CN107357534A - 一种闪存块模式的动态切换方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种闪存块模式的动态切换方法及系统，将闪存按存储模式划分为SLC区和TLC区，通过所述SLC区写入数据，将所述SLC区的数据搬移到所述TLC区，将空的或者搬出数据后的所述SLC区的部分区域转换为所述TLC区，根据SLC区的空间容量和TLC区容量，直到全部闪存写满数据。本发明一种闪存块模式的动态切换方法及系统，将闪存中的SLC区域和TLC区域动态划分，能够让用户数据每次都写入到高性能的SLC区域，让已经写入SLC区域的用户数据能够在空闲时间搬移到TLC区域。在保证容量的前提下克服当前TLC闪存写入性能过低的问题，实现闪存写操作的性能大幅提升。

Description

一种闪存块模式的动态切换方法及系统
技术领域
本发明涉及一种闪存块模式的动态切换方法及系统，尤其涉及一种提高写入速度和提高容量的闪存块模式的动态切换方法及系统。
背景技术
随着闪存设计工艺和制造工艺的提升，已经普遍使用16nm制成的TLC(Triple-Level Cell的简写)闪存，单个芯片的容量得到了大幅度的提升。当一个块被用作SLC模式时，它的页编程时间和读取时间都会变得更短，存储更加稳定(不容易出错)，使用寿命更长(能够擦除后编程的次数在10万次)。但它存储数据的页数会变少，只有TLC的三分之一，所以整体容量只有TLC模式下的三分之一。但是由于TLC闪存的编程时间更长，需要编程3次等特性，导致TLC闪存的写性能很低。如果直接使用TLC闪存编程操作，写入数据的随机读写性能会很低。导致使用TLC闪存的设备出现卡顿的情况，无法得到良好的用户体验。而SLC(Single-Level Cell的简写)闪存尽管写入速度快，但存储容量小。
发明内容
本发明解决的技术问题是：构建一种闪存块模式的动态切换方法及系统，克服现有技术SLC模式闪存容量小、TLC模式闪存写入速度慢的技术问题。
本发明的技术方案是：构建一种闪存块模式的动态切换方法，步骤如下：
划分SLC区和TLC区：将闪存按存储模式划分为SLC区和TLC区；
写入数据：通过所述SLC区写入数据；
搬移数据：将所述SLC区的数据搬移到所述TLC区；
SLC区转换为TLC区：将空的或者搬出数据后的所述SLC区的部分区域转换为所述TLC区；
动态操作：根据SLC区的空间容量和TLC区容量，在所述TLC区数据写满后依次重复上述通过所述SLC区写入数据、将所述SLC区的数据搬移到所述TLC区、SLC区转换为TLC区，直到全部闪存写满数据。
本发明的进一步技术方案是：将释放数据后的所述TLC区转换为所述SLC区用于接收新写入的数据。
本发明的进一步技术方案是：在搬移数据步骤中，在闪存空闲时间内将所述SLC区的数据搬移到所述TLC区。
本发明的进一步技术方案是：在划分SLC区和TLC区步骤中，初始划分时所述SLC区为闪存总存储容量的1/6至1/4。
本发明的进一步技术方案是：在SLC区转换为TLC区步骤中，将空的或者搬出数据后的所述SLC区中1/4至1/2的区域转换为所述TLC区。
本发明的技术方案是：构建一种闪存块模式的动态切换系统，包括存储模式划分模块、SLC数据写入模块、数据搬移模块、SLC区转换TLC区模块、动态操作模块，所述存储模式划分模块将闪存按存储模式划分为SLC区和TLC区；所述SLC数据写入模块通过所述SLC区写入数据，所述数据搬移模块将所述SLC区的数据搬移到所述TLC区，所述SLC区转换TLC区模块将空的或者搬出数据后的所述SLC区的部分区域转换为所述TLC区，所述动态操作模块根据SLC区的空间容量和TLC区容量，在所述TLC区数据写满后依次重复通过所述SLC区写入数据、将所述SLC区的数据搬移到所述TLC区、SLC区转换为TLC区，直到全部闪存写满数据。
本发明的进一步技术方案是：还包括TLC区转换SLC区模块，所述TLC区转换SLC区模块将释放数据后的所述TLC区转换为所述SLC区用于接收新写入的数据。
本发明的进一步技术方案是：所述数据搬移模块在闪存空闲时间内将所述SLC区的数据搬移到所述TLC区。
本发明的进一步技术方案是：所述存储模式划分模块初始划分时所述SLC区为闪存总存储容量的1/6至1/4。
本发明的进一步技术方案是：所述SLC区转换TLC区模块将空的或者搬出数据后的所述SLC区中1/4至1/2的区域转换为所述TLC区。
本发明的技术效果是：构建一种闪存块模式的动态切换方法及系统，将闪存按存储模式划分为SLC区和TLC区，通过所述SLC区写入数据，将所述SLC区的数据搬移到所述TLC区，将空的或者搬出数据后的所述SLC区的部分区域转换为所述TLC区，根据SLC区的空间容量和TLC区容量，在所述TLC区数据写满后依次重复上述通过所述SLC区写入数据、将所述SLC区的数据搬移到所述TLC区、SLC区转换为TLC区，直到全部闪存写满数据。本发明一种闪存块模式的动态切换方法及系统，将闪存中的SLC区域和TLC区域动态划分，能够让用户数据每次都写入到高性能的的SLC区域，让已经写入SLC区域的用户数据能够在空闲时间搬移到TLC区域。在保证容量的前提下克服当前TLC闪存写入性能过低的问题，实现闪存写操作的性能大幅提升。
附图说明
图1为本发明的存储模式划分示意图。
图2为本发明的动态操作示意图。
图3为本发明的TLC区转换为SLC区示意图。
图4为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明技术方案进一步说明。
如图1所示，本发明的具体实施方式是：闪存都是以块为单位组成，每一个块中包含若干页，每一个页能够存储若干字节的数据。对于TLC类型的闪存来说，每一个单独的块都可以指定为SLC模式或TLC模式，然后对其中的页进行读、写、擦除操作。相反，当一个块被用作TLC模式时，它的页编程时间和读取时间都会变长，存储的数据相对不稳定，比较容易出错，使用寿命较短，通常能够擦除后编程的次数只有500次左右。但它存储数据的页数会增加，是SLC模式的三倍，所以整体容量会是SLC模式的三倍。由于SLC模式块更加稳定，但是容量小，所以通常被用作存储闪存管理时使用到逻辑映射表格等内部控制数据，这些数据相对用户数据占据的容量很小。TLC模式块由于容量更大，成本更低，所以通常用作保存普通的用户数据，但其读写性能相对较低。通常只有在不考虑成本，希望得到更高的性能时，才会使用SLC模式块存储用户数据。
本发明构建一种闪存块模式的动态切换方法，步骤如下：
划分SLC区和TLC区：将闪存按存储模式划分为SLC区和TLC区。
具体过程如下：将闪存按存储模式划分为SLC区和TLC区。举例：假设现在有一个闪存使用TLC块模式能够保存8GB的数据，则在完全使用SLC块模式下它能够保存2.66GB的数据。将闪存空间分为2GB的SLC区和2GB(0.66*3GB)的TLC区。优选实施方式中，在划分SLC区和TLC区步骤中，初始划分时所述SLC区为闪存总存储容量的1/6至1/4。
写入数据：通过所述SLC区写入数据。
具体过程如下：写入数据时，通过所述SLC区写入数据，此时由于使用SLC块模式，写入的数据很快。具体实施例中，以上例，将2GB SLC空间写满用户数据。
搬移数据：将所述SLC区的数据搬移到所述TLC区。
如图2所示，具体过程如下：将所述SLC区的数据搬移到所述TLC区。具体实施例中，以上例，将2GB的SLC用户数据搬移到2GB的TLC区域。由于TLC块的页数是SLC块的三倍，3个SLC块的数据刚好搬移到一个TLC块上。
SLC区转换为TLC区：将空的或者搬出数据后的所述SLC区的部分区域转换为所述TLC区。优选实施方式中，将空的或者搬出数据后的所述SLC区中1/4至1/2的区域转换为所述TLC区。
如图2所示，具体过程如下：将空的或者搬出数据后的所述SLC区的部分区域转换为所述TLC区。具体实施例中，以上例，当所述SLC区的2GB数据都搬移到TLC区后，2GB所述SLC区分配出0.5GB转化成1.5GB的TLC区空间，余下1.51.5GB的SLC区空间。
动态操作：根据SLC区的空间容量和TLC区容量，在所述TLC区数据写满后依次重复上述通过所述SLC区写入数据、将所述SLC区的数据搬移到所述TLC区、SLC区转换为TLC区，直到全部闪存写满数据。
如图2所示，具体过程如下：根据SLC区的空间容量和TLC区容量，在所述TLC区数据写满后依次重复上述通过所述SLC区写入数据、将所述SLC区的数据搬移到所述TLC区、SLC区转换为TLC区，直到全部闪存写满数据，通过动态分配SLC区和TLC区的大小，实现闪存不同存储模式的动态调节。具体实施例中，以上例，继续往剩余的SLC区中写入1.5GB的用户数据，当写满SLC区后继续将SLC区的数据搬移到TLC区中。通过动态分配SLC区和TLC区的大小，先将数据写写入到SLC区，然后再搬移到TLC区域中，直到最终写满8GB的TLC数据。
如图3所示，本发明的优选技术方案是：将释放数据后的所述TLC区转换为所述SLC区用于接收新写入的数据。实施过程如下：在用户存满闪存数据后，如果需要存入新的数据，则需要先将旧数据删除。删除旧数据的过程中，闪存控制器知道哪些地址是无效的旧数据，则可以旧数据占用的TLC块释放，将释放数据后的所述TLC区转换为所述SLC区，所述TLC区转换成空闲的SLC块后用于写入新的数据。
如图2所示，本发明的优选技术方案是：在搬移数据步骤中，在闪存空闲时间内将所述SLC区的数据搬移到所述TLC区。实施过程如下：因为数据从所述SLC区搬移到所述TLC区的时间比较长，所以该操作可以让闪存控制器在空闲时间进行，即：无用户数据读写操作时进行。由于每次用户数据写入数据都会写入到所述SLC区中，所以写入速度会有很大的提升，特别是在随机地址写入时，性能提高明显。
如图4所示，本发明的具体实施方式是：构建一种闪存块模式的动态切换系统，包括存储模式划分模块1、SLC数据写入模块2、数据搬移模块3、SLC区转换TLC区模块4、动态操作模块5，所述存储模式划分模块1将闪存按存储模式划分为SLC区和TLC区；所述SLC数据写入模块2通过所述SLC区写入数据，所述数据搬移模块3将所述SLC区的数据搬移到所述TLC区，所述SLC区转换TLC区模块4将空的或者搬出数据后的所述SLC区的部分区域转换为所述TLC区，所述动态操作模块5根据SLC区的空间容量和TLC区容量，在所述TLC区数据写满后依次重复通过所述SLC区写入数据、将所述SLC区的数据搬移到所述TLC区、SLC区转换为TLC区，直到全部闪存写满数据。
如图4所示，本发明的具体实施过程是：所述存储模式划分模块1将闪存按存储模式划分为SLC区和TLC区。写入数据时，所述SLC数据写入模块2通过所述SLC区写入数据，此时由于使用SLC块模式，写入的数据很快。所述数据搬移模块3将所述SLC区的数据搬移到所述TLC区。所述SLC区转换TLC区模块4将空的或者搬出数据后的所述SLC区的部分区域转换为所述TLC区。根据SLC区的空间容量和TLC区容量，所述动态操作模块5在所述TLC区数据写满后依次重复上述通过所述SLC区写入数据、将所述SLC区的数据搬移到所述TLC区、SLC区转换为TLC区，直到全部闪存写满数据，通过动态分配SLC区和TLC区的大小，实现闪存不同存储模式的动态调节。
如图3所示，本发明的优选技术方案是：还包括TLC区转换SLC区模块6，所述TLC区转换SLC区模块6将释放数据后的所述TLC区转换为所述SLC区用于接收新写入的数据。实施过程如下：在用户存满闪存数据后，如果需要存入新的数据，则需要先将旧数据删除。删除旧数据的过程中，闪存控制器知道哪些地址是无效的旧数据，则可以旧数据占用的TLC块释放，将释放数据后的所述TLC区转换为所述SLC区，所述TLC区转换成空闲的SLC块后用于写入新的数据。
本发明的技术效果是：构建一种闪存块模式的动态切换方法及系统，将闪存按存储模式划分为SLC区和TLC区，通过所述SLC区写入数据，将所述SLC区的数据搬移到所述TLC区，将空的或者搬出数据后的所述SLC区的部分区域转换为所述TLC区，根据SLC区的空间容量和TLC区容量，在所述TLC区数据写满后依次重复上述通过所述SLC区写入数据、将所述SLC区的数据搬移到所述TLC区、SLC区转换为TLC区，直到全部闪存写满数据。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种闪存块模式的动态切换方法，其特征在于，步骤如下：
划分SLC区和TLC区：将闪存按存储模式划分为SLC区和TLC区；
写入数据：通过所述SLC区写入数据；
搬移数据：将所述SLC区的数据搬移到所述TLC区；
SLC区转换为TLC区：将空的或者搬出数据后的所述SLC区的部分区域转换为所述TLC区；
动态操作：根据SLC区的空间容量和TLC区容量，在所述TLC区数据写满后依次重复上述通过所述SLC区写入数据、将所述SLC区的数据搬移到所述TLC区、SLC区转换为TLC区，直到全部闪存写满数据。
2.根据权利要求1所述闪存块模式的动态切换方法，其特征在于，将释放数据后的所述TLC区转换为所述SLC区用于接收新写入的数据。
3.根据权利要求1所述闪存块模式的动态切换方法，其特征在于，在搬移数据步骤中，在闪存空闲时间内将所述SLC区的数据搬移到所述TLC区。
4.根据权利要求1所述闪存块模式的动态切换方法，其特征在于，在划分SLC区和TLC区步骤中，初始划分时所述SLC区为闪存总存储容量的1/6-1/4。
5.根据权利要求1所述闪存块模式的动态切换方法，其特征在于，在SLC区转换为TLC区步骤中，将空的或者搬出数据后的所述SLC区中1/4-1/2的区域转换为所述TLC区。
6.一种闪存块模式的动态切换系统，其特征在于，包括存储模式划分模块、SLC数据写入模块、数据搬移模块、SLC区转换TLC区模块、动态操作模块，所述存储模式划分模块将闪存按存储模式划分为SLC区和TLC区；所述SLC数据写入模块通过所述SLC区写入数据，所述数据搬移模块将所述SLC区的数据搬移到所述TLC区，所述SLC区转换TLC区模块将空的或者搬出数据后的所述SLC区的部分区域转换为所述TLC区，所述动态操作模块根据SLC区的空间容量和TLC区容量，在所述TLC区数据写满后依次重复通过所述SLC区写入数据、将所述SLC区的数据搬移到所述TLC区、SLC区转换为TLC区，直到全部闪存写满数据。
7.根据权利要求6所述闪存块模式的动态切换系统，其特征在于，还包括TLC区转换SLC区模块，所述TLC区转换SLC区模块将释放数据后的所述TLC区转换为所述SLC区用于接收新写入的数据。
8.根据权利要求6所述闪存块模式的动态切换系统，其特征在于，所述数据搬移模块在闪存空闲时间内将所述SLC区的数据搬移到所述TLC区。
9.根据权利要求6所述闪存块模式的动态切换系统，其特征在于，所述存储模式划分模块初始划分时所述SLC区为闪存总存储容量的1/6-1/4。
10.根据权利要求6所述闪存块模式的动态切换系统，其特征在于，所述SLC区转换TLC区模块将空的或者搬出数据后的所述SLC区中1/4-1/2的区域转换为所述TLC区。
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