CN109445691A - 一种提高ftl算法开发和验证效率的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高FTL算法开发和验证效率的方法及装置，其中方法包括：启动虚拟主机仿真环境；通过脚本发出测试命令；FTL根据对应的测试命令类型对虚拟闪存中的数据进行处理。本发明一种提高FTL算法开发和验证效率的方法及装置通过虚拟环境进行FTL算法的开发和验证该环境完全通过软件虚拟化实现，用于验证SSD固件中FTL算法模块的正确性，并能提供可视化界面，帮助开发人员通过命令行等手段进行Debug，具有较高的运行效率和灵活性，而且在虚拟环境中进行FTL算法模块的验证，将极大的节省开发成本，提高软件开发效率。

Description

一种提高FTL算法开发和验证效率的方法及装置

技术领域

本发明涉及SSD固态硬盘，更具体地说是一种提高FTL算法开发和验证效率的方法及装置。

背景技术

FTL(Flash Translation Layer)算法是SSD(Solid State Disk)固件的核心部分，为提高FTL算法的开发验证效率，首先需要具备验证环境。目前固件验证环境包括SSD主控、NAND Flash颗粒、DDR、PCIE、DStream等器件，这些硬件产品普遍价格较高，而且部分为易损耗的，在使用过程中也存在启动时间长，稳定性差的问题，这些因素会直接导致SSD固件的开发效率降低，开发成本增加。

例如图1所示的NAND Flash的结构，DIE为可独立操作的单元，其间包括多个Block；Block为擦除单元，其间包括多个Page；Page为读写单元。NAND Flash作为SSD的存储介质，容量一般在128G-1T，Flash特性决定了其读写、擦除操作次数有限，因此NAND Flash的生命周期也有限，如果在固件开发过程中完全使用真实的NAND Flash必然会导致开发成本高、效率低。

另外，固件开发环境如图2所示，主要由主机、SSD控制器和Flash Memory阵列组成，SSD通过Host Interface和主机进行数据交互。SSD主控、NAND Flash颗粒、DDR、PCIE等器件，价格昂贵，环境搭建过程和启动验证过程耗时较长，SSD固件开发人员完全依赖硬件环境验证功能，将导致开发成本增加、开发效率低等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种提高FTL算法开发和验证效率的方法及装置，通过虚拟环境进行FTL算法的开发和验证。该环境完全通过软件虚拟化实现，用于验证SSD固件中FTL算法模块的正确性，并能提供可视化界面，帮助开发人员通过命令行等手段进行Debug，具有较高的运行效率和灵活性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种提高FTL算法开发和验证效率的方法，所述方法包括：

启动虚拟主机仿真环境；

通过脚本发出测试命令；

FTL根据对应的测试命令类型对虚拟闪存中的数据进行处理。

其进一步技术方案为：所述FTL根据对应的测试命令类型对虚拟闪存中的数据进行处理的步骤，具体包括以下的步骤：

判断测试命令类型是否是写命令，若是，则FTL将数据写入虚拟闪存中，若否，则进入所述判断是否是读命令的步骤；

判断测试命令是否是读命令，若是，则FTL读取虚拟闪存中的数据，若否，则进入所述判断是否是模拟出错命令的步骤；

判断测试命令是否是模拟出错命令，若是，则FTL将相应的Flag数据写入虚拟闪存中，若否，则读写正常。

其进一步技术方案为：所述FTL将数据写入虚拟闪存中的步骤，具体包括以下步骤：

FTL申请存储空间；

FTL进行逻辑地址到物理地址的转换；

下发写请求到虚拟Flash控制器；

虚拟Flash控制器根据写请求向虚拟闪存中写入数据。

其进一步技术方案为：所述FTL读取虚拟闪存中的步骤，具体包括以下步骤：

FTL进行逻辑地址到物理地址的转换；

下发读请求到虚拟Flash控制器；

虚拟Flash控制器根据读请求从虚拟闪存中读取数据。

其进一步技术方案为：所述虚拟Flash控制器根据写请求向虚拟闪存中写入数据的步骤，具体包括以下步骤：

获取虚拟闪存的存储空间大小；

确定虚拟闪存中Block以及Page Date的个数；

向虚拟闪存中每个Block存储一个Meta信息；

向虚拟闪存中每个Page Date的前16Byte存储空间存储数据。

一种提高FTL算法开发和验证效率的装置，所述装置包括启动单元、脚本单元以及处理单元；

所述启动单元，用于启动虚拟主机仿真环境；

所述脚本单元，用于通过脚本发出测试命令；

所述处理单元，用于FTL根据对应的测试命令类型对虚拟闪存中的数据进行处理。

其进一步技术方案为：所述处理单元包括写入模块、读取模块以及Flag模块；

所述写入模块，用于FTL将数据写入虚拟闪存中；

所述读取模块，用于FTL读取虚拟闪存中的数据；

所述Flag模块，FTL将相应的Flag数据写入虚拟闪存中。

其进一步技术方案为：所述写入模块包括申请子模块、转换子模块、写请求子模块以及写入子模块；

所述申请子模块，用于FTL申请存储空间；

所述转换子模块，用于FTL进行逻辑地址到物理地址的转换；

所述写请求子模块，用于下发写请求到虚拟Flash控制器；

所述写入子模块，用于虚拟Flash控制器根据写请求向虚拟闪存中写入数据。

其进一步技术方案为：所述读取模块包括读请求子模块以及读取子模块；

所述读请求子模块，用于下发读请求到虚拟Flash控制器；

所述读取子模块，用于虚拟Flash控制器根据读请求从虚拟闪存中读取数据。

其进一步技术方案为：所述写入子模块包括获取子模块、确定子模块、第一存储子模块，第二存储子模块；

所述获取子模块，用于获取虚拟闪存的存储空间大小；

所述确定子模块，用于确定虚拟闪存中Block以及Page Date的个数；

所述第一存储子模块，用于向虚拟闪存中每个Block存储一个Meta信息；

所述第二存储子模块，用于向虚拟闪存中每个Page Date的前16Byte存储空间存储数据。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明一种提高FTL算法开发和验证效率的方法及装置通过启动虚拟主机仿真环境，再通过脚本发出测试命令；然后FTL根据对应的测试命令类型对虚拟闪存中的数据进行处理。该环境完全通过软件虚拟化实现，用于验证SSD固件中FTL算法模块的正确性，并能提供可视化界面，帮助开发人员通过命令行等手段进行Debug，具有较高的运行效率和灵活性，而且在虚拟环境中进行FTL算法模块的验证，将极大的节省开发成本，提高软件开发效率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明技术手段，可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征及优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下。

附图说明

图1为现有技术中NAND Flash的结构图；

图2为现有技术中固件开发环境的架构图；

图3为本发明一种提高FTL算法开发和验证效率的方法具体实施例的流程图；

图4为本发明一种提高FTL算法开发和验证效率的方法具体实施例中测试命令类型对虚拟闪存中的数据进行处理的流程图；

图5为本发明一种提高FTL算法开发和验证效率的方法具体实施例中FTL将数据写入虚拟闪存中的流程图；

图6为本发明一种提高FTL算法开发和验证效率的方法具体实施例中FTL读取虚拟闪存中的数据的流程图；

图7为本发明一种提高FTL算法开发和验证效率的方法具体实施例中虚拟Flash控制器根据写请求向虚拟闪存中写入数据的流程图；

图8为本发明一种提高FTL算法开发和验证效率的装置具体实施例的结构图；

图9为本发明一种提高FTL算法开发和验证效率的装置具体实施例的中处理单元的结构图；

图10为本发明一种提高FTL算法开发和验证效率的装置具体实施例中写入模块的结构图；

图11为本发明一种提高FTL算法开发和验证效率的装置具体实施例中读取模块的结构图；

图12为本发明一种提高FTL算法开发和验证效率的装置具体实施例中写入子模块的结构图。

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。

应当理解，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体/操作/对象与另一个实体/操作/对象区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体/操作/对象之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

还应当理解，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

如图3-7所示，本发明提供了一种提高FTL算法开发和验证效率的方法，该方法包括：

S10、启动虚拟主机仿真环境；

S20、通过脚本发出测试命令；

S30、FTL根据对应的测试命令类型对虚拟闪存中的数据进行处理。

具体的，FTL(Flash Translation Layer)，即是闪存转换层，SSD固件中的部分模块可以不依赖于硬件环境，例如FTL(Flash Translation Layer)、DPM(Data PathManagement)等，本案正是利用了FTL可以不依赖硬件环境的特点，所以采用了虚拟主机、虚拟闪存以及虚拟控制器等来实现仿真。在虚拟环境中进行FTL算法模块的验证，将极大的节省开发成本，提高软件开发效率。另外，通过脚本发出测试命令为现有技术部分，不在此展开叙述。

在某些实施例中，步骤S30具体包括以下的步骤：

S301、判断测试命令类型是否是写命令，若是，则FTL将数据写入虚拟闪存中，若否，则进入判断是否是读命令的步骤；

S302、判断测试命令是否是读命令，若是，则FTL读取虚拟闪存中的数据，若否，则进入判断是否是模拟出错命令的步骤；

S303、判断测试命令是否是模拟出错命令，若是，则FTL将相应的Flag数据写入虚拟闪存中，若否，则读写正常。

具体的，判断测试命令类型由主机模拟程序来完成，根据判断出的测试命令来下发指令。另外，如果是出错命令，在虚拟NAND Flash(闪存)中写入相应Flag(标记)，在执行读、写、擦命令时会检查Flag(标记)，如果置位则进行出错流程处理。

在某些实施例中，步骤S301中，FTL将数据写入虚拟闪存中具体包括以下步骤：

S3011、FTL申请存储空间；

S3012、FTL进行逻辑地址到物理地址的转换；

S3013、下发写请求到虚拟Flash控制器；

S3014、虚拟Flash控制器根据写请求向虚拟闪存中写入数据。

在某些实施例中，步骤S302具体包括以下步骤：

S3021、FTL进行逻辑地址到物理地址的转换；

S3022、下发读请求到虚拟Flash控制器；

S3023、虚拟Flash控制器根据读请求从虚拟闪存中读取数据。

在某些实施例中，步骤S3014具体包括以下步骤：

S30141、获取虚拟闪存的存储空间大小；

S30142、确定虚拟闪存中Block以及Page Date的个数；

S30143、向虚拟闪存中每个Block存储一个Meta信息；

S30144、向虚拟闪存中每个Page Date的前16Byte存储空间存储数据。

具体的，Block为块，Page Date页对象，Meta为辅助性标签。为得到更高效率和真实的模拟SSD，本案中使用数据压缩算法，通过计算机内存实现vNAND Flash(闪存)。Flash的操作都是以Page为单位，每个Page的数据包括Data 4K和Meta 52Byte。对FTL来说，只要每个Page的前面数据正确就能验证FTL功能的正确性。为了节约内存，对用户数据页采用压缩的方式存储，即每个Page Date只存储前16Byte的数据，一个Block中每个Page的Meta数据可以通过Page0的Meta推算，因此每个Block只需要存储一个Meta信息。管理数据需要保持数据完整性，无法压缩，必须存储全部数据。使用这种压缩算法计算内存需求，以128G的Flash为例，共32个Bank，每个Bank有4K个Block，每个Block有256个Page，每个Page大小为4K的Flash为，32*4K*256*16Byte≈500MB，即大约需要500M的内存即可以模拟128G的SSD，实现了更高效率以及真实的模拟SSD。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

对应于上述实施例所述的一种提高FTL算法开发和验证效率的方法，本发明提供了一种提高FTL算法开发和验证效率的装置。如图8-12所示，该装置包括启动单元1、脚本单元2以及处理单元3；

启动单元1，用于启动虚拟主机仿真环境；

脚本单元2，用于通过脚本发出测试命令；

处理单元3，用于FTL根据对应的测试命令类型对虚拟闪存中的数据进行处理。

具体的，FTL(Flash Translation Layer)，即是闪存转换层，SSD固件中的部分模块可以不依赖于硬件环境，例如FTL(Flash Translation Layer)、DPM(Data PathManagement)等，本案正是利用了FTL可以不依赖硬件环境的特点，所以采用了虚拟主机、虚拟闪存以及虚拟控制器等来实现仿真。在虚拟环境中进行FTL算法模块的验证，将极大的节省开发成本，提高软件开发效率。另外，通过脚本发出测试命令为现有技术部分，不在此展开叙述。

在某些实施例中，处理单元3包括写入模块31、读取模块32以及Flag模块33；

写入模块31，用于FTL将数据写入虚拟闪存中；

读取模块32，用于FTL读取虚拟闪存中的数据；

Flag模块33，FTL将相应的Flag数据写入虚拟闪存中。

具体的，判断测试命令类型由主机模拟程序来完成，根据判断出的测试命令来下发指令。另外，如果是出错命令，在虚拟NAND Flash(闪存)中写入相应Flag(标记)，在执行读、写、擦命令时会检查Flag(标记)，如果置位则进行出错流程处理。

在某些实施例中，写入模块31包括申请子模块311、转换子模块312、写请求子模块313以及写入子模块314；

申请子模块311，用于FTL申请存储空间；

转换子模块312，用于FTL进行逻辑地址到物理地址的转换；

写请求子模块313，用于下发写请求到虚拟Flash控制器；

写入子模块314，用于虚拟Flash控制器根据写请求向虚拟闪存中写入数据。

在某些实施例中，读取模块32包括读请求子模块321以及读取子模块322；

读请求子模块321，用于下发读请求到虚拟Flash控制器；

读取子模块322，用于虚拟Flash控制器根据读请求从虚拟闪存中读取数据。

在某些实施例中，写入子模块3141包括获取子模块31411、确定子模块31412、第一存储子模块31413，第二存储子模块31414；

获取子模块31411，用于获取虚拟闪存的存储空间大小；

确定子模块31412，用于确定虚拟闪存中Block以及Page Date的个数；

第一存储子模块31413，用于向虚拟闪存中每个Block存储一个Meta信息；

第二存储子模块31414，用于向虚拟闪存中每个Page Date的前16Byte存储空间存储数据。

具体的，Block为块，Page Date页对象，Meta为辅助性标签。为得到更高效率和真实的模拟SSD，本案中使用数据压缩算法，通过计算机内存实现vNAND Flash(闪存)。Flash的操作都是以Page为单位，每个Page的数据包括Data 4K和Meta 52Byte。对FTL来说，只要每个Page的前面数据正确就能验证FTL功能的正确性。为了节约内存，对用户数据页采用压缩的方式存储，即每个Page Date只存储前16Byte的数据，一个Block中每个Page的Meta数据可以通过Page0的Meta推算，因此每个Block只需要存储一个Meta信息。管理数据需要保持数据完整性，无法压缩，必须存储全部数据。使用这种压缩算法计算内存需求，以128G的Flash为例，共32个Bank，每个Bank有4K个Block，每个Block有256个Page，每个Page大小为4K的Flash为，32*4K*256*16Byte约等于500MB，即大约需要500M的内存即可以模拟128G的SSD，实现了更高效率以及真实的模拟SSD。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述装置中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本领域普通技术人员可以意识到，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、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。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。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本发明实施例各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种提高FTL算法开发和验证效率的方法，其特征在于，所述方法包括：

启动虚拟主机仿真环境；

通过脚本发出测试命令；

FTL根据对应的测试命令类型对虚拟闪存中的数据进行处理。

2.根据权利要求1所述的一种提高FTL算法开发和验证效率的方法，其特征在于，所述FTL根据对应的测试命令类型对虚拟闪存中的数据进行处理的步骤，具体包括以下的步骤：

判断测试命令类型是否是写命令，若是，则FTL将数据写入虚拟闪存中，若否，则进入所述判断是否是读命令的步骤；

判断测试命令是否是读命令，若是，则FTL读取虚拟闪存中的数据，若否，则进入所述判断是否是模拟出错命令的步骤；

判断测试命令是否是模拟出错命令，若是，则FTL将相应的Flag数据写入虚拟闪存中，若否，则读写正常。

3.根据权利要求2所述的一种提高FTL算法开发和验证效率的方法，其特征在于，所述FTL将数据写入虚拟闪存中的步骤，具体包括以下步骤：

FTL申请存储空间；

FTL进行逻辑地址到物理地址的转换；

下发写请求到虚拟Flash控制器；

虚拟Flash控制器根据写请求向虚拟闪存中写入数据。

4.根据权利要求2所述的一种提高FTL算法开发和验证效率的方法，其特征在于，所述FTL读取虚拟闪存中的步骤，具体包括以下步骤：

FTL进行逻辑地址到物理地址的转换；

下发读请求到虚拟Flash控制器；

虚拟Flash控制器根据读请求从虚拟闪存中读取数据。

5.根据权利要求3所述的一种提高FTL算法开发和验证效率的方法，其特征在于，所述虚拟Flash控制器根据写请求向虚拟闪存中写入数据的步骤，具体包括以下步骤：

获取虚拟闪存的存储空间大小；

确定虚拟闪存中Block以及Page Date的个数；

向虚拟闪存中每个Block存储一个Meta信息；

向虚拟闪存中每个Page Date的前16Byte存储空间存储数据。

6.一种提高FTL算法开发和验证效率的装置，其特征在于，所述装置包括启动单元、脚本单元以及处理单元；

所述启动单元，用于启动虚拟主机仿真环境；

所述脚本单元，用于通过脚本发出测试命令；

所述处理单元，用于FTL根据对应的测试命令类型对虚拟闪存中的数据进行处理。

7.根据权利要求6所述的一种提高FTL算法开发和验证效率的装置，其特征在于，所述处理单元包括写入模块、读取模块以及Flag模块；

所述写入模块，用于FTL将数据写入虚拟闪存中；

所述读取模块，用于FTL读取虚拟闪存中的数据；

所述Flag模块，FTL将相应的Flag数据写入虚拟闪存中。

8.根据权利要求7所述的一种提高FTL算法开发和验证效率的装置，其特征在于，所述写入模块包括申请子模块、转换子模块、写请求子模块以及写入子模块；

所述申请子模块，用于FTL申请存储空间；

所述转换子模块，用于FTL进行逻辑地址到物理地址的转换；

所述写请求子模块，用于下发写请求到虚拟Flash控制器；

所述写入子模块，用于虚拟Flash控制器根据写请求向虚拟闪存中写入数据。

9.根据权利要求7所述的一种提高FTL算法开发和验证效率的装置，其特征在于，所述读取模块包括读请求子模块以及读取子模块；

所述读请求子模块，用于下发读请求到虚拟Flash控制器；

所述读取子模块，用于虚拟Flash控制器根据读请求从虚拟闪存中读取数据。

10.根据权利要求8所述的一种提高FTL算法开发和验证效率的装置，其特征在于，所述写入子模块包括获取子模块、确定子模块、第一存储子模块，第二存储子模块；

所述获取子模块，用于获取虚拟闪存的存储空间大小；

所述确定子模块，用于确定虚拟闪存中Block以及Page Date的个数；

所述第一存储子模块，用于向虚拟闪存中每个Block存储一个Meta信息；

所述第二存储子模块，用于向虚拟闪存中每个Page Date的前16Byte存储空间存储数据。