CN105677241A - 充电方法、装置及固态硬盘 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了充电方法、充电装置及SSD。所述充电方法，应用于固态硬盘，所述固态硬盘包括备电电容及易失性存储器，其特征在于，所述方法包括：检测所述易失性存储器数据存储量，所述易失性存储器的数据存储量被预先划分为多个区间，每个区间对应一个充电电压；确定所检测的所述易失性存储器数据存储量所在的区间；采用所述易失性存储器数据存储量所在的区间对应的充电电压为所述备电电容充电。因此采用本发明所提供的方法，根据SSD实际的备电需求动态调整备电电容备电的电量，可以在保证备电电容基本失效率的情况下，大大降低备电电容降额的幅度，提升单个备电电容备电的电量，减小为SSD备电所需备电电容的数量。

Description

充电方法、装置及固态硬盘
技术领域
本发明涉及计算机领域，尤其涉及充电方法、装置及固态硬盘。
背景技术
固态硬盘(SolidStateDrives，简称SSD)是以与非存储器(NANDFlash)为主要存储介质的一种硬盘驱动器，其主要由控制器、动态随机存取存储器(DynamicRandomAccessMemory，简称DRAM)和NANDFlash构成。在有待写入数据需要写入SSD时，SSD的控制芯片首先将待写入数据缓存在读写速度较高的DRAM中，然后将缓存在DRAM中的数据写入读写速度较慢的NANDFlash中，从而提高SSD整体的数据写入速度。
由于DRAM为易失性存储器，一旦因电源故障而导致SSD下电，DRAM中保存的数据就会丢失。为避免SSD异常下电造成DRAM中数据丢失，SSD中通常还设置有备份电源。设置有备份电源的SSD结构可以如图1所示。在SSD上电后，外部电源除通过电源接口为SSD控制器供电之外，还可以通过电源接口为备份电源充电。当SSD异常下电时，可以由备份电源为SSD控制器等供电以维持SSD工作，以便于在SSD将DRAM中缓存的数据写入NANDFlash中，从而避免SSD异常下电造成的数据丢失。
有电容具有结构简单，备电量大等特点，因此现有技术中通常使用电容作为备份电源为SSD备电。在采用电容为SSD备电时，通过需要对电容进行降额设计。通过降额设计可以使电容在工作时承受的工作应力适当低于电容的额定值，从而降低电容的基本失效率，提高采用电容为SSD备电时的可靠性。由于在不同电压降额下，电容失效率差异比较，并且电压降额越高，则电容的基本失效率越低，因此为提高采用电容为SSD备电的可靠性，通常需要对电容大幅度降额。以钽电容为例，在工作电压降低到额定电压的90％时，失效率在2fit左右；而当工作电压降低到额定电压的70％时，失效率则降为0.19fit，为满足为SSD备电时的基本失效率要求，在实际采用中通常需要将钽电容的工作电压降低到额定电压的70％。
对电容进行大幅度降额，虽然能够满足对电容可靠性的要求，但同时也会大大降低单个电容所能保存的电量。在单个电容所能保存电量降低的情况下，为满足将DRAM中的数据写入NANDFlash中的电量需求，就需要增加为SSD备电所需电容的数量，从而导致SSD中电容采用数量的增加。
发明内容
本发明实施例提供了充电方法、装置及固态硬盘，以解决现有技术中采用电容为SSD备电，电容需要进行大幅度降额，导致SSD中电容使用量较多的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种充电方法，该方法包括：检测所述易失性存储器数据存储量，所述易失性存储器的数据存储量被预先划分为多个区间，每个区间对应一个充电电压；确定所检测的所述易失性存储器数据存储量所在的区间；采用所述易失性存储器数据存储量所在的区间对应的充电电压为所述备电电容充电。由于所述易失性存储器数据存储量与SSD实际的备电需求正相关，因此采用本发明所提供的方法装置，根据SSD实际的备电需求动态调整电容备电的电量，可以在保证电容基本失效率的情况下，大大降低电容降额的幅度，提升单个电容备电的电量，从而减小SSD中所需电容的数量。
结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述检测所述易失性存储器数据存储量包括：检测所述易失性存储器的功耗；或者，检测所述易失性存储器所缓存数据的数据量。采用本实现方式，可以很容易确定所述易失性存储器数据存储量。
结合第一方面或第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，当所述备电电容为额定电压25V的钽电容时，所述易失性存储器的数据存储量被预先划分为三个区间，第一区间为小于第一阈值，第二区间为大于所述第一阈值，小于第二阈值，第三区间为大于第二阈值，所述第一区间对应的充电电压为22.5V，所述第二区间对应的充电电压为22.5V或者17.5V，所述第三区间对应的充电电压为17.5V。
第二方面，本发明实施例提供了一种充电装置，该装置包括用于执行第一方面或第一方面各实施方式中方法步骤的单元。
第三方面，本发明实施例还提供了一种SSD，其特征在于包括充电控制模块、备电电容及易失性存储器，其中，所述备电电容为所述SSD的备用电源；所述充电控制模块，用于检测所述易失性存储器数据存储量，所述易失性存储器的数据存储量被预先划分为多个区间，每个区间对应一个充电电压；确定所检测的所述易失性存储器数据存储量所在的区间；采用所述易失性存储器数据存储量所在的区间对应的充电电压为所述备电电容充电。所述SSD可以根据实际的备电需求动态调整电容备电的电量，可以在保证电容基本失效率的情况下，大大降低电容降额的幅度，提升单个电容备电的电量，从而减小SSD中所需电容的数量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要采用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中SSD的结构示意图；
图2为本发明SSD一个实施例的结构示意图；
图3为本发明充电方法一个实施例的流程示意图；
图4为本发明充电装置一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
由于备电电容的备电能量需求跟易失性存储器中缓存的待写入数据量正相关在通。比如在最大写性能情况下，即待写入数据占满易失性存储器的存储空间时，SSD的功耗可以达到11W，相应的，备电电容需要200mJ的备电能量才能将易失性存储器中的数据转存至NANDFlash中；而在通常应用性能情况下，SSD的功耗只有9W，相应的，备电电容只需要120mJ的备电能量就能将易失性存储器中的数据转存至NANDFlash中。
本发明SSD的结构如图2所示，其中，所述备份电源为备电电容201；所述SSD控制器中可以包括充电控制模块202，所述充电控制模块202可以检测SSD的写性能，并根据SSD的写性能控制所述备电电容201的充电电压，从而可以根据易失性存储器数据存储量的变化动态调整备电电容201的充电电压，可以在满足备电需求的同时，降低对备电电容数量的需求。其中，所述备电电容201可以为额定电压25V的钽备电电容。
参见图3，为本发明充电方法一个实施例的流程图，该方法包括如下步骤：
步骤301，在SSD上电之后，采用预定充电电压为备电电容充电。
在SSD上电后，SSD中的充电控制模块可以首先采用预定充电电压为所述备电电容充电，其中，所述备电电容用于为所述SSD备电。所述预定充电电压可以根据所述备电电容的不同进行设置。通常情况下，所述预定充电电压可以为所述备电电容额定电压的70％。
步骤302，检测易失性存储器数据存储量。
易失性存储器数据存储量决定了SSD异常下电时，将易失性存储器中缓存的数据写入NANDFlash所需的电量。因此在SSD上电之后，充电控制模块可以持续检测易失性存储器数据存储量。其中，易失性存储器中缓存的数据则可以由充电控制模块通过SSD的固件(Firmware)检测。
易失性存储器数据存储量除可以通过易失性存储器所缓存数据的数据量表示之外，还可以以功耗的形式表示。
例如，易失性存储器的数据存储量通常可以表现为易失性存储器的功耗。易失性存储器的功耗越高，则说明易失性存储器的写操作越频繁，从而说明易失性存储器的数据存储量越高。相应的，易失性存储器的功耗越低，说明易失性存储器数据存储量越低；而易失性存储器的功耗可以由充电控制模块通过SSD中的功耗检测模块检测。
又如，易失性存储器的数据存储量的也可以表现为NANDFlash的功耗。由于NANDFlash在进行数据擦写操作时的功耗要大于在数据读取时的功耗，与NANDFlash数据擦写操作与NANDFlash的功耗正相关，并且擦写操作越多NANDFlash的功耗越大。NANDFlash的功耗越高，说明NANDFlash的数据擦写操作越频繁，进而说明易失性存储器的数据存储量越高。相应的，NANDFlash的功耗越低，说明易失性存储器数据存储量越低。而NANDFlash的功耗可以由充电控制模块通过SSD中的功耗检测模块检测，易失性存储器中缓存的数据则可以由充电控制模块通过SSD的固件检测。
由于易失性存储器的功耗与NANDFlash的功耗均与所述易失性存储器数据存储量正相关，而SSD中其他器件的功耗较为稳定，因此SSD的功耗也与所述易失性存储器数据存储量正相关。因此易失性存储器数据存储量的可以表现为易失性存储器的功耗、NANDFlash的功耗或SSD的功耗。
步骤303，确定所检测的所述易失性存储器数据存储量所在的区间。
在对所述备电电容进行充电之前，可以将易失性存储器的数据存储量划分为至少两个数据存储量区间，其中各个数据存储器区间之间互不重叠，并为每个区间设置至少一个充电电压。充电控制模块在检测到所述易失性存储器数据存储量后，可以确定所检测的所述易失性存储器数据存储量所在的区间。
步骤304，采用与所述易失性存储器数据存储量相对应的充电电压为备电电容充电。
确定所检测的所述易失性存储器数据存储量所在的区间之后，所述充电控制模块可以采用所述易失性存储器数据存储量所在的区间对应的充电电压为所述备电电容充电。
例如，所述易失性存储器的数据存储量被预先划分为三个区间，第一区间为小于第一阈值，第二区间为大于所述第一阈值，小于第二阈值，第三区间为大于第二阈值，如果充电控制模块检测到所述易失性存储器数据存储量低于第一阈值时，那么可以采用第一充电电压为所述备电电容充电；如果所述充电控制模块检测到所述易失性存储器数据存储量高于第二阈值时，采用第二充电电压为所述备电电容充电，其中，所述第一阈值低于第二阈值，所述第一充电电压低于第二充电电压。其中，所述第一充电电压可以于与所述预设充电电压相同，当所述第一充电电压为所述备电电容额定的电压的70％时，所述第二充电电压可以为所述备电电容额定电压的90％。
根据易失性存储器数据存储量表现形式不同，所述阈值的表现形式也可以各不相同。
例如，当采用所述易失性存储器所缓存数据的数据量表示所述易失性存储器数据存储量时，所述第一阈值可以为第一预设数据量，所述第二阈值可以为第二预设数据量。具体来说，当所述缓存数据的数据量小于第一预设数据量时，充电控制模块可以采用预定充电电压为所述备电电容充电。而当所述缓存数据的数据量大于第二预设数据量时，则可以采用第二充电电压为所述备电电容充电。
又如，当采用所述易失性存储器的功耗表示所述易失性存储器数据存储量时，所述第一阈值可以为第一预设功耗，所述第二阈值可以为第二预设功耗。具体来说，当所述易失性存储器的功耗小于第一预设功耗时，充电控制模块可以采用预定充电电压为所述备电电容充电。而当所述易失性存储器的功耗大于第二预设功耗时，则可以采用第二充电电压为所述备电电容充电。
为避免频繁切换充电电压，充电控制模块可以在易失性存储器数据存储量低于第一阈值并且持续超过预定时长后，再采用预定充电电压为所述备电电容充电；同样的，充电控制模块也可以在易失性存储器数据存储量高于第一阈值并且持续超过预定时长后，再采用第二充电电压为所述备电电容充电。如果所述充电控制模块检测到所述易失性存储器数据存储量位于第一阈值与第二阈值之间，则可以不调整为所述备电电容进行充电的充电电压，或者根据所述易失性存储器数据存储量变化趋势调整为所述备电电容进行充电的充电电压。
根据所述易失性存储器数据存储量变化趋势调整所述备电电容进行充电的充电电压包括：当所述易失性存储器数据存储量由小于第一阈值变为位于第一阈值与第二阈值之间时，则采用第二充电电压为所述备电电容充电；当所述易失性存储器数据存储量由大于第一阈值变为位于第一阈值与第二阈值之间时，则采用预定充电电压为所述备电电容充电。
根据所述易失性存储器数据存储量变化趋势调整所述备电电容进行充电的充电电压，可以调整备电电容的充电量，进一步确保备电电容中的电量足够维持将易失性存储器中的数据写入到NANDFlash中，并且进一步降低备电电容的基本失效率。
以额定电压为25V的钽电容为例，预定充电电压可以为17.5V，第二充电电压可以为22.5V。在所述SSD上电之后，充电控制模块可以采用17.5V的预定充电电压为钽电容充电，然后开始检测SSD的功耗或所述易失性存储器所缓存数据的数据量。
当充电控制模块检测到所述易失性存储器的功耗小于9W，或者，所述缓存数据的数据量小于6Mbit，那么所述充电控制模块可以采用17.5V的电压为所述备电电容充电。
当充电控制模块检测到所述易失性存储器的功耗大于11W，或者，所述缓存数据的数据量大于11Mbit，那么所述充电控制模块可以采用22.5V的电压为所述备电电容充电。
当充电控制模块检测到所述易失性存储器的功耗在9W至11W之间，或者，所述缓存数据的数据量处于6Mbit至10Mbit之间时，所述充电控制模块可以继续采用17.5V或22.5V的电压为备电电容充电。进一步，当充电控制模块检测到所述易失性存储器的功耗从9W以下变化到9W至11W之间，或者，所述缓存数据的数据量从少于6Mbit变化到6Mbit至10Mbit之间时，则可以从采用17.5V的电压为所述备电电容充电，改为采用采用22.5V的电压为所述备电电容充电；或者，当充电控制模块检测到所述易失性存储器的功耗从11W以上变化到9W至11W之间，或者，所述缓存数据的数据量从多于10Mbit变化到6Mbit至10Mbit之间时，则可以从采用22.5V的电压为所述备电电容充电，改为采用17.5V的电压为所述备电电容充电。
在此需要说明的是，充电控制模块可以持续检测易失性存储器数据存储量，并且采用与所述易失性存储器数据存储量相对应的充电电压为备电电容充电，即在步骤301之后可以重复执行步骤302至步骤303直至SSD下电。
在此还需要说明的是，前述仅以三个区间为例对本发明进行说明，根据实际需要也可以划分更多或更少的区间，具体的实现方式可以参见前述，在此就不再赘述。
在本实施例中，检测固态硬盘易失性存储器数据存储量；采用与所述易失性存储器数据存储量相对应的充电电压为备电电容充电。由于易失性存储器数据存储量与SSD实际的备电需求正相关，因此采用本发明所提供的方法，根据SSD实际的备电需求动态调整备电电容备电的电量，可以在保证备电电容基本失效率的情况下，大大降低备电电容降额的幅度，提升单个备电电容备电的电量，减小为SSD备电所需备电电容的数量。
参加图4为本发明充电装置一个实施例的结构示意图。该实施例所述的充电装置可以设置在SSD中，用于执行图2所对应的充方法，控制SSD中备用电源的充电电压。
如图4所示，所述装置可以包括检测单元401、确定单元402及充电单元403。
其中，检测单元401，用于检测所述易失性存储器数据存储量，所述易失性存储器的数据存储量被预先划分为多个区间，每个区间对应一个充电电压；确定单元402，用于确定所检测的所述易失性存储器数据存储量所在的区间；充电单元403，用于采用与所述SSD的写性能相对应的充电电压为电容充电，其中，所述电容为所述SSD的备用电源。
当所述备电电容为额定电压25V的钽电容时，所述易失性存储器性能被预先划分为三个区间，第一区间为小于第一阈值，第二区间为大于所述第一阈值，小于第二阈值，第三区间为大于第二阈值，所述第一区间对应的充电电压为22.5V，所述第二区间对应的充电电压为22.5V或者17.5V，所述第三区间对应的充电电压为17.5V。
可选的，检测单元401，具体用于检测所述易失性存储器的功耗，或者，检测所述易失性存储器所缓存数据的数据量。
可选的，所述检测单元401，具体用于检测所述易失性存储器的功耗；或者，检测所述SSD中易失性存储器所缓存数据的数据量。
可选的，所述充电单元403，具体用于在所述易失性存储器的功耗小于第一预设功耗，或者，所述缓存数据的数据量小于第一预设数据量时，采用预定充电电压为所述备电电容充电。
可选的，所述充电单元403，具体用于在所述易失性存储器的功耗大于第二预设功耗，或者，所述缓存数据的数据量大于第二预设数据量时，采用第二充电电压为所述备电电容充电。
其中，当所述备电电容为额定电压为25V的钽备电电容时，所述预定充电电压为22.5V，所述第二充电电压为17.5V。
与本发明的充电方法及充电装置相对用，本发明还提供了一种SSD。
如图2所示，所述SSD包括备电电容201及充电控制模块202。
其中，所述备电电容201为所述SSD备用电源，通常可以为额定电压为25V的钽备电电容。
所述充电控制模块202，用于检测所述易失性存储器数据存储量；采用所述易失性存储器数据存储量所在的区间对应的充电电压为所述备电电容充电。具体来说，所述充电控制模块202可以检测所述易失性存储器数据存储量，所述易失性存储器的数据存储量被预先划分为多个区间，每个区间对应一个充电电压；确定所检测的所述易失性存储器数据存储量所在的区间；采用所述易失性存储器数据存储量所在的区间对应的充电电压为所述备电电容充电。
例如，在所述易失性存储器数据存储量低于第一阈值时，所述充电控制模块202可以采用预定充电电压为所述备电电容201充电；或者，在所述易失性存储器数据存储量高于第二阈值时，所述充电控制模块202可以采用第二充电电压为所述备电电容201充电；其中，所述第一阈值低于第二阈值，所述预定充电电压低于第二充电电压。当所述备电电容201为额定电压为25V的钽备电电容时，所述预定充电电压为22.5V，所述第二充电电压为17.5V。
可选的，所述充电控制模块202可以包括功耗检测模块。所述功耗检测模块可以为专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，简称ASIC)或固件，用于检测所述易失性存储器的功耗；或者，用于检测所述SSD中易失性存储器所缓存数据的数据量。当所述易失性存储器的功耗小于第一预设功耗，或者，所述缓存数据的数据量小于第一预设数据量时，所述充电控制模块202可以采用预定充电电压为所述备电电容201充电。当所述易失性存储器的功耗大于第二预设功耗，或者，所述缓存数据的数据量大于第二预设数据量时，所述充电控制模块202可以采用第二充电电压为所述备电电容201充电。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如只读存储器(ReadOnlyMemory，简称ROM)/随机存取存储器(RamdomAccessMemory，简称RAM)、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于装置实施例及SSD实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。

Claims (7)

1.一种充电方法，应用于固态硬盘，所述固态硬盘包括备电电容及易失性存储器，其特征在于，所述方法包括：
检测所述易失性存储器数据存储量，所述易失性存储器的数据存储量被预先划分为多个区间，每个区间对应一个充电电压；
确定所检测的所述易失性存储器数据存储量所在的区间；
采用所述易失性存储器数据存储量所在的区间对应的充电电压为所述备电电容充电。
2.如权利要求1所述的方法特征在于，所述检测所述易失性存储器数据存储量包括：
检测所述易失性存储器的功耗；
或者，检测所述易失性存储器所缓存数据的数据量。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当所述备电电容为额定电压25V的钽电容时，所述易失性存储器的数据存储量被预先划分为三个区间，第一区间为小于第一阈值，第二区间为大于所述第一阈值，小于第二阈值，第三区间为大于第二阈值，所述第一区间对应的充电电压为22.5V，所述第二区间对应的充电电压为22.5V或者17.5V，所述第三区间对应的充电电压为17.5V。
4.一种充电装置，其特征在于，包括：
检测单元，用于检测所述易失性存储器数据存储量，所述易失性存储器的数据存储量被预先划分为多个区间，每个区间对应一个充电电压；
确定单元，用于确定所检测的所述易失性存储器数据存储量所在的区间；
充电单元，用于采用与所述SSD的写性能相对应的充电电压为电容充电，其中，所述电容为所述SSD的备用电源。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，
检测单元，具体用于检测所述易失性存储器的功耗，或者，检测所述易失性存储器所缓存数据的数据量。
6.如权利要求4或5所述的装置，其特征在于，当所述备电电容为额定电压25V的钽电容时，所述易失性存储器性能被预先划分为三个区间，第一区间为小于第一阈值，第二区间为大于所述第一阈值，小于第二阈值，第三区间为大于第二阈值，所述第一区间对应的充电电压为22.5V，所述第二区间对应的充电电压为22.5V或者17.5V，所述第三区间对应的充电电压为17.5V。
7.一种固态硬盘SSD，其特征在于包括充电控制模块、备电电容及易失性存储器，
其中，所述备电电容为所述SSD的备用电源；
所述充电控制模块，用于检测所述易失性存储器数据存储量，所述易失性存储器的数据存储量被预先划分为多个区间，每个区间对应一个充电电压；确定所检测的所述易失性存储器数据存储量所在的区间；采用所述易失性存储器数据存储量所在的区间对应的充电电压为所述备电电容充电。
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