CN106484629A - 一种感知制程变异的三维闪存读写控制方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种感知制程变异的三维闪存读写控制方法，包括：分配步骤：在空间上对物理块进行非线性分配；预测步骤：在写入的过程中通过临近相似性来对未曾被写入的物理块状态进行预测，计算预测值，并将该物理块加入相应的预测表中；记录步骤：在物理块被擦除回收后，把回收的物理块加入到相应的块状态记录表中；寻找步骤：按照所述记录表和所述预测表中的顺序给重要数据优先寻找可用的物理块。本发明还提供一种感知制程变异的三维闪存读写控制系统。本发明提供的技术方案能按照数据的重要性分配不同的块，通过实时更新预测值的方法增强了预测的准确性。

Description

一种感知制程变异的三维闪存读写控制方法及其系统

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种感知制程变异的三维闪存读写控制方法及其系统。

背景技术

目前，在芯片的生产制造过程中由于生产技术的限制、设备精密度、原材料差异以及其他外界因素的影响，不可避免的会发生制程变异，由此造成某些块从生产出来就是质量不好的块，进而影响产品的良率。

由于来自上层操作系统的数据具有不同的重要性，有的数据十分重要，有的数据重要性次之，因此希望把重要数据存储到3D闪存中的时候尽可能地存放在错误率少质量较高的块，通过这种方式来降低这些重要数据在存储过程中的错误率，降低制程变异带来的影响。

此问题主要涉及3D闪存管理技术中以下四个方面：

(1)、物理块的分配方式。当前的物理块的分配方式是按照物理地址，将空闲块从小到大依次分配给来自上层操作系统的数据，直到分配完最后一块，再重新从首地址开始扫描擦除回收后的可用块。这样分配的优点是分配方式简单，易于管理可用块，缺点是分配给重要数据的块的状态不能确定，如果分配的块有很多坏块，那么重要数据的出错率就会很高。

(2)、缺少物理块状态的预测机制。由于制程变异，同一块芯片中块的质量不同，错误率高质量差的我们称之为“坏块”，错误率低质量好的我们称之为“好块”，但是，缺少“坏块”和“好快”的状态的预测机制。

(3)、缺少物理块状态的记录机制。当块被写入时，块的状态根据错误率可以判断，当该块被擦除回收的时候，该块的实际状态可以被记录下来从而有利于下次的分配，将重要数据分配到好块上从而降低重要数据的错误率。

(4)、缺少块的保护机制。

针对上述问题，目前尚无解决方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种感知制程变异的三维闪存读写控制方法及其系统，旨在解决现有技术中由于制程变异的影响带来重要数据在存储过程中的错误率居高不下的问题。

本发明提出一种感知制程变异的三维闪存读写控制方法，主要包括：

分配步骤：在空间上对物理块进行非线性分配；

预测步骤：在写入的过程中通过临近相似性来对未曾被写入的物理块状态进行预测，计算预测值，并将该物理块加入相应的预测表中；

记录步骤：在物理块被擦除回收后，把回收的物理块加入到相应的块状态记录表中；

寻找步骤：按照所述记录表和所述预测表中的顺序给重要数据优先寻找可用的物理块。

另一方面，本发明还提供一种感知制程变异的三维闪存读写控制系统，所述系统包括：

分配模块，用于在空间上对物理块进行非线性分配；

预测模块，用于在写入的过程中通过临近相似性来对未曾被写入的物理块状态进行预测，计算预测值，并将该物理块加入相应的预测表中；

记录模块，用于在物理块被擦除回收后，把回收的物理块加入到相应的块状态记录表中；

寻找模块，用于按照所述记录表和所述预测表中的顺序给重要数据优先寻找可用的物理块。

本发明提供的技术方案，通过利用块的临近相似性在写入块的同时计算该块周围未曾写入的块的预测状态值，并在写入的过程中动态更新预测值，然后将不同状态的块按照一定优先性分配给来自上层操作系统的数据。本发明提供的技术方案以计算未曾使用过的块的预测状态值为手段，来降低制程变异对重要数据的影响，以记录块的状态为手段，来增强对块的组织管理，进而从根本上解决了重要数据在存储过程中出错率高的问题。

附图说明

图1为本发明一实施方式中感知制程变异的三维闪存读写控制方法流程图；

图2为本发明一实施方式中分配块的方式流程图；

图3为本发明一实施方式中分配基本块的流程图；

图4为本发明一实施方式中分配替换块的流程图；

图5为本发明一实施方式中在写入块后预测周围块状态并加入预测表的流程图；

图6为本发明一实施方式中将擦除块加入记录表的流程图；

图7为本发明一实施方式中根据数据重要性寻找可用块的流程图；

图8为本发明一实施方式中一种空间的特定写入顺序示意图；

图9为本发明一实施方式中感知制程变异的三维闪存读写控制系统的结构示意图。

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。

以下将对本发明所提供的一种感知制程变异的三维闪存读写控制方法进行详细说明。

请参阅图1，为本发明一实施方式中感知制程变异的三维闪存读写控制方法流程图。

在步骤S1中，分配步骤：在空间上对物理块进行非线性分配；

在步骤S2中，预测步骤：在写入的过程中通过临近相似性来对未曾被写入的物理块状态进行预测，计算预测值，并将该物理块加入相应的预测表中；

在步骤S3中，记录步骤：在物理块被擦除回收后，把回收的物理块加入到相应的块状态记录表中；

在步骤S4中，寻找步骤：按照所述记录表和所述预测表中的顺序给重要数据优先寻找可用的物理块。

在本实施方式中，所述物理块的类型包括基本块和替换块，所述分配步骤如图2所示，具体包括：

设置逻辑页地址到逻辑块地址的映射，逻辑块地址到物理块地址的映射；

判断物理块中是否有基本块；

如果有基本块，则将数据写入相应的页位置；

如果没有基本块，则判断物理块中是否有替换块；

如果有替换块，则将数据写入相应的页位置；

如果没有替换块，则根据数据的重要性和块状态记录表以及预测表分配可用块，将有效数据复制到新块，擦除回收基本块和替换块，并分别加入不同块状态的记录表，同时返回上述步骤中继续判断是否有基本块。

在本实施方式中，所述分配步骤包括基本块分配子步骤，所述基本块分配子步骤如图3所示，具体包括：

设置逻辑块地址和偏移量；

判断基本块是否可用；

如果基本块可用，则判断对应的页是否可写；

如果对应的页可写，则将数据写入相应页中，如果对应的页不可写，则检测替换块是否有可用页；

如果基本块不可用，则根据预测表或记录表分配块，将数据写入相应页中。

在本实施方式中，所述分配步骤还包括替换块分配子步骤，所述替换块分配子步骤如图4所示，具体包括：

判断替换块是否可用；

如果替换块不可用，则根据预测表或记录表分配块，将数据写入相应页中；

如果替换块可用，则判断是否有可用页；

如果有可用页，则将数据写入相应页中；

如果没有可用页，则擦除回收基本块和替换块，并查看预测表和记录表是否有可用块，分配新块，并将数据复制到新块上面。

在本实施方式中，在写入块后预测周围块状态并加入预测表，其中，所述预测步骤如图5所示，具体包括：

在写入的过程中通过临近相似性来判断周围块是否被写过；

如果周围块没有被写过，则继续判断周围块是否被预测过；

如果周围块被预测过，则更新该块的预测值，如果预测值发生变化，则将该块变更到相应的预测表中；

如果周围块没有被预测过，则计算该块的预测值，并加入相应的预测表。

在本实施方式中，由于制程变异，同一块芯片中块的质量不同，错误率高质量差的我们称之为“坏块”，错误率低质量好的我们称之为“好块”，在记录步骤中，将擦除块加入记录表，如图6所示。

在本实施方式中，在寻找步骤中，根据数据重要性寻找可用块，如图7所示。

本发明在原技术的基础上，对原技术中缺少预测机制、缺少记录机制、缺少坏块的保护机制、空闲块的分配方式等四个方面进行改进。以下详细介绍这四个方面：

(1)、预测机制的具体策略。本发明按照一定的空间顺序分配块，在写入块的时候根据块的临近相似性预测周围块的状态，由于已写入的块的实际好坏状态已知，预测的具体方法是根据该块周围已写入的块的实际状态计算该块的预测值。

计算运用加权求平均的方法来计算预测状态值，state_i代表周围已写入的块的状态值，weight_i代表已写入块状态的权重，n代表周围已写入块的数目，state'代表未曾写入块的预测值。

块的质量根据错误率的不同分为几个等级，错误率越少质量越高，计算出该块的预测状态值后将该块加入到相应等级的预测表，某一等级的好块加入相应等级的好块预测表，某一等级的坏块加入相应等级的坏块预测表。块的分配顺序如图7，当有重要数据的需要分配块的时候，优先分配状态已知的好块，如果没有则分配状态预测为好块的块，在写入块的时候计算周围未被写入的块的状态预测值。当没有已知状态好块或者预测状态好块时，按照特定的空间顺序分配块，这种空间顺序能尽可能的保证在写入一块的同时预测周围的块，从而尽可能的最大程度的预测块状态。

(2)、记录机制的具体策略。如图2-4，上层操作系统有写请求的时候，按照“基本块”，“替换块”的顺序来查找可以写入的页。当两个块都没有可供写入的页的时候，则会分配一个新块并擦除回收两个旧块。擦除后块的状态值为已知，本发明根据块的状态值把该块加入到相应等级的块记录表，有利于已知状态块的管理。

(3)、坏块保护机制的具体策略。分配块的时候根据数据的重要性不同块分配的优先性不同，对于重要数据来说，好块优先分配，对于不重要数据来说，质量较差的块优先分配。在分配块的时候将这些质量最差的块的优先性降到最低，则大大降低了这些块的使用频率。从而预防该块完全坏掉。

(4)、改进后的空闲块分配方式的具体策略。原技术中空闲块的分配是按照顺序线性查找，忽略了重要数据对好块的需求，改进后的分配方式是按照记录表，预测表的顺序给重要数据优先分配已知为好块的块，预测为好块的块，如果没有则按照空间的特定顺序分配块。

在本实施方式中，一种空间的特定写入顺序如图8所示。

在本实施方式中，空间的特定顺序如下，将芯片看成一个长方体，层数记为level，每层的行数记为line，每行的块数记为block，建立一个空间坐标系，x,y,z轴分别是层数坐标，行数坐标，块数坐标，范围分别是0～level,0～line,0～block。每次将长方体空间分成8块，体积为原长方体的1/8，把长方体三个坐标同时最小的坐标记为原点坐标，这样不断地将长方体空间分成8个小长方体，每次将x,y,z折半，直到不能折半为止。每次将小长方体的原点坐标记录下来，如果该坐标被记录过则忽略不做任何处理，当长方体不能折半的时候所有的块的坐标都会被记录下来形成一个空间顺序作为分配块的顺序。

当长方体未被分割时坐标范围为(0,0,0)到(level,line,block),当第一次分割为八个长方体后，每个长方体的三个方向的范围的计算递推方程为：

level'＝level/2

line'＝line/2

block'＝block/2

经过n次可以把长方体分割为基本不可分割的块。

n＝log₂(block)

每次分割长方体三个方向的范围便折半，直到每一边都为1不可分割，边界条件为：

level'＝1

line'＝1

block'＝1

这种分配顺序的优点是能在写入一个块的同时预测周围的块，尽可能地预测更多的块。

本发明提供的一种感知制程变异的三维闪存读写控制方法，对于闪存中未使用的块通过预测状态值的方法来更合理的分配块，对于上层操作系统的重要数据分配好块来降低重要数据在初次存储的过程中的出错数。在写入的过程中计算未知状态块的预测状态值，并事实更新状态值以保证预测状态值接近实际状态值。

本发明提供的一种感知制程变异的三维闪存读写控制方法，对于闪存中已经被写入过，擦除回收的块并记录它的状态，按照不同的状态加入不同的状态记录表中，再下次分配时则按照数据重要性优先分配已知状态匹配的块。

本发明提供的一种感知制程变异的三维闪存读写控制方法，对于空闲块的分配方式方面，改变了原技术的顺序分配方式，采用一种能最大程度上尽可能多地预测块状态的空间顺序来分配可用块。这种分配方式在写入一块的同时对周围未曾写人过的块进行计算预测值，并且两次写入的块距离比较远，避免了数据写入集中块造成局部温度过高，在写入最少块的基础上最大化地预测最多的块。

以下将对本发明所提供的一种感知制程变异的三维闪存读写控制系统10进行详细说明。

请参阅图9，所示为本发明一实施方式中感知制程变异的三维闪存读写控制系统10的结构示意图。

在本实施方式中，感知制程变异的三维闪存读写控制系统10，主要包括分配模块11、预测模块12、记录模块13以及寻找模块14。

分配模块11，用于在空间上对物理块进行非线性分配。

预测模块12，用于在写入的过程中通过临近相似性来对未曾被写入的物理块状态进行预测，计算预测值，并将该物理块加入相应的预测表中。

记录模块13，用于在物理块被擦除回收后，把回收的物理块加入到相应的块状态记录表中。

寻找模块14，用于按照所述记录表和所述预测表中的顺序给重要数据优先寻找可用的物理块。

在本实施方式中，所述物理块的类型包括基本块和替换块，所述分配模块11具体用于：

设置逻辑页地址到逻辑块地址的映射，逻辑块地址到物理块地址的映射；

判断物理块中是否有基本块；

如果有基本块，则将数据写入相应的页位置；

如果没有基本块，则判断物理块中是否有替换块；

如果有替换块，则将数据写入相应的页位置；

如果没有替换块，则根据数据的重要性和块状态记录表以及预测表分配可用块，将有效数据复制到新块，擦除回收基本块和替换块，并分别加入不同块状态的记录表，同时返回上述步骤中继续判断是否有基本块。

在本实施方式中，所述分配模块11包括基本块分配子模块，所述基本块分配子模块用于：

设置逻辑块地址和偏移量；

判断基本块是否可用；

如果基本块可用，则判断对应的页是否可写；

如果对应的页可写，则将数据写入相应页中，如果对应的页不可写，则检测替换块是否有可用页；

如果基本块不可用，则根据预测表或记录表分配块，将数据写入相应页中。

在本实施方式中，所述分配模块11还包括替换块分配子模块，所述替换块分配子模块用于：

判断替换块是否可用；

如果替换块不可用，则根据预测表或记录表分配块，将数据写入相应页中；

如果替换块可用，则判断是否有可用页；

如果有可用页，则将数据写入相应页中；

如果没有可用页，则擦除回收基本块和替换块，并查看预测表和记录表是否有可用块，分配新块，并将数据复制到新块上面。

在本实施方式中，所述预测模块12具体用于：

在写入的过程中通过临近相似性来判断周围块是否被写过；

如果周围块没有被写过，则继续判断周围块是否被预测过；

如果周围块被预测过，则更新该块的预测值，如果预测值发生变化，则将该块变更到相应的预测表中；

如果周围块没有被预测过，则计算该块的预测值，并加入相应的预测表。

在本实施方式中，分配模块11中的分配方法如步骤S1中的相关记载所述，在此不重新描述。

在本实施方式中，预测模块12中的预测方法如步骤S2中的相关记载所述，在此不重新描述。

在本实施方式中，记录模块13中的记录方法如步骤S3中的相关记载所述，在此不重新描述。

在本实施方式中，寻找模块14中的寻找方法如步骤S4中的相关记载所述，在此不重新描述。

本发明提供的一种感知制程变异的三维闪存读写控制系统10，通过利用块的临近相似性在写入块的同时计算该块周围未曾写入的块的预测状态值，并在写入的过程中动态更新预测值，然后将不同状态的块按照一定优先性分配给来自上层操作系统的数据。本发明提供的技术方案以计算未曾使用过的块的预测状态值为手段，来降低制程变异对重要数据的影响，以记录块的状态为手段，来增强对块的组织管理，进而从根本上解决了重要数据在存储过程中出错率高的问题。

值得注意的是，上述实施例中，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 (10)

1.一种感知制程变异的三维闪存读写控制方法，其特征在于，所述方法包括：

分配步骤：在空间上对物理块进行非线性分配；

预测步骤：在写入的过程中通过临近相似性来对未曾被写入的物理块状态进行预测，计算预测值，并将该物理块加入相应的预测表中；

记录步骤：在物理块被擦除回收后，把回收的物理块加入到相应的块状态记录表中；

寻找步骤：按照所述记录表和所述预测表中的顺序给重要数据优先寻找可用的物理块。

2.如权利要求1所述的感知制程变异的三维闪存读写控制方法，其特征在于，所述物理块的类型包括基本块和替换块，所述分配步骤具体包括：

设置逻辑页地址到逻辑块地址的映射，逻辑块地址到物理块地址的映射；

判断物理块中是否有基本块；

如果有基本块，则将数据写入相应的页位置；

如果没有基本块，则判断物理块中是否有替换块；

如果有替换块，则将数据写入相应的页位置；

如果没有替换块，则根据数据的重要性和块状态记录表以及预测表分配可用块，将有效数据复制到新块，擦除回收基本块和替换块，并分别加入不同块状态的记录表，同时返回上述步骤中继续判断是否有基本块。

3.如权利要求2所述的感知制程变异的三维闪存读写控制方法，其特征在于，所述分配步骤包括基本块分配子步骤，所述基本块分配子步骤包括：

设置逻辑块地址和偏移量；

判断基本块是否可用；

如果基本块可用，则判断对应的页是否可写；

如果对应的页可写，则将数据写入相应页中，如果对应的页不可写，则检测替换块是否有可用页；

如果基本块不可用，则根据预测表或记录表分配块，将数据写入相应页中。

4.如权利要求3所述的感知制程变异的三维闪存读写控制方法，其特征在于，所述分配步骤还包括替换块分配子步骤，所述替换块分配子步骤包括：

判断替换块是否可用；

如果替换块不可用，则根据预测表或记录表分配块，将数据写入相应页中；

如果替换块可用，则判断是否有可用页；

如果有可用页，则将数据写入相应页中；

如果没有可用页，则擦除回收基本块和替换块，并查看预测表和记录表是否有可用块，分配新块，并将数据复制到新块上面。

5.如权利要求1所述的感知制程变异的三维闪存读写控制方法，其特征在于，所述预测步骤具体包括：

在写入的过程中通过临近相似性来判断周围块是否被写过；

如果周围块没有被写过，则继续判断周围块是否被预测过；

如果周围块被预测过，则更新该块的预测值，如果预测值发生变化，则将该块变更到相应的预测表中；

如果周围块没有被预测过，则计算该块的预测值，并加入相应的预测表。

6.一种感知制程变异的三维闪存读写控制系统，其特征在于，所述系统包括：

分配模块，用于在空间上对物理块进行非线性分配；

预测模块，用于在写入的过程中通过临近相似性来对未曾被写入的物理块状态进行预测，计算预测值，并将该物理块加入相应的预测表中；

记录模块，用于在物理块被擦除回收后，把回收的物理块加入到相应的块状态记录表中；

寻找模块，用于按照所述记录表和所述预测表中的顺序给重要数据优先寻找可用的物理块。

7.如权利要求6所述的感知制程变异的三维闪存读写控制系统，其特征在于，所述物理块的类型包括基本块和替换块，所述分配模块具体用于：

设置逻辑页地址到逻辑块地址的映射，逻辑块地址到物理块地址的映射；

判断物理块中是否有基本块；

如果有基本块，则将数据写入相应的页位置；

如果没有基本块，则判断物理块中是否有替换块；

如果有替换块，则将数据写入相应的页位置；

如果没有替换块，则根据数据的重要性和块状态记录表以及预测表分配可用块，将有效数据复制到新块，擦除回收基本块和替换块，并分别加入不同块状态的记录表，同时返回上述步骤中继续判断是否有基本块。

8.如权利要求7所述的感知制程变异的三维闪存读写控制系统，其特征在于，所述分配模块包括基本块分配子模块，所述基本块分配子模块用于：

设置逻辑块地址和偏移量；

判断基本块是否可用；

如果基本块可用，则判断对应的页是否可写；

如果对应的页可写，则将数据写入相应页中，如果对应的页不可写，则检测替换块是否有可用页；

如果基本块不可用，则根据预测表或记录表分配块，将数据写入相应页中。

9.如权利要求8所述的感知制程变异的三维闪存读写控制系统，其特征在于，所述分配模块还包括替换块分配子模块，所述替换块分配子模块用于：

判断替换块是否可用；

如果替换块不可用，则根据预测表或记录表分配块，将数据写入相应页中；

如果替换块可用，则判断是否有可用页；

如果有可用页，则将数据写入相应页中；

如果没有可用页，则擦除回收基本块和替换块，并查看预测表和记录表是否有可用块，分配新块，并将数据复制到新块上面。

10.如权利要求6所述的感知制程变异的三维闪存读写控制系统，其特征在于，所述预测模块具体用于：

在写入的过程中通过临近相似性来判断周围块是否被写过；

如果周围块没有被写过，则继续判断周围块是否被预测过；

如果周围块被预测过，则更新该块的预测值，如果预测值发生变化，则将该块变更到相应的预测表中；

如果周围块没有被预测过，则计算该块的预测值，并加入相应的预测表。