CN106201327A - 具有固态储存装置的系统及其相关控制方法 - Google Patents

Abstract

一种具有固态储存装置的系统及其相关控制方法。此系统包括：一主机，该主机中具有一主机存储器，且该主机安装一驱动程序；一外部总线，连接至该主机，且该外部总线支持一通信协议；以及一储存装置，该储存装置中具有一控制电路连接至该外部总线，以及一非挥发性存储器经由一内部总线连接至该控制电路；其中，该储存装置根据该通信协议发出一要求至该主机，用以在该主机存储器中划分出一保留空间；该储存装置将一装置信息储存于该保留空间内；以及，当该主机针对储存装置发出一第一指令时，该驱动程序根据该装置信息将该第一指令改为一第二指令后传送至该储存装置。

Description

具有固态储存装置的系统及其相关控制方法

技术领域

本发明是有关于一种系统及其相关控制方法，且特别是有关于一种具有固态储存装置(Solid State Drive，SSD)的系统及其相关控制方法。

背景技术

众所周知，固态储存装置(Solid State Drive，SSD)使用非挥发性存储器(non-volatile memory)为主要储存元件。也就是说，当资料写入非挥发性存储器后，一旦系统电源关闭，资料仍保存在固态储存装置中。

请参照图1，其所绘示为已知具有固态储存装置的系统的示意图。此系统100包含一固态储存装置10用以储存资料，及一主机(host)12与固态储存装置10连接。固态储存装置10中包括一控制电路101、高速缓存(cache memory)107与一非挥发性存储器105。而在固态储存装置10外部，控制电路101通过一外部总线20与主机(host)12之间进行指令与资料的传递。其中，外部总线20可为USB总线、SATA汇流或PCIe总线等等。再者，高速缓存107可为挥发性存储器，例如为DRAM，其储存空间可为4Mbyte或者8Mbyte。

基本上，高速缓存107可作为资料缓冲器(data buffer)，用来暂存主机12输入的写入资料(write data)或者暂存由非挥发性存储器105输出的读取资料(read data)。换句话说，当主机12欲将写入资料储存至非挥发性存储器105时，控制电路101会先将由外部总线20接收到的写入资料暂存至高速缓存107。之后，控制电路101再由高速缓存107将写入资料储存至非挥发性存储器105。同理，当主机12欲读取非挥发性存储器105中的读取资料时，控制电路101会先将由非挥发性存储器105读出的读取资料暂存至高速缓存107。之后，控制电路101再由高速缓存107将读取资料输出至主机12。

而高速缓存107的另一个用途是用来储存闪存转换层对应表(flashtranslation layer table，FTL table，以下简称FTL表)。在固态储存装置10中，控制电路101利用FTL表可快速地存取非挥发性存储器105中的资料，以下详细说明FTL表的用途。

众所周知，主机12端是利用逻辑区块地址(Logical Block Address，以下简称LBA)来定义固态储存装置10中的资料地址。而在非挥发性存储器105端则利用实体配置地址(Physical Allocation Address，以下简称PAA)来定义非挥发性存储器105中的资料地址。因此，在固态储存装置10中需要有一FTL表来进行资料地址的映像(mapping)，而FTL表即储存于高速缓存107中。

举例来说，每当控制电路101接收到主机12发出的写入指令或读取指令时，其皆会伴随着LBA，以表示所欲读取或写入的资料地址。而控制电路101在接收到LBA后，需要利用FTL表来映像(mapping)出PAA。换言之，控制电路101利用FTL表将LAB转换为PAA，以得出在非挥发性存储器105中所欲读取或写入的PAA，并由此将写入资料储存于非挥发性存储器105中的PAA或由非挥发性存储器105中的PAA取出读取资料。

一般来说，当固态储存装置10在电源正常供应时，FTL表会被储存在高速缓存107中，以便于快速读取、储存及更新对应的PAA。而当固态储存装置10的供电即将停止之前，控制电路101会将FTL表写入非挥发性存储器105中。而在停止供电后，储存在高速缓存107中的FTL表将会消失。

由于在停止供电之前，FTL表已经储存于非挥发性存储器中，因此当固态储存装置10再次接收电源启动时，控制电路101会先将非挥发性存储器105中的FTL表再次储存至高速缓存107中。之后，固态储存装置10才可以正常动作。

然而，在现有的系统架构中，如何进一步简化固态储存装置10的配置以降低成本，为本领域技术人员所欲解决的课题之一。

发明内容

本发明有关于一种系统，包括：一主机，该主机中具有一主机存储器，且该主机安装一驱动程序；一外部总线，连接至该主机，且该外部总线支持一通信协议；以及一储存装置，该储存装置中具有一控制电路连接至该外部总线，以及一非挥发性存储器经由一内部总线连接至该控制电路；其中，该储存装置根据该通信协议发出一要求至该主机，用以在该主机存储器中划分出一保留空间；该储存装置将一装置信息储存于该保留空间内；以及，当该主机针对该储存装置发出一第一指令时，该驱动程序根据该装置信息将该第一指令改为一第二指令后传送至该储存装置。

本发明有关于一种系统中一主机的控制方法，该系统中一储存装置经由一外部总线连接至该主机，该控制方法包括下列步骤：根据该外部总线所支持的一通信协议接收该储存装置发出的一要求，用以在该主机的一主机存储器中划分出一保留空间；接收该储存装置输出的一装置信息，并储存于该保留空间内；以及当针对该储存装置发出一第一指令时，该主机中的一驱动程序根据该装置信息将该第一指令改为一第二指令后传送至该储存装置。

本发明有关于一种系统中一储存装置的控制方法，该系统中一主机经由一外部总线连接至该储存装置，该控制方法包括下列步骤：根据该外部总线所支持的一通信协议发出一要求至该主机，用以在该主机的一主机存储器中划分出一保留空间；将一装置信息储存于该主机存储器的该保留空间内；以及当该主机中的一驱动程序根据该装置信息将一第一指令转换为一第二指令后，该储存装置接收该第二指令。

附图说明

为了对本发明上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下，其中：

图1所绘示为已知具有固态储存装置的系统的示意图。

图2所绘示为本发明的系统的第一实施例。

图3所绘示为运用于第一实施例系统的控制方法流程图。

图4A所绘示为本发明的系统的第二实施例。

图4B所绘示为驱动程序进行指令转换的流程示意图。

图5所绘示为运用于第二实施例系统的控制方法流程图。

图6所绘示为运用于第二实施例系统的主机的控制方法流程图。

图7所绘示为运用于第二实施例系统的固态储存装置的控制方法流程图。

具体实施方式

本发明提出一种具有固态储存装置的系统及其相关控制方法。为了有效地降低固态储存装置的成本，本发明提出省略固态储存装置中的高速缓存，并通过本发明提出的控制方法搭配主机中的主机存储器使固态储存装置执行运作。详细说明如下。

请参照图2，其所绘示为本发明的系统的第一实施例。此系统200包括一主机220与一固态储存装置210，主机220与固态储存装置210之间通过一外部总线250相互连接。其中，主机220可为计算机主机，外部总线可为SATA汇流或PCIe总线。

再者，固态储存装置210中包括一控制电路212与一非挥发性存储器214，控制电路212与非挥发性存储器214之间通过一内部总线216相互连接。其中，控制电路212通过该外部总线250与主机220之间进行指令与资料的传递。

根据本发明的实施例，外部总线250可支持一特定通信协议(specificprotocol)，此特定通信协议允许固态储存装置210发起一要求(request)，用以在主机220的主机存储器230中划分出(create)一保留空间(reserved space)232。再者，固态储存装置210可通过特定通信协议直接对主机存储器230中的保留空间232进行控制。其中，外部总线250可为例如SATA总线或者PCIe总线；且该特定通信协议可为一进阶主机控制器接口(advanced host controller interface，简称AHCI)协议或者非挥发性存储器高速(non-volatile memory express，简称NVMe)协定。

换句话说，固态储存装置210中的控制电路212可通过外部总线250所支持的特定通信协议向主机220提出要求，用以在主机220的主机存储器230中划分出一保留空间232以供固态储存装置210使用，并供控制电路212进行存取。

再者，当固态储存装置210取得保留空间232的使用权之后，控制电路212可将一装置信息(device information)储存至保留空间232，其中装置信息包含固态储存装置210执行运作时所需使用的信息，例如FTL表、垃圾搜集(garbage collection)更新表、储存区块(block)状态等信息。以FTL表为例，当控制电路212将FTL表储存于保留空间232之后，当控制电路212接收到主机220传来的读写指令时，控制电路212即可存取保留空间232中的FTL表，将读写指令中包含的LAB转换为PAA以对非挥发性存储器214进行资料读写运作。

请参照图3，其所绘示为运用于第一实施例系统的控制方法流程图。首先，固态储存装置210提出一要求，用以在主机220的主机存储器230中划分出一保留空间232(步骤S310)。接着，固态储存装置210将装置信息储存于主机存储器330中的保留空间232内(步骤S320)。接着，主机220发出一指令至固态储存装置210(步骤S330)。接着，固态储存装置210存取储存于保留空间232的装置信息以取得对应该指令的一执行信息(步骤S340)。接着，固态储存装置210根据取得的执行信息以执行该指令(步骤S350)。

根据本发明实施例，在步骤S310中，固态储存装置210的控制电路212可通过外部总线250所支持的特定通信协议向主机220提出一要求，用以要求主机220在主机存储器230中划分出一保留空间232。当主机220在主机存储器230中划分出保留空间232后，在步骤S320中，固态储存装置210的控制电路212可将执行运作时所需的装置信息，例如FTL表、垃圾搜集更新表、储存区块状态等信息传送至主机220，并储存于主机存储器330中的保留空间232内。为方便说明，以下以FTL表，且主机220发出一读写指令为例来进行说明。

当主机220根据要求在主机存储器230中划分出保留空间232后，在步骤S320中，固态储存装置210的控制电路212可将FTL表传送至主机220，并储存于主机存储器330中的保留空间232内。接着，在步骤S330中，主机220发出一读写指令至固态储存装置210。于本发明第一实施例的系统200中，主机220发出的读写指令会伴随着LBA以表示所欲读取或写入的资料地址。

当控制电路212接收到读写指令伴随的LBA后，在步骤S340中，控制电路250可通过外部总线250存取储存于保留空间232中的FTL表以获得LAA所映射的PAA。在此实施例中，固态储存装置210存取储存于保留空间232的装置信息所取得对应该指令的执行信息即为LAA所映像的PAA。当控制电路212获得PAA之后，在步骤S350中，固态储存装置210根据取得的PAA以执行该读写指令。具体而言，控制电路212根据PAA将写入资料储存于非挥发性存储器214中的对应地址或者由非挥发性存储器214中的对应地址取出读取资料。

根据上述实施例，固态储存装置可于主机存储器中要求一保留空间，并通过外部总线直接存取储存于保留空间内的信息，以在不影响固态储存装置运作的状况下，有效地省略固态储存装置中的高速缓存以降低成本。在第一实施例的系统中，虽然固态储存装置可通过外部总线直接存取储存于保留空间内的信息，但为了减少资料传输流程以进一步提高系统的效能，本发明更提出另一实施例。

在本发明的第二实施例中，主机又包含一驱动程序，用以存取主机存储器中的保留空间，并可进行指令转换。请参照图4A，其所绘示为本发明的系统的第二实施例。此系统300包括一主机320与一固态储存装置310，主机320与固态储存装置310之间通过一外部总线350相互连接。再者，固态储存装置310中包括一控制电路312与一非挥发性存储器314，控制电路312与非挥发性存储器314之间通过一内部总线316相互连接。其中，控制电路312通过该外部总线350与主机320之间进行指令与资料的传递。

再者，外部总线350可支持一特定通信协议，此特定通信协议允许固态储存装置310发起一要求，用以在主机320的主机存储器330中划分出一保留空间332。其中，外部总线350可为例如SATA总线或者PCIe总线；且该特定通信协议可为一AHCI协议或者MVMe协议。

在本发明的第二实施例中，主机320又具有一驱动程序334用以存取主机存储器330中的保留空间332，并可进行指令转换。在本发明实施例中，驱动程序334可预安装于主机320，或者驱动程序334可于固态储存装置310连接至主机320时，再安装于主机320。

在本实施例的系统300中，固态储存装置310中的控制电路312可通过外部总线350所支持的特定通信协议向主机320提出要求，用以在主机320的主机存储器330中划分出一保留空间332供固态储存装置310使用，并供控制电路312进行存取。

在本实施例中，当固态储存装置310取得保留空间332的使用权之后，控制电路312可将一装置信息储存至保留空间332，其中装置信息包含固态储存装置210执行运作时所需使用的信息，例如FTL表、垃圾搜集更新表、储存区块状态等信息。再者，当主机320欲向固态储存装置310发出指令时，驱动程序334可存取保留空间332中的装置信息，以取得对应该指令的一执行信息并将执行信息置入该指令而产生新指令，之后再将新指令传送至固态储存装置310。

以FTL表，且主机320发出一读写指令为例。于控制电路312将FTL表储存于保留空间332之后，当主机320发出一读取指令时，驱动程序334可存取保留空间332中的FTL表，并根据读写指令中包含的LAB得出映射的PAA。此PAA即为本实施例中对应该指令的一执行信息。接着，驱动程序334将映射的PAA置入读取指令，并产生新读取指令传送至固态储存装置310。接着，当控制电路312接收到主机320传来的新读写指令时，控制电路312即可直接由新读写指令中取得映像的PAA以对非挥发性存储器314执行资料读写运作，而无须再存取储存于保留空间332的FTL表以进行地址映像。

请参照图4B，其所绘示为驱动程序334进行指令转换的流程示意图。以AHCI协议为例，每个指令长度为5个双字符(double word)DW0-DW4，亦即5×32bytes，而最后一个双字符DW4是作为保留用途的双字符。在本发明实施例中，驱动程序334将由保留空间332中的装置信息所取得的执行信息VD置入保留用途的双字符DW4中以产生新指令。

根据本发明的第二实施例，当主机320内的操作系统(operatingsystem)针对固态储存装置310发出第一指令时，驱动程序334会先根据第一指令存取保留空间332中的装置信息，并取得对应第一指令的一执行信息VD，因而第一指令不会被直接传递至固态储存装置310。

以FTL表为例，驱动程序334会撷取第一指令中所伴随的LBA，并存取保留空间332中的FTL表以取得对应第一指令的PAA，即执行信息VD。之后，驱动程序334将执行信息VD置入第一指令中的保留双字符DW4中而成为第二指令，并将第二指令传至控制电路312。在上述FTL表的例子中，驱动程序334将PAA信息置入第一指令中的保留双字符DW4中而成为第二指令。

在本发明实施例中，第二指令包含第一指令的信息以及一执行信息VD。以AHCI协定为例，请参阅第4B图，第二指令中的双字符DW0～DW3的内容与第一指令中的双字符DW0～DW3的内容相同，而第二指令中的双字符DW4的内容则被置入一执行信息VD。

再者，当控制电路312接收到第二指令之后，由于第二指令中具有执行信息VD，因此，控制电路312即可直接由第二指令中取得执行信息VD，并根据执行信息VD执行指令。以FTL表为例，控制电路312可直接由第二指令中取得PAA信息，并根据PAA信息直接执行读写指令，以将写入资料储存于非挥发性存储器314或者由非挥发性存储器314中取出读取资料。

根据上述，第二实施例的系统300通过安装于主机320的驱动程序334来存取主机存储器330中的保留空间332，可有效减少固态储存装置310通过外部总线350存取主机320的频率，进而提高系统300的效能。

请参照图5，其所绘示为运用于第二实施例系统的控制方法流程图。首先，固态储存装置310提出要求，用以在主机320的主机存储器330中划分出一保留空间332(步骤S410)。接着，固态储存装置310将装置信息储存于主机存储器330中的保留空间332内(步骤S420)。接着，主机320针对固态储存装置310发出一第一指令(步骤S430)。接着，主机320中的驱动程序334根据第一指令存取保留空间332中的装置信息，并取得对应第一指令的一执行信息(步骤S440)。接着，主机320中的驱动程序334将执行信息置入第一指令以产生一第二指令(步骤S450)。接着，驱动程序334将第二指令传送至固态储存装置310(步骤S460)。接着，固态储存装置310由第二指令取得执行信息，并直接执行第二指令(步骤S470)。相关步骤的实施细节已于前述说明，因此不再赘述。

如图4B所示，该第一指令中包括复数个双字符，且至少有一个保留双字符。且驱动程序334将执行信息VD置入该第一指令中的保留双字符而成为该第二指令。其中，该第二指令包含该第一指令以及该执行信息VD。

在一实施例中，第一指令可为一读取指令，且读取指令中包括一LBA，而第二指令中包括上述读取指令及一执行信息。其中，驱动程序334通过存取储存于保留空间中的FTL表将LBA转换为PAA。再者，上述执行信息包含PAA。

请参照图6，其所绘示为运用于第二实施例系统的主机的控制方法流程图。在第二实施例的系统300中，主机320根据外部总线350所支持的一特定通信协议接收固态储存装置310发出的一要求，用以在该主机320的一主机存储器330中划分出一保留空间332(步骤S610)；接收固态储存装置310输出的一装置信息，并储存于保留空间332内(步骤S620)；以及当主机320针对固态储存装置310发出第一指令时，主机320中的一驱动程序334根据装置信息将第一指令改为一第二指令后传送至固态储存装置310(步骤S630)。相关步骤的实施细节已于前述说明，因此不再赘述。

请参照图7，其所绘示为运用于第二实施例系统的储存装置的控制方法流程图。在第二实施例的系统300中，固态储存装置310根据外部总线350所支持的一特定通信协议发出一要求至该主机320，用以在该主机320的一主机存储器330中划分出一保留空间332(步骤S710)；该固态储存装置310将一装置信息储存于该主机存储器330的该保留空间332内(步骤S720)；当该主机320中的一驱动程序根据该装置信息将一第一指令转换为一第二指令后，该固态储存装置310接收该第二指令(步骤S730)；以及固态储存装置310由该第二指令取得一执行信息，并根据该执行信息执行该第二指令(步骤S740)。相关步骤的实施细节已于前述说明，因此不再赘述。

在本发明实施例中，上述第二指令中的执行信息VD并不限定于PAA而已。主机320中的驱动程序334也可以根据装置信息中的指示来计算主机320与固态储存装置310之间的每秒的输出入运算(input/outputoperation per second，简称IOPS)。而驱动程序334计算出IOPS的参数之后，也可以配置于执行信息VD中，并且随着第二指令，传递至固态储存装置310。

综上所述，本发明提出一种具有固态储存装置的系统及其相关控制方法。本系统可以有效地降低固态储存装置的成本，且于固态储存装置中省略高速缓存。并且，搭配主机中的控制方式使得固态储存装置可维持较佳的读写效率。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后附的权利要求范围所界定的为准。

Claims (17)

1.一种系统，包括：

一主机，该主机中具有一主机存储器，且该主机安装一驱动程序；

一外部总线，连接至该主机，且该外部总线支持一通信协议；以及

一储存装置，该储存装置中具有一控制电路连接至该外部总线，以及一非挥发性存储器经由一内部总线连接至该控制电路；

其中，该储存装置根据该通信协议发出一要求至该主机，用以在该主机存储器中划分出一保留空间；该储存装置将一装置信息储存于该保留空间内；以及，当该主机针对该储存装置发出一第一指令时，该驱动程序根据该装置信息将该第一指令改为一第二指令后传送至该储存装置。

2.如权利要求1所述的系统，其中该驱动程序存取该保留空间中的该装置信息以取得一执行信息，且该驱动程序将该执行信息置入该第一指令而产生该第二指令。

3.如权利要求1所述的系统，其中该第二指令包括该第一指令及一执行信息，其中该执行信息由该驱动程序存取该保留空间中的该装置信息而取得。

4.如权利要求1所述的系统，其中该外部总线为一SATA总线或者一PCIe总线，且该通信协议为一进阶主机控制器接口协议或者一非挥发性存储器高速协议。

5.如权利要求1所述的系统，其中该装置信息包括一闪存转换层对应表、一垃圾搜集更新表或一储存区块状态。

6.如权利要求1所述的系统，其中该第一指令中包括复数个双字符，且至少包括一保留双字符，以及该驱动程序将一执行信息置入该第一指令中的该保留双字符而成为该第二指令。

7.如权利要求6所述的系统，其中该第一指令中包括一逻辑区块地址，且该执行信息包括一实体配置地址，且该驱动程序根据一闪存转换层对应表将该逻辑区块地址转换为该实体配置地址，其中该闪存转换层对应表储存于该该主机存储器的该保留空间。

8.一种系统中一主机的控制方法，该系统中一储存装置经由一外部总线连接至该主机，该控制方法包括下列步骤：

根据该外部总线所支持的一通信协议接收该储存装置发出的一要求，用以在该主机的一主机存储器中划分出一保留空间；

接收该储存装置输出的一装置信息，并储存于该保留空间内；以及

当针对该储存装置发出一第一指令时，该主机中的一驱动程序根据该装置信息将该第一指令改为一第二指令后传送至该储存装置。

9.如权利要求8所述的系统中一主机的控制方法，其中该驱动程序存取该保留空间中的该装置信息以取得一执行信息，且该驱动程序将该执行信息置入该第一指令而产生该第二指令。

10.如权利要求8所述的系统中一主机的控制方法，其中该第二指令包括该第一指令及一执行信息，其中该执行信息由该驱动程序存取该保留空间中的该装置信息而取得。

11.如权利要求8所述的系统中一主机的控制方法，其中该外部总线为一SATA总线或者一PCIe总线，且该通信协议为一进阶主机控制器接口协议或者一非挥发性存储器高速协议。

12.如权利要求8所述的系统中一主机的控制方法，其中该装置信息包括一闪存转换层对应表、一垃圾搜集更新表或一储存区块状态。

13.一种系统中一储存装置的控制方法，该系统中一主机经由一外部总线连接至该储存装置，该控制方法包括下列步骤：

根据该外部总线所支持的一通信协议发出一要求至该主机，用以在该主机的一主机存储器中划分出一保留空间；

将一装置信息储存于该主机存储器的该保留空间内；以及

当该主机中的一驱动程序根据该装置信息将一第一指令转换为一第二指令后，该储存装置接收该第二指令。

14.如权利要求13所述的系统中一储存装置的控制方法，其中该储存装置由该第二指令取得一执行信息，并根据该执行信息执行该第二指令。

15.如权利要求13所述的系统中一储存装置的控制方法，其中该第二指令包括该第一指令及一执行信息，其中该执行信息是由该驱动程序存取该保留空间中的该装置信息而取得。

16.如权利要求13所述的系统中一储存装置的控制方法，其中该外部总线为一SATA总线或者一PCIe总线，且该通信协议为一进阶主机控制器接口协议或者一非挥发性存储器高速协议。

17.如权利要求13所述的系统中一储存装置的控制方法，其中该装置信息包括一闪存转换层对应表、一垃圾搜集更新表或一储存区块状态。