CN107945820B - 一种固态硬盘温度控制方法及温度控制模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固态硬盘温度控制方法及温度控制模块，核心思想是以控制系统性能来达到系统温度间接控制的目的，其特征在于动态监控采集系统温度和系统性能，根据当前系统温度控制Flash切换到该温度匹配的运行速度运行，同时根据模块缓存的历史系统温度和历史系统性能数据实时计算、更新命令解析速度控制量，将此性能控制量输入到执行模块调整执行模块的命令解析速度实现调整动态性能，进而间接实现平稳控制系统温度的目的。

Description

一种固态硬盘温度控制方法及温度控制模块

技术领域

本发明涉及固态硬盘控制技术，特别涉及一种固态硬盘温度控制方法及温度控制模块。

背景技术

固态硬盘能可靠工作的前提是其内部组件Nand Flash颗粒处于正常工作温度范围，一旦Nand Flash超出此温度范围，数据的可靠性和系统的稳定性就会存在风险。在固态硬盘的组件中，Nand Flash对温度的敏感性比较高，它本身也是发热源，全速工作时，NandFlash的温度远高于环境温度。

温度控制的目的是使系统安全可靠工作的同时发挥出最优性能。

现有的固态硬盘系统在设计时都会引入温度控制模型，通过采集温度变化触发Nand Flash运行速度的切换，改变Nand Flash的运行功耗从而达到使得温度向预期方向变化的目的。但是此温度控制模型输入量单一，当Nand Flash温度处在系统设计所设定的温度切换阈值附近，不可避免会产生性能震荡。

在散热条件一定的情况下，性能越高，功耗越大，温度也就越高。现有的温度控制方案基于改变Nand Flash的运行速度而间接控制温度。方案实现简单，在较大的温度范围内能良好工作。其缺陷在于Nand Flash的运行速度是已经确定的分为几个档次的定值，在性能上的反映就是几个阶梯型的性能值。

简单为例，假设系统设定的温度控制区间为两段，分别为低温区(-∞，N)和高温区[N，+∞)，N为Nand Flash容忍的正常工作温度最大值，系统选定的低温区Nand Flash运行速度为S1，高温区的运行速度为S2。系统运行时，温度逐渐升高，温度从低温区跨入高温区(即温度>＝N)，触发温度控制功能，Nand Flash运行速度从S1切换到S2。由于S2运行速度低于S1，S2对应的功耗也低于S1，系统温度会慢慢降低，当温度从高温区跨入低温区，又会使得Nand Flash的运行速度从S2切换到S1，此过程会重复进行。如果S1和S2选取的都偏小，系统未发挥出性能优势，温度控制也就没有意义了。

另外，频繁切换导致系统的性能产生抖动。频繁切换的原因是运行速度S1对应的系统稳定后温度值>N，S2对应的系统稳定后的温度值<N，但实际上S1是属于低温区的运行速度，S2属于高温区的运行速度。假设存在一个使得系统稳定后的温度值不超过N的运行速度S’，以上示例中推导出运行速度上S2<S’<S1，但由于Nand Flash的运行速度的阶梯型设置，可能并不存在这样的S’。

发明内容

针对以上缺陷，本发明目的是如何克服现有温度控制方法中存在的频繁切换进而造成性能抖动的问题。

其特征在于将系统工作温度划分为2个以上的区间段，其中至少包括一个正常工作温度区间，为每个温度区间匹配一个对应的Flash运行速度，通过采集固态硬盘的当前系统温度和当前系统性能数据，当当前系统温度超出正常工作温度区间时，控制Flash切换到当前系统温度所处温度区间匹配的运行速度运行，同时通过采集到的历史系统温度数据和历史系统性能数据实时计算命令解析速度调节量，根据获取的命令解析速度调节量调节命令解析模块的命令解析速度，控制系统稳定回到正常工作温度区间。

所述的固态硬盘温度控制方法，其特征在于将系统工作温度划分为三个区间，三个区间分别标识为低温区T_l，正常温度区T_n，高温区T_h，对应的温度值范围是(-∞，N_低)、[N_低，N_高)和[N_高，+∞)，其中N_低和N_高的选取参考Nand Flash的正常工作温度范围；同时为每个温度区间选择合适的Nand Flash预设运行速度，低温区T_l预设运行速度为S_l，正常温度区T_n预设运行速度为S_n，高温区T_h预设运行速度为S_h。

所述的固态硬盘温度控制方法，其特征在于运行速度S和命令解析速度调节量ΔS；S根据系统当前温度值T所处于哪一个温度区间内来确定，存在三种可能性①当T∈T_l(-∞，N_低)，S＝S_l；②当T∈T_n[N_低，N_高)，S＝S_n；③当T∈T_h[N_高，+∞)，S＝S_h。ΔS在T∈T_n[N_低，N_高)时，是定值0，在系统处于低温区T_l或者高温区T_h时，ΔS初始值是0，后续会持续调整直至达到稳态值。

一种温度控制模块，其特征在于温度控制模块通过采集监控当前系统温度和当前系统性能并缓存一定时间内的历史数据，根据历史系统温度数据和历史系统性能数据计算性能控制量，将性能控制量输入到执行模块调整执行模块的命令解析速度实现调整动态性能；同时执行模块还根据输入的性能控制量执行切换Nand Flash端的速度；其中动态采集当前动态性能作为当前计算性能控制量的负反馈输入，形成负反馈控制闭环。

所述的温度控制模块，其特征在于所述当前动态性能由命令解析速度和Flash运行速度共同决定，性能控制量为命令解析速度调节量和预设的Flash运行速度。

所述的温度控制模块，其特征在于将系统工作温度划分为2个以上的区间段，其中至少包括一个正常工作温度区间，为每个温度区间匹配一个对应的Flash运行速度，通过采集固态硬盘的当前系统温度，当前系统温度超出正常工作温度区间时，首先根据当前温度所处于的温度区间，得出对应Flash运行速度，再通过采集到的历史系统温度数据和历史系统性能数据实时计算命令解析速度调节量，根据当前系统温度控制Flash切换到该温度匹配的运行速度运行，同时根据获取的命令解析速度调节量调节命令解析模块的命令解析速度，控制系统稳定回到正常工作温度区间。

所述的温度控制模块，其特征在于将系统工作温度划分为三个区间，三个区间分别标识为低温区T_l，正常温度区T_n，高温区T_h，对应的温度值范围是(-∞，N_低)、[N_低，N_高)和[N_高，+∞)，其中N_低和N_高的选取参考Nand Flash的正常工作温度范围；同时为每个温度区间选择合适的Nand Flash预设运行速度，低温区T_l预设运行速度为S_l，正常温度区T_n预设运行速度为S_n，高温区T_h预设运行速度为S_h。

所述的温度控制模块，其特征在于运行速度S和命令解析速度调节量ΔS；S根据系统当前温度值T所处于哪一个温度区间内来确定，存在三种可能性①当T∈T_l(-∞，N_低)，S＝S_l；②当T∈T_n[N_低，N_高)，S＝S_n；③当T∈T_h[N_高，+∞)，S＝S_h。ΔS在T∈T_n[N_低，N_高)时，是定值0，在系统处于低温区T_l或者高温区T_h时，ΔS初始值是0，后续会持续调整直至达到稳态值。

本发明公开了固态硬盘温度控制方法及温度控制模块，核心思想是以控制系统性能来达到系统温度间接控制的目的。其特征在于动态监控采集系统温度和系统性能，根据当前系统温度控制Flash切换到该温度匹配的运行速度运行，同时根据模块缓存的历史系统温度和历史系统性能数据实时计算、更新命令解析速度控制量，将此性能控制量输入到执行模块调整执行模块的命令解析速度实现调整动态性能，进而间接实现平稳控制系统温度的目的。

附图说明

图1是温度控制方法的系统组成示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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作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。

图1是温度控制方法的系统组成示意图。温度控制模块输入量为当前系统(NandFlash控制系统)温度和当前动态性能(通过监控单位时间内命令流间接获取性能)，温度控制模块输出的性能控制量包含两个，分别是Nand Flash的运行速度和命令解析速度。温度控制模块采集系统温度值和系统性能值并缓存一定量的历史数据，当前的系统温度值所处的温度区间能确定性能控制量中的Flash运行速度，历史的系统温度值数据和历史的系统性能值数据能确定性能控制量中的命令解析速度调节量。将性能控制量输入到执行模块，当前Flash运行速度与性能控制量传递的Flash运行速度不匹配时，完成Nand Flash端速度的切换，同时根据性能控制量中的命令解析速度调节量调整执行模块的命令解析速度实现动态性能的微调。动态采集当前动态性能作为当前计算性能控制量的负反馈输入，形成负反馈控制闭环。当系统温度超出系统内部预设的温度区间，首先会触发系统设置预先计算好的运行速度，然后根据控制算法计算出命令流解析速度间接控制性能值。实时更新的输入信息结合负反馈机制能保证性能值和温度值逐步逼近平衡状态。

以将系统工作温度划分为三个区间段为例进行说明，三个区间分别标识为低温区T_l，正常温度区T_n，高温区T_h，对应的温度值范围是(-∞，N_低)、[N_低，N_高)和[N_高，+∞)，其中N_低和N_高的选取参考Nand Flash的正常工作温度范围。同时为每个温度区间选择合适的NandFlash预设运行速度，低温区T_l预设运行速度为S_l，正常温度区T_n预设运行速度为S_n，高温区T_h预设运行速度为S_h，预设运行速度的选取来源于系统所能支持的几档性能值，其中S_n为当前系统支持的Nand Flash运行最高速，预设值S_l和S_h的选择原则是：①低于S_n；②不宜过低，因为命令解析速度的控制方向是单向的，该控制因子只能降低性能。

温度控制模块的输出量分别是Nand Flash的运行速度S和命令解析速度调节量ΔS。S根据系统当前温度值T所处于哪一个温度区间内来确定，存在三种可能性①当T∈T_l(-∞，N_低)，S＝S_l；②当T∈T_n[N_低，N_高)，S＝S_n；③当T∈T_h[N_高，+∞)，S＝S_h。ΔS在T∈T_n[N_低，N_高)时，是定值0。在系统处于低温区T_l或者高温区T_h时，ΔS初始值是0，后续会持续变化直至达到稳态值。

系统初始的时候设定处在正常温度区T_n，此时温度控制模块的输出量S＝S_n，ΔS＝0。即系统处于全速运行区。当环境温度改变或者系统内在发热导致温度控制模块的输入量当前系统温度T从区间T_n转入区间T_h，温度控制模块的输出量S＝S_h，ΔS＝0。由于S_h≠S_n，首先会触发Nand Flash运行速度切换，然后依赖控制算法实时更新ΔS直至系统稳定。

温度控制算法的原理是根据温度差值因子和性能值因子计算的结果与预设性能值S相减得出ΔS。温度差值因子是算法保存的最近一段时间采样到的历史的一系列系统温度值的平均值与当前系统温度值的差值乘以一个权重因子，性能值因子是历史的反馈给温度控制模块的当前性能值的平均值乘以一个权重因子。平均值和权重因子能钝化快趋势，使得性能变化趋势和温度变化趋势变化速率趋向一致。这样不断更新的ΔS与负反馈机制结合使得系统的性能和温度逐渐稳定。

以上所揭露的仅为本发明一种实施例而已，当然不能以此来限定本之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种固态硬盘温度控制方法，其特征在于将系统工作温度划分为2个以上的区间段，其中至少包括一个正常工作温度区间，为每个温度区间匹配一个对应的Flash运行速度，通过采集固态硬盘的当前系统温度和当前系统性能数据，当当前系统温度超出正常工作温度区间时，控制Flash切换到当前系统温度所处温度区间匹配的运行速度运行，同时通过采集到的历史系统温度数据和历史系统性能数据，根据温度差值因子和性能值因子计算的结果与预设性能值相减得出命令解析速度调节量，温度差值因子是算法保存的最近一段时间采样到的历史的一系列系统温度值的平均值与当前系统温度值的差值乘以一个权重因子，性能值因子是历史的反馈给温度控制模块的当前性能值的平均值乘以一个权重因子；根据获取的命令解析速度调节量调节命令解析模块的命令解析速度，控制系统稳定回到正常工作温度区间。

2.根据权利要求1所述的固态硬盘温度控制方法，其特征在于将系统工作温度划分为三个区间，三个区间分别标识为低温区T_l，正常温度区T_n，高温区T_h，对应的温度值范围是(-∞，N_低)、[N_低，N_高)和[N_高，+∞)，其中N_低和N_高的选取参考Nand Flash的正常工作温度范围；同时为每个温度区间选择合适的Nand Flash预设运行速度，低温区T_l预设运行速度为S_l，正常温度区T_n预设运行速度为S_n，高温区T_h预设运行速度为S_h。

3.根据权利要求2所述的固态硬盘温度控制方法，其特征在于运行速度S和命令解析速度调节量ΔS；S根据系统当前温度值T所处于哪一个温度区间内来确定，存在三种可能性①当T∈T_l(-∞，N_低)，S＝S_l；②当T∈T_n[N_低，N_高)，S＝S_n；③当T∈T_h[N_高，+∞)，S＝S_h；ΔS在T∈T_n[N_低，N_高)时，是定值0，在系统处于低温区T_l或者高温区T_h时，ΔS初始值是0，后续会持续调整直至达到稳态值。

4.一种温度控制模块，其特征在于温度控制模块通过采集监控当前系统温度和当前系统性能并缓存一定时间内的历史数据，温度控制模块输出的性能控制量包含运行速度和命令解析速度，性能控制量中的命令解析速度调节量根据温度差值因子和性能值因子计算的结果与预设性能值相减得出命令解析速度调节量，温度差值因子是算法保存的最近一段时间采样到的历史的一系列系统温度值的平均值与当前系统温度值的差值乘以一个权重因子，性能值因子是历史的反馈给温度控制模块的当前性能值的平均值乘以一个权重因子；将性能控制量输入到执行模块调整执行模块的命令解析速度实现调整动态性能；同时执行模块还根据输入的性能控制量执行切换Nand Flash端的速度；其中动态采集当前动态性能作为当前计算性能控制量的负反馈输入，形成负反馈控制闭环。

5.根据权利要求4所述的温度控制模块，其特征在于所述当前动态性能由命令解析速度和Flash运行速度共同决定，性能控制量为命令解析速度调节量和预设的Flash运行速度。

6.根据权利要求5所述的温度控制模块，其特征在于将系统工作温度划分为2个以上的区间段，其中至少包括一个正常工作温度区间，为每个温度区间匹配一个对应的Flash运行速度，通过采集固态硬盘的当前系统温度和当前系统性能数据，当当前系统温度超出正常工作温度区间时，控制Flash切换到当前系统温度所处温度区间匹配的运行速度运行，同时通过采集到的历史系统温度数据和历史系统性能数据实时计算命令解析速度调节量，根据获取的命令解析速度调节量调节命令解析模块的命令解析速度，控制系统稳定回到正常工作温度区间。

7.根据权利要求6所述的温度控制模块，其特征在于将系统工作温度划分为三个区间，三个区间分别标识为低温区T_l，正常温度区T_n，高温区T_h，对应的温度值范围是(-∞，N_低)、[N_低，N_高)和[N_高，+∞)，其中N_低和N_高的选取参考Nand Flash的正常工作温度范围；同时为每个温度区间选择合适的Nand Flash预设运行速度，低温区T_l预设运行速度为S_l，正常温度区T_n预设运行速度为S_n，高温区T_h预设运行速度为S_h。

8.根据权利要求7所述的温度控制模块，其特征在于运行速度S和命令解析速度调节量ΔS；S根据系统当前温度值T所处于哪一个温度区间内来确定，存在三种可能性①当T∈T_l(-∞，N_低)，S＝S_l；②当T∈T_n[N_低，N_高)，S＝S_n；③当T∈T_h[N_高，+∞)，S＝S_h；ΔS在T∈T_n[N_低，N_高)时，是定值0，在系统处于低温区T_l或者高温区T_h时，ΔS初始值是0，后续会持续调整直至达到稳态值。