CN105630696A - 一种利用mram保护nand的方法及存储结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种利用MRAM保护NAND的方法，包括以下步骤：(1)收到写NAND页指令，在MRAM中的写缓存表中查找MRAM中的写缓存中是否存在NAND页对应的MRAM页，如果不存在，执行步骤(2)；如果存在，执行步骤(3)；(2)在写缓存中查找空闲的MRAM页，作为NAND页对应的MRAM页；(3)将写NAND页指令中的数据写入NAND页对应的MRAM页，在清理写缓存时，将数据写入NAND页。本发明还提供一种利用MRAM保护NAND的存储结构。本发明将写入NAND的数据缓存在MRAM中，在清理写缓存时才将数据写入NAND，减少擦写NAND的次数，延长NAND的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及固态硬盘，尤其涉及一种利用MRAM保护NAND的方法及存储结构。
背景技术
现在的智能手机、平板电脑，以及越来越多的计算机中，用户数据、文件被存在NAND闪存芯片中。
NAND是一种整块读写的存储设备，最小可读取的单元叫page，最小可擦除的单元叫block，一个block往往由很多page组成，block擦除后里面的page可以进行单独的写入操作。
NAND闪存技术的发展推动了固态硬盘(SSD)产业的发展。
如图1所示，现有的计算机存储结构用于存储数据的一组NAND芯片，用于支持计算和缓存数据的DDRDRAM(内存)，以及一个主控芯片(SSDController)组成。有时候还需要断电保护系统。与主机之间通过高速串行接口如SATA，PICe等技术。
如图2所示，现有的手机、平板电脑存储结构包括：用于存储代码和用户数据的NAND以及用于计算的DDR内存(双倍速率动态随机存储器，为DDRDRAM的简称，DoubleDataRateDynamicRandomAccessMemory)，分别连接主机芯片。
如图3所示，手机与计算机的文件操作方式如下：
(1)应用软件向操作系统发出打开、关闭、读、写文件指令；
(2)操作系统中的文件系统部分把读、写文件的指令转化为读、写存储块的指令；
(3)NAND驱动与管理软件接受读写存储块区的指令，进行缓存、写均衡等优化，向芯片发出读page，写block等指令。
在手机中，NAND驱动与管理软件通常作为与操作系统紧密相关的软件模块，在主机芯片上运行；在计算机中，NAND驱动与管理软件通常在固态硬盘的主控芯片上运行。
使用NAND闪存遇到的一个问题是NAND具有有限的寿命。里面的每一个block经过一定次数的擦写以后，就会永久失效不能继续使用。
目前的产业发展趋势是NAND的容量和数据密度增长非常快，但却是以降低寿命为代价。可擦写次数从最初的10万次降低到目前的3000次左右。其结果是，固态硬盘在经过一段时间的使用后必须更换，手机则可能会提前报废。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种保护NAND的方法和装置，以延长NAND的使用寿命。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种保护NAND的方法，以延长NAND的使用寿命。
本发明的背景是MRAM技术的发展，MRAM是一种新的内存和存储技术，可以像SRAM/DRAM一样快速随机读写，还可以像Flash闪存一样在断电后永久保留数据。不像NAND可擦写次数有限，MRAM可以无限多次地擦写。但预计未来相当长一段时间内，MRAM的容量比NAND低，成本比NAND高。
如果利用MRAM，将MRAM作为写缓存，就能够极大减少擦写NAND的次数，从而保护NAND，延长NAND的使用寿命。
本发明提供一种利用MRAM保护NAND的方法，包括以下步骤：
(1)收到写NAND页指令，在MRAM中的写缓存表中查找MRAM中的写缓存中是否存在NAND页对应的MRAM页，如果不存在，执行步骤(2)；如果存在，执行步骤(3)；
(2)在写缓存中查找空闲的MRAM页，作为NAND页对应的MRAM页；
(3)将写NAND页指令中的数据写入NAND页对应的MRAM页，在清理写缓存时，将NAND页对应的MRAM页的数据写入NAND页。
采用本发明提供的方法，将写入NAND的数据缓存在MRAM中，在清理写缓存时才将缓存的数据最终写入NAND，能够极大减少擦写NAND的次数，从而保护NAND，延长NAND的使用寿命。
进一步地，步骤(1)中的写缓存表包括NAND页的地址以及与NAND页对应的MRAM页的地址。
进一步地，步骤(2)查找空闲的MRAM页作为NAND页对应的MRAM页还包括步骤：
(21)将NAND页的地址与NAND页对应的MRAM页的地址构成的记录写入写缓存表。
进一步地，步骤(3)中清理写缓存，在写缓存中空闲的MRAM页的数量小于第一预警值的条件下启动，关机时不需要清理写缓存，写入的内容仍然保留在所述MRAM页中，在开机和加电时不需要重新载入写缓存，进一步提高系统的运行速度。
进一步地，步骤(3)中的清理写缓存的方法包括以下步骤：
(31)将写缓存中MRAM页的数据写入对应的NAND页，并更新写缓存表；
(32)如果写缓存中MRAM页的数量大于或等于第二预警值，停止清理写缓存。
进一步地，步骤(31)将写缓存中MRAM页的数据写入对应的NAND页，并更新写缓存表的方法包括以下步骤：
(311)写缓存表包括还包括写计数和/或上次写入时间，将写缓存中写计数最少和/或上次写入时间最早的MRAM页的数据写入对应的NAND页；
(312)释放所述MRAM页，删除写缓存表中MRAM页的地址与对应的NAND页的地址对应的记录。
进一步地，步骤(311)中将写缓存中写计数最少和上次写入时间最早的MRAM页的数据写入对应的NAND页的方法包括以下步骤：
(3111)将写缓存中写计数最少的MRAM页的数据写入对应的NAND页；
(3112)当MRAM页的写计数相等时，将上次写入时间最早的MRAM页的数据写入对应的NAND页。
本发明还提供一种利用MRAM保护NAND的存储结构，包括NAND与MRAM，NAND用于数据存储，MRAM用于NAND的写缓存。
进一步地，MRAM包括写缓存与写缓存表，写缓存用于缓存对应的NAND页，写缓存表用于存储写缓存中MRAM页地址与对应的NAND页地址。
进一步地，MRAM通过DDRDRAM接口与主控芯片或CPU连接，或者MRAM设置于固态硬盘中，通过DDRDRAM接口与固态硬盘的主控芯片连接。
与现有技术相比，本发明提供的利用MRAM保护NAND的方法及存储结构具有以下有益效果：
(1)将写入NAND的数据缓存在MRAM中，在清理写缓存时才将缓存的数据最终写入NAND，能够极大减少擦写NAND的次数，从而保护NAND，延长NAND的使用寿命；
(2)写入MRAM的速度，比写入NAND快上百倍，降低写入NAND的频率，有利于提高系统的运行速度；
(3)将写缓存中写计数最少和/或上次写入时间最早的MRAM页的数据写入对应的NAND页，需要频繁写入的存储块，都留在了MRAM中进行写入操作，进一步提高系统的运行速度；
(4)由于MRAM与NAND一样在断电后可以保持内容，因而在关机和断电时不需要清理写缓存，在开机和加电时不需要重新载入写缓存，进一步提高系统的运行速度。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是现有技术中用于计算机的固态硬盘结构示意图；
图2是现有技术中用于手机、平板电脑的存储结构示意图；
图3是现有技术中文件操作流程图；
图4是本发明的一个实施例的利用MRAM保护NAND的存储结构示意图；
图5是使用图4所示的存储结构，使用MRAM作为写缓存写入NAND的流程图；
图6是使用图4所示的存储结构，清理写缓存的流程图；
图7是本发明的另一个实施例的利用MRAM保护NAND的存储结构示意图。
具体实施方式
如图4所示，本发明的一个实施例的利用MRAM保护NAND的存储结构，包括NAND与MRAM，其中NAND用于数据存储，MRAM用于NAND的写缓存。
MRAM设置于固态硬盘中，通过DDRDRAM接口与固态硬盘的主控芯片连接，也就是固态硬盘的主控芯片通过DDRDRAM接口操作MRAM中的写缓存。
本实施例中的利用MRAM保护NAND的存储结构为用于计算机的固态硬盘。
本实施例中，利用MRAM保护NAND的方法，涉及对固态硬盘内部软件的修改，包括以下步骤：
(1)收到写NAND页指令，在MRAM中的写缓存表中查找MRAM中的写缓存中是否存在NAND页对应的MRAM页，如果不存在，执行步骤(2)；如果存在，执行步骤(3)；
(2)在写缓存中查找空闲的MRAM页，作为NAND页对应的MRAM页；
(3)将写NAND页指令中的数据写入NAND页对应的MRAM页，在清理写缓存时，将NAND页对应的MRAM页的数据写入NAND页。
采用本发明提供的方法，将写入NAND的数据缓存在MRAM中，在清理写缓存时才将缓存的数据最终写入NAND，能够极大减少擦写NAND的次数，从而保护NAND，延长NAND的使用寿命。
步骤(3)中清理写缓存，在写缓存中空闲的MRAM页的数量小于第一预警值的条件下启动。
步骤(3)中的清理写缓存的方法包括以下步骤：
(31)将写缓存中MRAM页的数据写入对应的NAND页，并更新写缓存表；
(32)如果写缓存中空闲的MRAM页的数量大于或等于第二预警值，停止清理写缓存。
可以直接将写缓存中MRAM页的数据写入对应的NAND页，也可以根据写计数和/或上次写入时间将MRAM页的数据写入对应的NAND页，这样能够需要频繁写入的存储块，都留在了MRAM中进行写入操作，进一步提高系统的运行速度。
具体地，如图5所示，本实施例中使用MRAM作为写缓存的写入流程如下：
1收到写NAND页指令；
2找写缓存表；
3是否存在NAND页对应的MRAM页，执行步骤4；否则执行步骤6；
4数据写入NAND页对应的MRAM页；
5写计数加1并记录上次写入时间，执行步骤11；
6查找空闲的MRAM页，作为NAND页对应的MRAM页；
7数据写入NAND页对应的MRAM页；
8写缓存表中增加相应记录；
9写计数加1并记录上次写入时间；
10如果空闲的MRAM页的数量小于第一预警值，清理写缓存；否则执行步骤11；
11写入流程结束。
具体地，如图6所示，本实施例中清理写缓存的流程如下：
1空闲的MRAM页的数量小于第一预警值,启动清理写缓存；
2所有MRAM页的写计数减1；
3如果存在写计数为0的MRAM页，执行步骤4；否则执行步骤2；
4把上次写入时间最早的MRAM页的数据写入对应的NAND页；
5如果空闲的MRAM页的数量大于或等于第二预警值，清理写缓存结束，否则执行步骤3。
如图7所示，本发明的另一个实施例的利用MRAM保护NAND的存储结构，包括NAND与MRAM，其中NAND用于数据存储，MRAM用于NAND的写缓存。
MRAM通过DDRDRAM接口与主控芯片或CPU连接，也就是主控芯片或CPU通过DDRDRAM接口操作MRAM中的写缓存。
本实施例中的利用MRAM保护NAND的存储结构为用于手机、平板电脑的存储结构。
本发明提供的利用MRAM保护NAND的方法及存储结构，将写入NAND的数据缓存在MRAM中，在清理写缓存时才将缓存的数据最终写入NAND，能够极大减少擦写NAND的次数，从而保护NAND，延长NAND的使用寿命；写入MRAM的速度，比写入NAND快上百倍，降低写入NAND的频率，有利于提高系统的运行速度；将写缓存中写计数最少和/或上次写入时间最早的MRAM页的数据写入对应的NAND页，需要频繁写入的存储块，都留在了MRAM中进行写入操作，进一步提高系统的运行速度；由于MRAM与NAND一样在断电后可以保持内容，因而在关机和断电时不需要清理写缓存，在开机和加电时不需要重新载入写缓存，进一步提高系统的运行速度。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种利用MRAM保护NAND的方法，包括以下步骤：
(1)收到写NAND页指令，在MRAM中的所述写缓存表中查找所述MRAM的写缓存中是否存在所述NAND页对应的MRAM页，如果不存在，执行步骤(2)；如果存在，执行步骤(3)；
(2)在所述写缓存中查找空闲的MRAM页，作为所述NAND页对应的MRAM页；
(3)将所述写NAND页指令中的数据写入所述NAND页对应的MRAM页，在清理写缓存时，将NAND页对应的MRAM页的数据写入NAND页。
2.如权利要求1所述的利用MRAM保护NAND的方法，其特征在于，步骤(1)中的写缓存表包括NAND页的地址以及与所述NAND页对应的MRAM页的地址。
3.如权利要求2所述的利用MRAM保护NAND的方法，其特征在于，步骤(2)查找空闲的MRAM页作为所述NAND页对应的MRAM页还包括步骤：
(21)将所述NAND页的地址与所述NAND页对应的MRAM页的地址构成的记录写入所述写缓存表。
4.如权利要求3所述的利用MRAM保护NAND的方法，其特征在于，步骤(3)中清理写缓存，在写缓存中空闲的MRAM页的数量小于第一预警值的条件下启动，关机时不需要清理写缓存，写入的内容仍然保留在所述MRAM页中。
5.如权利要求4所述的利用MRAM保护NAND的方法，其特征在于，步骤(3)中的清理写缓存的方法包括以下步骤：
(31)将写缓存中MRAM页的数据写入对应的NAND页，并更新写缓存表；
(32)如果写缓存中MRAM页的数量大于或等于第二预警值，停止清理写缓存。
6.如权利要求5所述的利用MRAM保护NAND的方法，其特征在于，步骤(31)将写缓存中MRAM页的数据写入对应的NAND页，并更新写缓存表的方法包括以下步骤：
(311)写缓存表包括还包括写计数和/或上次写入时间，将写缓存中写计数最少和/或上次写入时间最早的MRAM页的数据写入对应的NAND页；
(312)释放所述MRAM页，删除写缓存表中所述MRAM页的地址与所述对应的NAND页的地址对应的记录。
7.如权利要求6所述的利用MRAM保护NAND的方法，其特征在于，步骤(311)中将写缓存中写计数最少和上次写入时间最早的MRAM页的数据写入对应的NAND页的方法包括以下步骤：
(3111)将写缓存中写计数最少的MRAM页的数据写入对应的NAND页；
(3112)当MRAM页的写计数相等时，将上次写入时间最早的MRAM页的数据写入对应的NAND页。
8.一种利用MRAM保护NAND的存储结构，其特征在于，所述利用MRAM保护NAND的存储结构包括NAND与MRAM，所述NAND用于数据存储，所述MRAM用于所述NAND的写缓存。
9.如权利要求8所述的利用MRAM保护NAND的存储结构，其特征在于，所述MRAM包括写缓存与写缓存表，所述写缓存用于缓存对应的NAND页，所述写缓存表用于存储写缓存中MRAM页地址与对应的NAND页地址。
10.如权利要求8所述的利用MRAM保护NAND的存储结构，其特征在于，所述MRAM通过DDRDRAM接口与主控芯片或CPU连接，或者所述MRAM设置于固态硬盘中，通过DDRDRAM接口与所述固态硬盘的主控芯片连接。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2024036505A1 (en) * | 2022-08-17 | 2024-02-22 | Micron Technology, Inc. | Atomicity assurance in write through mode |
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