CN104679440A - 一种闪存阵列管理方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于计算机数据存储技术领域，提供了一种闪存阵列管理方法及装置，所述方法包括：将闪存阵列划分为n个物理工作组，其中，同一物理工作组中每个闪存的相同页组合为物理组合页，同一物理工作组中每个闪存的相同块组合为物理组合块；按照物理组合页的大小将逻辑空间划分为若干逻辑页，将划分得到的若干逻辑页分成n个与物理工作组对应的逻辑工作组，同一逻辑工作组的逻辑页按照其逻辑地址重新编址，获得逻辑组合页；逻辑工作组中的逻辑组合页与相应物理工作组中的物理组合页采用动态映射的方式进行管理，以实现对所述闪存阵列的读写。本发明，缩减映射表占用的存储空间，降低块映射导致的写入放大。
Description
技术领域
本发明属于计算机数据存储技术领域，尤其涉及一种闪存阵列管理方法及装置。
背景技术
Nand-Flash是一种非易失的闪存，由Nand-Flash作为存储介质的存储系统具有存取速度快、抗震能力强、电源开销小、发热低、零噪声和体积小等优势，广泛应用于军事、车载、工控、医疗、航空、消费电子等领域。Nand-Flash芯片分为单层式存储（Single Level Cell,SLC）和多层式存储（Multi levelCell，MLC）两种。随着工艺的进步，单片Nand-Flash的存储容量也不断的增加。目前，单片Nand-Flash的存储容量已达到32GB甚至更高,这个容量足已满足mp3、手机、普通U盘等对存储容量和速度要求不高的应用领域。但是，对于固态硬盘等大容量、速度要求高的应用领域，单片Nand-Flash无法满足其要求，可使用多片Nand-Flash来提高容量，采用多通道的设计来提高接口的带宽。
Nand-Flash具有先擦除后写入的特点，且擦除和写入的单位不一样。擦除的单位是块，写入和读的单位是页，一个块由多个页组成。通常的Nand-Flash管理记录了逻辑块地址（Logical BlockAddress,LBA）和物理块地址（PhysicalBlock Address,PBA）的映射关系，有新的数据写入时，将数据写入到已擦除的块中，然后更新映射关系。这种管理方法的缺陷是只要在有小数据写入时就会造成一个块的更新，这样会严重增加Nand-Flash的擦除次数，影响使用寿命。另外一种方法：通过维护逻辑页和物理页的映射关系来管理数据信息，这种方法需要占用大量的存储空间来运行和存放映射表。
现有闪存阵列管理方法存在需要占用大量的存储空间来运行和存放映射表，以及擦除次数多，影响使用寿命的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种闪存阵列管理方法及装置，旨在解决现有闪存阵列管理方法存在需要占用大量的存储空间来运行和存放映射表，以及擦除次数多，影响使用寿命的问题。
一方面，提供一种闪存阵列管理方法，所述方法包括：
将闪存阵列划分为n个物理工作组，其中，同一物理工作组中每个闪存的相同页组合为物理组合页，同一物理工作组中每个闪存的相同块组合为物理组合块；
按照物理组合页的大小将逻辑空间划分为若干逻辑页，将划分得到的若干逻辑页分成n个与物理工作组对应的逻辑工作组,同一逻辑工作组的逻辑页按照其逻辑地址重新编址，获得逻辑组合页；
逻辑工作组中的逻辑组合页与相应物理工作组中的物理组合页采用动态映射的方式进行管理，以实现对所述闪存阵列的读写
另一方面，提供一种闪存阵列管理装置，所述装置包括：
第一管理单元，用于将闪存阵列划分为n个物理工作组，其中，同一物理工作组中每个闪存的相同页组合为物理组合页，同一物理工作组中每个闪存的相同块组合为物理组合块；
第二管理单元，用于按照物理组合页的大小将逻辑空间划分为若干逻辑页，将划分得到的若干逻辑页分成n个与物理工作组对应的逻辑工作组,同一逻辑工作组的逻辑页按照其逻辑地址重新编址，获得逻辑组合页；
组合页映射单元，用于逻辑工作组中的逻辑组合页与相应物理工作组中的物理组合页采用动态映射的方式进行管理，以实现对所述闪存阵列的读写。
在本发明实施例，将闪存阵列划分为n个物理工作组，其中，同一物理工作组中每个闪存的相同页组合为物理组合页，同一物理工作组中每个闪存的相同块组合为物理组合块；按照物理组合页的大小将逻辑空间划分为若干逻辑页，将划分得到的若干逻辑页分成n个与物理工作组对应的逻辑工作组,同一逻辑工作组的逻辑页按照其逻辑地址重新编址，获得逻辑组合页；逻辑工作组中的逻辑组合页与相应物理工作组中的物理组合页采用动态映射的方式进行管理，以实现对所述闪存阵列的读写，本发明，缩减映射表占用的存储空间，降低块映射导致的写入放大。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的闪存阵列管理方法的实现流程图；
图2是本发明实施例一提供的闪存阵列排列示意图；
图3是本发明实施例一提供的闪存阵列的块划分示意图；
图4是本发明实施例一提供的闪存阵列的映射示意图；
图5是本发明实施例一提供的闪存阵列的数据管理示意图；
图6是本发明实施例一提供的闪存阵列的映射表更新示意图；
图7是本发明实施例二提供的闪存阵列管理装置的具体结构图。
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。
在本发明实施例中，将闪存阵列划分为n个物理工作组，其中，同一物理工作组中每个闪存的相同页组合为物理组合页，同一物理工作组中每个闪存的相同块组合为物理组合块；按照物理组合页的大小将逻辑空间划分为若干逻辑页，将划分得到的若干逻辑页分成n个与物理工作组对应的逻辑工作组,同一逻辑工作组的逻辑页按照其逻辑地址重新编址，获得逻辑组合页；逻辑工作组中的逻辑组合页与相应物理工作组中的物理组合页采用动态映射的方式进行管理，以实现对所述闪存阵列的读写。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细描述：
实施例一
图1示出了本发明实施例一提供的闪存阵列管理方法的实现流程，详述如下：
在步骤S101中，将闪存阵列划分为n个物理工作组，其中，同一物理工作组中每个闪存的相同页组合为物理组合页，同一物理工作组中每个闪存的相同块组合为物理组合块。
其中，所述闪存阵列由多片闪存（Nand-Flash）按照M个主通道和N个子通道交叉的方式排列组成，其中，M、N均为大于1的整数。同一个主通道上的Nand-Flash共用一个数据接口，不同的子通道之间采用不同的片选信号。r个子通道梆定在一起组成N/r个物理工作组（team）。一个物理工作组由其包括的子通道对应的所有Nand-Flash所组成。物理工作组内每个Nand-Flash的相同页组合为一个物理组合页（Gpage），相应的，物理工作组内每个Nand-Flash的相同块组合为一个物理组合页（Gblock）。具体的，如图2所示，将由12个Nand-Flash组成的闪存阵列划分为3个主通道和4个子通道，将2个子通道绑定在一起组成4/2=2个工作组Team0和Team1，Team0包括Nand0、Nand1、Nand4、Nand5、Nand8和Nand9，Team1包括Nand2、Nand3、Nand6、Nand7、Nand10和Nand11。如图3所示，Nand0、Nand1、Nand4、Nand5、Nand8和Nand9的物理page0全部组合在一起组成Team0的Gpage0，Nand0、Nand1、Nand4、Nand5、Nand8和Nand9的物理block0全部组合在一起组成Team0的Gblock0，其中，Nand-Flash的排列方式如图3所示，依次为Nand0->Nand4->Nand8->Nand1->Nand5->Nand9。
在步骤S102中，按照物理组合页的大小将逻辑空间划分为若干逻辑页，将划分得到的若干逻辑页分成n个与物理工作组对应的逻辑工作组,同一逻辑工作组的逻辑页按照其逻辑地址重新编址，获得逻辑组合页。
在本实施例中，所述逻辑空间是指应用层的储存空间。按照物理组合页的大小划分逻辑空间，获得与所述物理组合页大小相同的若干逻辑页，按照逻辑页的逻辑地址进行寻址，按照逻辑页的逻辑地址将所有逻辑页划分为n个逻辑工作组，逻辑页的逻辑地址对工作组数n取余的结果作为该逻辑页的的工作组号，逻辑页共划分为与闪存阵列的物理工作组相同数量的逻辑工作组，其中，工作组号相同的物理工作组和逻辑工作组对应，同一逻辑工作组内的逻辑页按照逻辑地址重新编址，获得逻辑组合页。一般而言，逻辑组合页的数量小于物理组合页的数量,没有对应逻辑组合页的物理组合页用来做写入数据交换。具体的，如图4所示，将逻辑空间按照物理组合页的大小划分为逻辑页LPN0、LPN1等，按照逻辑地址将所述逻辑页划分为2个逻辑工作组，分组结果如图4所示，LPN0、LPN2、LPN4属于逻辑工作组Team0,LPN1、LPN3、LPN5属于逻辑工作组Team1，将LPN0、LPN2、LPN4转化为Team0内的逻辑组合页Lpage0、Lpage1、Lpage2，将LPN1、LPN3、LPN5转化为Team1内的逻辑组合页Lpage0、Lpage1、Lpage2。
在步骤S103中，逻辑工作组中的逻辑组合页与相应物理工作组中的物理组合页采用动态映射的方式进行管理，以实现对所述闪存阵列的读写。
在本实施例中，同一逻辑工作组的逻辑组合页一一映射与该逻辑工作组对应的物理工作组的物理组合页，随着应用层数据的写入和删除两者的映射动态变化。控制层同时操作同一个工作组内不同主通道上的Nand-Flash，同一个主通道上不同的子通道之间可以实现交互功能，可以保证物理组合页写入时达到最大的效率。如图3所示，逻辑工作组Team0和物理工作组Team0同属工作组Team0,逻辑工作组Team1和物理工作组Team1同属工作组Team1。具体的，本步骤具体包括：
步骤11，初始化系统映射数据，所述映射数据包括有效数据块链表、当前使用块指针、当前写入组合页偏移量、空块链表和保留块链表；
其中，所述映射数据包括有效数据块链表、当前使用块指针、当前写入组合页偏移量、空块链表和保留块链表。如图5所示，物理组合块Gblock[0]到Gblock[R]通过双向链表挂载到有效数据块链表，初始化时，当前使用块指针指向物理组合块Gblock[S],当前写入页偏移量设置为零，指向物理组合块Gblock[S]内的第一个偏移数据页，剩余的物理组合块则初始为空块链表和保留块链表。
步骤12，建立逻辑组合页到物理组合页一一对应的组合页映射表，其中逻辑组合页地址全部对应有效数据块链表内物理组合块包含的物理组合页；
其中，通过组合页映射表管理逻辑组合页到物理组合页一一对应关系，如图6所示，初始化逻辑组合页Lpage到物理组合页Gpage一一对应。
步骤13，有数据写入时，将数据写入当前使用块指针指向的物理组合块中当前写入组合页偏移量对应的物理组合页，当前写入组合页偏移量自加1。
其中，如图5所示，Lpage1写入，将数据写入当前使用块指针指向的Gblock[S]中当前写入组合页偏移量对应的Gpage[S*k]。
步骤14，在读数据时，通过组合页映射表查找逻辑组合页对应的物理组合块，并对应的物理组合页中的数据读出。
作为一个可行方案，还包括变更组合页映射表,新写入的逻辑组合页指向当前写入的物理组合页,其中，旧的物理组合页标示为无效组合页。
其中，如图5所示，变更组合页映射表中Lpage1对应的物理地址由Gpage1变为Gpage[S*k]，实现组合页映射表的动态映射。
另一个可行方案，还包括当前使用块指针指向的物理组合块中的物理组合页用完时，将该物理组合块插入有效数据块链表，从空块链表中取出一个物理组合块，赋给当前使用块指针，当前写入组合页偏移量清零。
其中，当前使用块指针指向的物理组合块中的物理组合页用完时，转向其他物理组合块写数据。
另一个可行方案，还包括当有效数据块链表对应的任意物理组合块中全部物理组合页均已标示为无效时，将该物理组合块对应的物理组合页全部擦除，将该物理组合块插入空块链表。
其中，通过标记物理组合页，然后一次性擦除全部物理组合页均已标示为无效的物理组合块，有效减少了擦除次数，提高了闪存的使用寿命。
另一个可行方案，还包括当空块链表中空物理组合块数小于指定阈值时，将包含无效物理组合页最多的有效数据块链表中的物理组合块中的有效数据写入当前使用块指针指向的物理组合块，然后将该物理组合块对应的物理组合页全部擦除，该物理组合块插入空块链表。
其中，通过回收利用空物理组合块，实现了存储空间的有效利用。
本实施例，可以达到缩减映射表占用的存储空间，降低块映射导致的写入放大，减少了擦除次数，提高了闪存的使用寿命，提高了接口的数据传输速度。
实施例二
图7示出了本发明实施例二提供的闪存阵列管理装置的具体结构框图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。在本实施例中，该闪存阵列管理装置包括：第一管理单元71、第二管理单元72和组合页映射单元73。
其中，第一管理单元71，用于将闪存阵列划分为n个物理工作组，其中，同一物理工作组中每个闪存的相同页组合为物理组合页，同一物理工作组中每个闪存的相同块组合为物理组合块；
第二管理单元72，用于按照物理组合页的大小将逻辑空间划分为若干逻辑页，将划分得到的若干逻辑页分成n个与物理工作组对应的逻辑工作组,同一逻辑工作组的逻辑页按照其逻辑地址重新编址，获得逻辑组合页；
组合页映射单元73，用于逻辑工作组中的逻辑组合页与相应物理工作组中的物理组合页采用动态映射的方式进行管理，以实现对所述闪存阵列的读写。
进一步的，所述组合页映射单元73具体用于初始化系统映射数据，所述映射数据包括有效数据块链表、当前使用块指针、当前写入组合页偏移量、空块链表和保留块链表；建立逻辑组合页到物理组合页的组合页映射表，其中逻辑组合页地址全部对应有效数据块链表内物理组合块包含的物理组合页；有数据写入时，将数据写入当前使用块指针指向的物理组合块中当前写入组合页偏移量对应的物理组合页，当前写入组合页偏移量自加1；在读数据时，通过组合页映射表查找逻辑组合页对应的物理组合块，并对应的物理组合页中的数据读出。
进一步的，所述组合页映射单元73具体用于变更组合页映射表时,新写入的逻辑组合页指向当前写入的物理组合页,其中，旧的物理组合页标示为无效组合页。
进一步的，所述组合页映射单元73具体用于当前使用块指针指向的物理组合块中的物理组合页用完时，将该物理组合块插入有效数据块链表，从空块链表中取出一个物理组合块，赋给当前使用块指针，当前写入组合页偏移量清零。
进一步的，所述组合页映射单元73具体用于当有效数据块链表对应的任意物理组合块中全部物理组合页均已标示为无效时，将该物理组合块对应的物理组合页全部擦除，将该物理组合块插入空块链表。
进一步的，所述组合页映射单元73具体用于当空块链表中空物理组合块数小于指定阈值时，将包含无效物理组合页最多的有效数据块链表中的物理组合块中的有效数据写入当前使用块指针指向的物理组合块，然后将该物理组合块对应的物理组合页全部擦除，该物理组合块插入空块链表。
本发明实施例提供的闪存阵列管理装置可以应用在前述对应的方法实施例一中，详情参见上述实施例一的描述，在此不再赘述。
值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种闪存阵列管理方法，其特征在于，所述方法包括：
将闪存阵列划分为n个物理工作组，其中，同一物理工作组中每个闪存的相同页组合为物理组合页，同一物理工作组中每个闪存的相同块组合为物理组合块；
按照物理组合页的大小将逻辑空间划分为若干逻辑页，将划分得到的若干逻辑页分成n个与物理工作组对应的逻辑工作组,同一逻辑工作组的逻辑页按照其逻辑地址重新编址，获得逻辑组合页；
逻辑工作组中的逻辑组合页与相应物理工作组中的物理组合页采用动态映射的方式进行管理，以实现对所述闪存阵列的读写。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述逻辑工作组中的逻辑组合页与相应物理工作组中的物理组合页采用动态映射的方式进行管理，以实现对所述闪存阵列的读写具体包括：
初始化系统映射数据，所述映射数据包括有效数据块链表、当前使用块指针、当前写入组合页偏移量、空块链表和保留块链表；
建立逻辑组合页到物理组合页的组合页映射表，其中逻辑组合页地址全部对应有效数据块链表内物理组合块包含的物理组合页；
有数据写入时，将数据写入当前使用块指针指向的物理组合块中当前写入组合页偏移量对应的物理组合页，当前写入组合页偏移量自加1；
在读数据时，通过组合页映射表查找逻辑组合页对应的物理组合块，并对应的物理组合页中的数据读出。
3.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述方法还包括：
变更组合页映射表时,新写入的逻辑组合页指向当前写入的物理组合页,其中，旧的物理组合页标示为无效组合页。
4.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述方法还包括：
当前使用块指针指向的物理组合块中的物理组合页用完时，将该物理组合块插入有效数据块链表，从空块链表中取出一个物理组合块，赋给当前使用块指针，当前写入组合页偏移量清零。
5.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述方法还包括：
当有效数据块链表对应的任意物理组合块中全部物理组合页均已标示为无效时，将该物理组合块对应的物理组合页全部擦除，将该物理组合块插入空块链表。
6.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述方法还包括：
当空块链表中空物理组合块数小于指定阈值时，将包含无效物理组合页最多的有效数据块链表中的物理组合块中的有效数据写入当前使用块指针指向的物理组合块，然后将该物理组合块对应的物理组合页全部擦除，该物理组合块插入空块链表。
7.一种闪存阵列管理装置，其特征在于，所述装置包括：
第一管理单元，用于将闪存阵列划分为n个物理工作组，其中，同一物理工作组中每个闪存的相同页组合为物理组合页，同一物理工作组中每个闪存的相同块组合为物理组合块；
第二管理单元，用于按照物理组合页的大小将逻辑空间划分为若干逻辑页，将划分得到的若干逻辑页分成n个与物理工作组对应的逻辑工作组,同一逻辑工作组的逻辑页按照其逻辑地址重新编址，获得逻辑组合页；
组合页映射单元，用于逻辑工作组中的逻辑组合页与相应物理工作组中的物理组合页采用动态映射的方式进行管理，以实现对所述闪存阵列的读写。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述组合页映射单元具体用于初始化系统映射数据，所述映射数据包括有效数据块链表、当前使用块指针、当前写入组合页偏移量、空块链表和保留块链表；建立逻辑组合页到物理组合页的组合页映射表，其中逻辑组合页地址全部对应有效数据块链表内物理组合块包含的物理组合页；有数据写入时，将数据写入当前使用块指针指向的物理组合块中当前写入组合页偏移量对应的物理组合页，当前写入组合页偏移量自加1；在读数据时，通过组合页映射表查找逻辑组合页对应的物理组合块，并对应的物理组合页中的数据读出。
9.如权利要求8所述装置，其特征在于，所述组合页映射单元还用于变更组合页映射表时,新写入的逻辑组合页指向当前写入的物理组合页,其中，旧的物理组合页标示为无效组合页。
10.如权利要求8所述装置，其特征在于，所述组合页映射单元还用于当前使用块指针指向的物理组合块中的物理组合页用完时，将该物理组合块插入有效数据块链表，从空块链表中取出一个物理组合块，赋给当前使用块指针，当前写入组合页偏移量清零。
11.如权利要求8所述装置，其特征在于，所述组合页映射单元还用于当有效数据块链表对应的任意物理组合块中全部物理组合页均已标示为无效时，将该物理组合块对应的物理组合页全部擦除，将该物理组合块插入空块链表。
12.如权利要求8所述装置，其特征在于，所述组合页映射单元还用于当空块链表中空物理组合块数小于指定阈值时，将包含无效物理组合页最多的有效数据块链表中的物理组合块中的有效数据写入当前使用块指针指向的物理组合块，然后将该物理组合块对应的物理组合页全部擦除，该物理组合块插入空块链表。
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