电情况，如果系统出现供电异常，超级电容储电电路为固态硬盘提供备用电力，固态硬盘对正在进行编程操作的upper page完成编程。
上述采用备电电路的掉电保护方式增加了固态硬盘的成本和管理复杂度，同时超级电容、电池耐高温较差，高温下快速老化失效，固态硬盘工作1～2年后，可能出现备电电路失效，增大异常掉电系统文件损坏的风险。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对上述现有技术的不足，提供一种防止固态硬盘系统文件损坏的掉电保护方法及装置。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种防止固态硬盘系统文件损坏的掉电保护方法，包括以下步骤：
1）初始化固态硬盘，将固态硬盘的部分NAND Flash区域配置为SLC模式区域；
2）将固态硬盘的系统文件存储空间配置为上述SLC模式区域；
3）检测固态硬盘的输入电源电压，若输入电源电压低于输入电源额定电压的80%～85%，则发送一个中断信号到固态硬盘控制器；
4）固态硬盘控制器接收到中断信号后，设置异常掉电标记，终止固态硬盘的系统文件继续写入固态硬盘的后端系统区域；同时固态硬盘控制器每隔时间t设置检验点，备份SLC模式区域内的系统文件，若掉电瞬间所述SLC模式区域有未完成的编程操作，则丢弃当前未完成编程操作的系统文件，固态硬盘控制器将系统文件回滚到最后一次成功完成编程操作的检验点位置。
本发明还提供了一种防止固态硬盘系统文件损坏的掉电保护装置，包括：
掉电检测电路：用于检测固态硬盘的输入电源电压，且在所述输入电源电压出现异常时，向固态硬盘控制器发送一个中断信号；
固态硬盘控制器：用于在接收到所述掉电检测电路发送的中断信号后设置异常掉电标记，终止固态硬盘的系统文件继续写入固态硬盘的后端系统区域；同时每隔时间t设置检验点，备份SLC模式区域内的系统文件，若掉电瞬间所述SLC模式区域有未完成的编程操作，则丢弃当前未完成编程操作的系统文件，将系统文件回滚到最后一次成功完成编程操作的检验点位置；所述SLC模式区域由固态硬盘的部分NAND Flash区域配置而得，并用于存储固态硬盘的系统文件。
优选地，掉电检测电路采用电压监控芯片，结构简单，容易实现和推广。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明采用了NAND Flash的SLC模式存放固态硬盘系统关键数据，固态硬盘在运行过程中异常掉电，不需要采用昂贵、可靠性较差的电容备电电路即可保证固态硬盘系统区域数据不损坏，不会造成固态硬盘异常，极大地减小了异常掉电时固态硬盘系统文件损坏的风险；本发明解决了MLC/TLC的快page损坏问题，大幅度降低了固态硬盘的设计难度和成本，同时提升了系统文件的可靠性。
附图说明
图1为快page数据丢失示意图；
图2为在固态硬盘中加入掉电保护电路和大容量超级电容工作原理图；
图3为本发明方法流程图；
图4为本发明实施例装置结构图；
图5为本发明实施例掉电检测电路与固态硬盘控制器连接示意图。
具体实施方式
在MLC/TLC NAND中，lower page的编程速度、可靠性大大优于middle page（TLC）和upper page，结合该特性，固态硬盘的系统文件，如映射表文件、系统固件、关键日志文件等，只使用MLC/TLC的lower page进行存放，即使用SLC模式存放系统文件；固态硬盘控制器对后端NAND Flash写入空间进行控制，只使用MLC/TLC的lower page存放系统文件，middle page（TLC）和upper page空闲，不写入系统文件数据，从而避免了快page损坏问题在异常掉电时出现。
本发明具体实现过程见图3：
（1）    固态硬盘工厂初始化，进行部件检测、功能测试、老化测试，初始化完成后启动正式固件配置
（2）    利用MLC/TLC NAND Flash的SLC Mode特性，将部分NAND Flash区域配置为SLC模式，以128GB 固态硬盘、美光16nm MLC为例，利用SET/GET Feaures命令，将其中的4GB空间配置为SLC Mode，详细命令操作参见NAND Flash数据手册：配置为SLC Mode后，该4GB的空间可用容量变为2GB，但最大可擦写次数变为6000次（MLC模式为1500次），编程周期变为2个（MLC模式为4个），只需要编程Lower Page，不需要编程Upper Page，从而避免了异常掉电时未完成Upper Page编程对Lower Page数据造成损坏的风险。
（3）    固态硬盘进行系统文件初始化，将映射表文件、系统固件、关键日志文件等关键系统信息的存储空间配置为上一步设定的2GB SLC模式区域；完成初始化过程，固态硬盘正常使用；
（4）    在固态硬盘运行过程中，掉电检测电路负责对固态硬盘的输入电源电压进行检测，当输入电源电压出现异常（输入电源电压低于输入电源额定电压的85%）时，掉电检测电路产生一个中断信号送到固态硬盘控制器；
（5）    由于固态硬盘上内部有大量用于滤波的电容，因此掉电后可以短暂支持固态硬盘控制器继续运行；固态硬盘控制器收到该中断信号后，设置异常掉电标记，终止系统文件继续写入后端系统区域。同时固态硬盘控制器每隔5s设置检验点，备份SLC模式区域内的系统文件，如果掉电瞬间，NAND Flash中SLC模式区域有未完成的编程操作，则不需要进行处理，当前数据丢弃，固态硬盘控制器将系统文件回退到最后一次成功操作的检验点位置。
如图4所示，本发明的装置包括：
掉电检测电路：用于检测固态硬盘的输入电源电压，且在所述输入电源电压出现异常时，向固态硬盘控制器发送一个中断信号；
固态硬盘控制器：用于在接收到所述掉电检测电路发送的中断信号后设置异常掉电标记，终止固态硬盘的系统文件继续写入后端系统区域；若掉电瞬间SLC模式区域有未完成的编程操作，则丢弃当前数据，固态硬盘控制器将系统文件回退到最后一次成功操作的数据上；所述SLC模式区域由固态硬盘的部分NAND Flash区域配置而得，并用于存储固态硬盘的系统文件。
如图5，掉电保护电路可以采用MAX809电压监控芯片，该芯片的复位端与固态硬盘控制器的电源端连接。

Claims (3)

1.一种防止固态硬盘系统文件损坏的掉电保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）初始化固态硬盘，将固态硬盘的部分NAND Flash区域配置为SLC模式区域；
2）将固态硬盘的系统文件存储空间配置为上述SLC模式区域；
3）检测固态硬盘的输入电源电压，若输入电源电压低于输入电源额定电压的80%～85%，则发送一个中断信号到固态硬盘控制器；
4）固态硬盘控制器接收到中断信号后，设置异常掉电标记，终止固态硬盘的系统文件继续写入固态硬盘的后端系统区域；同时固态硬盘控制器每隔时间t设置检验点，备份SLC模式区域内的系统文件，若掉电瞬间所述SLC模式区域有未完成的编程操作，则丢弃当前未完成编程操作的系统文件，固态硬盘控制器将系统文件回滚到最后一次成功完成编程操作的检验点位置。
2.一种防止固态硬盘系统文件损坏的掉电保护装置，其特征在于，包括：
掉电检测电路：用于检测固态硬盘的输入电源电压，且在所述输入电源电压出现异常时，向固态硬盘控制器发送一个中断信号；
固态硬盘控制器：用于在接收到所述掉电检测电路发送的中断信号后设置异常掉电标记，终止固态硬盘的系统文件继续写入固态硬盘的后端系统区域；同时每隔时间t设置检验点，备份SLC模式区域内的系统文件，若掉电瞬间所述SLC模式区域有未完成的编程操作，则丢弃当前未完成编程操作的系统文件，将系统文件回滚到最后一次成功完成编程操作的检验点位置；所述SLC模式区域由固态硬盘的部分NAND Flash区域配置而得，并用于存储固态硬盘的系统文件。
3.根据权利要求2所述的防止固态硬盘系统文件损坏的掉电保护装置，其特征在于，所述掉电检测电路采用电压监控芯片。
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