CN106294217A - 一种ssd系统及其掉电保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SSD系统及其掉电保护方法，包括：专用集成电路，非易失性存储器以及电源；其中，非易失性存储器与专用集成电路相连，用于在系统正常运行时对数据进行缓存，以使在系统掉电后再次上电时数据未丢失；电源用于在掉电后，利用主电源上残留的电量保证系统的主机操作命令执行完成。本申请将企业级SSD中通常当作Cache的DRAM替换为非易失性存储介质，从而在系统出现异常掉电的情况时，不需要切换到备电电路用大容量电容来进行供电，保证Cache刷新到NAND中，只需要在短时间内让HOST完成相应的操作即可。不仅节约了系统的成本，还可以提高系统的可靠性。

Description

一种SSD系统及其掉电保护方法

技术领域

本发明涉及存储技术领域，特别是涉及一种SSD系统及其掉电保护方法。

背景技术

在进行企业级SSD的设计时，市面上所有的企业级SSD一般均采用DRAM作为Cache，并且都会在系统设计时考虑掉电保护机制，使系统在异常掉电时，迅速切换到电容供电，使DRAM中的Cache刷新到NAND中，保证数据没有异常丢失，提供系统的可靠性。而掉电保护设计中，Cache刷新到NAND的数据大小决定了电容容值，通常为了增加电容的供电时间，要么多加几个电容，要么是改变电压；上述两者均会增加系统设计成本；而电容的充放电次数是有限制的，充放电到一定次数，电容的寿命就截止了，此时如果NAND的寿命还未截止，那么再遇到系统异常掉电，电容的容量有可能无法支撑Cache刷新到NAND所需的时间，因而会导致数据丢失等情况的发生，系统的可靠性大大降低。

鉴于此，从提高系统可靠性以及节约成本的方面出发，如何提供一种SSD系统及其掉电保护方法是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种SSD系统及其掉电保护方法，以解决现有SSD系统成本较高、可靠性较差的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种SSD系统，包括：

专用集成电路，非易失性存储器以及电源；

其中，所述非易失性存储器与所述专用集成电路相连，用于在系统正常运行时对数据进行缓存，以使在系统掉电后再次上电时数据未丢失；

所述电源用于在掉电后，利用主电源上残留的电量保证系统的主机操作命令执行完成。

可选地，所述非易失性存储器还用于存储固件，当SSD系统上电后，所述固件从所述非易失性存储器中读取到所述专用集成电路的处理器进行执行。

可选地，所述非易失性存储器分为两个区，一部分用于存储所述固件，一部分用于存储缓存数据。

可选地，包括：

所述非易失性存储器的接口和电气特性与动态随机存取存储器一致。

可选地，还包括：

与所述专用集成电路相连的NAND阵列，用于写入所述缓存数据。

可选地，还包括：与所述专用集成电路相连的具有PCIe接口的连接器。

本发明还提供了一种SSD系统掉电保护方法，包括：

当系统正常运行时，通过非易失性存储器对系统数据进行缓存；

当监测到所述系统掉电后，将掉电信息提交至专用集成电路；

所述专用集成电路利用电源残留的电量，以保证所述系统主机操作命令执行完成。

本发明所提供的SSD系统及其掉电保护方法，包括：专用集成电路，非易失性存储器以及电源；其中，非易失性存储器与专用集成电路相连，用于在系统正常运行时对数据进行缓存，以使在系统掉电后再次上电时数据未丢失；电源用于在掉电后，利用主电源上残留的电量保证系统的主机操作命令执行完成。本申请将企业级SSD中通常当作Cache的DRAM替换为非易失性存储介质，从而在系统出现异常掉电的情况时，不需要切换到备电电路用大容量电容来进行供电，保证Cache刷新到NAND中，只需要在短时间内让HOST完成相应的操作即可。不仅节约了系统的成本，还可以提高系统的可靠性。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的SSD系统的一种具体实施方式的结构框图；

图2为现有技术中SSD系统的拓扑图；

图3为本发明实施例所提供的拓扑图；

图4为本发明实施例提供的SSD系统掉电保护方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所提供的SSD系统的一种具体实施方式的结构框图如图1所示，该系统包括：

专用集成电路1，非易失性存储器2以及电源3；

其中，所述非易失性存储器2与所述专用集成电路1相连，用于在系统正常运行时对数据进行缓存，以使在系统掉电后再次上电时数据未丢失；

所述电源3用于在掉电后，利用主电源上残留的电量保证系统的主机操作命令执行完成。

本发明所提供的SSD系统，包括：专用集成电路，非易失性存储器以及电源；其中，非易失性存储器与专用集成电路相连，用于在系统正常运行时对数据进行缓存，以使在系统掉电后再次上电时数据未丢失；电源用于在掉电后，利用主电源上残留的电量保证系统的主机操作命令执行完成。本申请将企业级SSD中通常当作Cache的DRAM替换为非易失性存储介质，从而在系统出现异常掉电的情况时，不需要切换到备电电路用大容量电容来进行供电，保证Cache刷新到NAND中，只需要在短时间内让HOST完成相应的操作即可。不仅节约了系统的成本，还可以提高系统的可靠性。

需要指出的是，传统保证系统工作的供电电路包括给整个SSD系统供电的电路和备电电路，而本申请通过用非易失性存储器NVM来替代DRAM，在设计中可以去掉备电电路了。

采用新型非易失存储介质代替SSD中的DRAM来做Cache，由于其非易失性、、同等封装容量大的特性，可以保证SSD的异常掉电过程中，不需要将Cache中的元数据刷新到NAND中进行保护，只需要保证HOST中的命令执行完成。

在上述实施例的基础上，本发明所提供的SSD系统中，所述非易失性存储器还用于存储固件，当SSD系统上电后，所述固件从所述非易失性存储器中读取到所述专用集成电路的处理器进行执行。

其中，非易失性存储器分为两个区，一部分用于存储所述固件，一部分用于存储缓存数据。

需要指出的是，本实施例中非易失性存储器的接口和电气特性与动态随机存取存储器一致。

作为一种具体实施方式，本发明还可以进一步包括：

与所述专用集成电路相连的NAND阵列，用于写入所述缓存数据；以及与所述专用集成电路相连的具有PCIe接口的连接器。

把DRAM用非易失性存储介质来替换，由于接口和电气特性同原来一致，虽然非易失存储介质的传输延时比DRAM要高，但在同等封装情况下，其容量较DRAM会增大很多倍；而通过这种替换，可以摒弃传统的设计思路，在系统异常掉电过程中，不需要担心DRAM中的Cache由于掉电丢失，因为替换DRAM的是非易失性的存储介质，在系统掉电后再次上电时，数据没有丢失。

将企业级SSD中的DRAM替换成非易失的存储介质，保证系统掉电后，存在Cache中的元数据再次上电时不会丢失，使得板卡的掉电保护电路设计变得简单。

如图2现有技术中SSD系统的拓扑图所示，SSD系统一般包括一块主板，其中主板上包括：处理器，内存，SPI Flash，Nand Flash，电源和时钟等。

在传统设计中，一般是将板卡的固件固化在SPI Flash中，当板卡上电后，固件从SPI Flash中读取到CPU然后在DRAM中进行执行，由于DRAM是易失性存储介质，出现异常掉电时，如果系统设计中没有做掉电保护机制，那么在DRAM中未执行完的数据在再次上电时均丢失。

如图3本发明实施例所提供的拓扑图所示，将系统框图中的DRAM和SPI Flash可以用新型非易失性存储来替换，将其分区，其中一部分用来存储固件，其余部门在系统正常运行时当Cache，这样可以省掉一个用于存放固件的Flash。

此外，现有技术中为防止系统异常掉电时，需要有备电电路，备电电路一般会包括大容量的铝电解电容，传统设计中，当主电源掉电后，会通过电源管理芯片上报一个中断给ASIC，触发掉电保护流程，利用备电电路提供的电量，迅速将DRAM中的数据刷新到NAND中，保证数据没有丢失，再次上电时，系统能正常工作。而本申请采用非易失存储介质后，系统在掉电时，只要上报给ASIC后，利用主电源残留的电量可以保证系统不会出现异常情况，再次上电重启时，系统可以继续正常工作。

本发明实施例使得电源管理设计工作大大简化，主电源上的电容足以保证系统异常掉电HOST操作完成，因而可以省去备电电路，这样带来的好处是可以节省成本，还可以节省板卡面积，增加了系统的可靠性。

此外，本发明还提供了一种SSD系统掉电保护方法，图4为本发明实施例提供的SSD系统掉电保护方法的流程图，参照图4本发明所提供的SSD系统掉电保护方法可以包括：

步骤S101：当系统正常运行时，通过非易失性存储器对系统数据进行缓存；

步骤S102：当监测到所述系统掉电后，将掉电信息提交至专用集成电路；

步骤S103：所述专用集成电路利用电源残留的电量，以保证所述系统主机操作命令执行完成。

本发明所提供的SSD系统掉电保护方法，使用新型非易失存储介质代替传统的DRAM，可以在相同面积情况下得到更大容量的Cache，除此之外还可以省掉存放固件的SPIFlash；掉电保护过程时间极短，不需要额外再加大容量的铝电解电容或者超级电容；从而能降低了单板成本，并使CAD设计变得更加简单。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的SSD系统及其掉电保护方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种SSD系统，其特征在于，包括：

专用集成电路，非易失性存储器以及电源；

其中，所述非易失性存储器与所述专用集成电路相连，用于在系统正常运行时对数据进行缓存，以使在系统掉电后再次上电时数据未丢失；

所述电源用于在掉电后，利用主电源上残留的电量保证系统的主机操作命令执行完成。

2.如权利要求1所述的SSD系统，其特征在于，所述非易失性存储器还用于存储固件，当SSD系统上电后，所述固件从所述非易失性存储器中读取到所述专用集成电路的处理器进行执行。

3.如权利要求2所述的SSD系统，其特征在于，所述非易失性存储器分为两个区，一部分用于存储所述固件，一部分用于存储缓存数据。

4.如权利要求3所述的SSD系统，其特征在于，包括：

所述非易失性存储器的接口和电气特性与动态随机存取存储器一致。

5.如权利要求4所述的SSD系统，其特征在于，还包括：

与所述专用集成电路相连的NAND阵列，用于写入所述缓存数据。

6.如权利要求1至5任一项所述的SSD系统，其特征在于，还包括：与所述专用集成电路相连的具有PCIe接口的连接器。

7.一种SSD系统掉电保护方法，其特征在于，包括：

当系统正常运行时，通过非易失性存储器对系统数据进行缓存；

当监测到所述系统掉电后，将掉电信息提交至专用集成电路；

所述专用集成电路利用电源残留的电量，以保证所述系统主机操作命令执行完成。