CN109582507B - 用于nvdimm的数据备份和恢复方法、nvdimm控制器以及nvdimm - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于NVDIMM的数据备份和恢复方法、NVDIMM控制器以及NVDIMM。NVDIMM(200)包括DRAM(201)、NAND闪存(202)和NVDIMM控制器(100)，NVDIMM控制器控制NVDIMM并包括DDR控制器(101)、NAND闪存控制器(102)、数据备份模块(103)和数据恢复模块(104)，DRAM采用DBI并使能DBI。在数据备份时，DDR控制器从DRAM读取N位DQi和1位DBIi并将其发送至数据备份模块，当DBIi为1时，数据备份模块比较DQi和DQi‑1,如果DQi和DQi‑1中值不相同的位数大于N/2，则翻转DQi，并将DBIi置为0，否则保持DQi和DBIi不变；当DBIi为0时，DQi和DBIi保持不变，数据备份模块将经处理的DQi和DBIi发送至NAND控制器，NAND控制器将经处理的DQi和DBIi写入NAND闪存。

Description

用于NVDIMM的数据备份和恢复方法、NVDIMM控制器以及 NVDIMM
技术领域
本发明涉及非易失性内存领域，更具体地涉及一种低功耗的用于NVDIMM的数据备份方法、数据恢复方法、NVDIMM控制器以及NVDIMM。
背景技术
NVDIMM是一种非易失性内存,包括DRAM、NAND闪存(NAND Flash)和NVDIMM控制器。在主板/CPU异常或掉电时，通过中断或消息通知NVDIMM控制器，NVDIMM控制器会将DRAM中的数据备份到NAND闪存。之后在主板/CPU重新上电时，主板/CPU会通知NVDIMM控制器将备份在NAND闪存中的数据恢复到DRAM，并给超级电容充电。NVDIMM在数据备份时由超级电容供电，但超级电容供电能力有限，且随服役时间和工作温度升高有较大衰减。对于NVDIMM而言，数据备份的功耗和数据备份/恢复的时间是两个重要的产品性能指标，决定了超级电容的容量、可靠性和产品的成本。数据备份功耗增加势必需要提升超级电容容量来弥补，而超级电容容量增加会带来成本增加和可靠性降低；数据备份/恢复时间决定了数据备份过程中的功耗及用户体验。因此，低功耗的NVDIMM数据快速备份和恢复方法可明显提高产品的竞争力。
对于DDR4的NVDIMM控制器，功耗主要来自于DDR和NAND接口，现有技术在DDR接口侧使用DBI(Data Bus Inversion)可降低功耗约25-40％，由于NAND闪存接口没有提供数据翻转的信号，因此针对NAND接口的降功耗难以实现。而NAND闪存通常工作在1.8V(ONFI4.0以下版本)，是NVDIMM控制器接口功耗主要来源。
中国专利公开CN107861901A公开了一种基于NVDIMM-F的存储方法及系统。该方法包括：CPU在接收到待存储数据时，将待存储数据发送至NVDIMM-F；NVDIMM-F保存待存储数据。本发明提供的方法通过将待存储数据直接存储在NVDIMM-F，大大提升了待存储数据传输的速率。但是该方法仅涉及NVDIMM将数据存储在NAND的操作，并没有涉及如何根据操作数据特点在NAND接口上进行低功耗设计以降低NAND接口的功耗。
发明内容
本发明针对使用了DBI的DDR的NVDIMM控制器，在数据备份时根据DDR数据(DBI使能)特点，在DBI信号没有翻转，而与相邻DDR数据进行比较后符合翻转规则时翻转数据来降低NAND接口功耗。可选地，在数据备份时将DDR数据和DBI信号按照一定格式进行编码排列，从而提高数据恢复的速率。本发明可以解决针对使用了DBI的DDR的NVDIMM控制器以下问题：
a)降低NAND接口的功耗；
b)提高数据恢复速率。
根据本发明的第一方面，提供一种用于NVDIMM的数据备份方法，所述NVDIMM包括DRAM、NAND闪存和NVDIMM控制器，所述NVDIMM由NVDIMM控制器所控制，所述NVDIMM控制器包括DDR控制器、NAND闪存控制器和数据备份模块，其中所述DRAM采用DBI并使能DBI，所述数据备份方法包括：
所述DDR控制器从所述DRAM读取N位DQi和1位DBIi，并将所述N位DQi和1位DBIi发送至所述数据备份模块，
当DBIi为1时，所述数据备份模块比较DQi和DQi-1,如果DQi和DQi-1中值不相同的位数大于N/2，则将DQi翻转，并将DBIi置为0，否则保持DQi和DBIi不变；当DBIi为0时，DQi和DBIi保持不变，
所述数据备份模块将经处理的DQi和DBIi发送至所述NAND控制器，所述NAND控制器将经处理的DQi和DBIi写入所述NAND闪存。
根据本发明第一方面的一个优选实施方案，其中，所述数据备份模块以所述NAND闪存的页为单元布置DQi和DBIi的顺序。
根据本发明第一方面的一个优选实施方案，其中，所述DRAM是DDR4。
根据本发明第一方面的一个优选实施方案，其中，所述DRAM是DDR4×8或DDR4×16。
根据本发明的第二方面，提供一种用于NVDIMM的数据恢复方法，所述NVDIMM包括DRAM、NAND闪存和NVDIMM控制器，所述NVDIMM由NVDIMM控制器所控制，所述NVDIMM控制器包括DDR控制器、NAND闪存控制器和数据恢复模块，其中所述DRAM采用DBI并使能DBI，所述数据恢复方法包括：
所述NAND控制器从所述NAND闪存读取N位DQi和1位DBIi，并将所述N位DQi和1位DBIi发送至所述数据恢复模块，
所述数据恢复模块判断DQi和DBIi的值，如果DBIi＝0且DQi中“1”的个数少于等于N/2个，则所述数据恢复模块将DQi翻转，并将DBIi改写为1，否则保持DQi和DBIi不变，
所述数据恢复模块将经处理的DQi和DBIi发送至所述DDR控制器，所述DDR控制器根据所述1位DBIi的值拉低或拉高所述DDR控制器的接口的DBI，并将DQi发送至所述DRAM。
根据本发明第二方面的一个优选实施方案，其中，所述数据恢复模块以NAND闪存的页为单元恢复得到DQi和DBIi。
根据本发明第二方面的一个优选实施方案，其中，所述DRAM是DDR4。
根据本发明第二方面的一个优选实施方案，其中，所述DRAM是DDR4×8或DDR4×16。
根据本发明的第三方面，提供一种NVDIMM控制器，所述NVDIMM控制器包括DDR控制器和NAND闪存控制器，所述NVDIMM控制器用于控制NVDIMM，所述NVDIMM包括DRAM和NAND闪存，其中所述DRAM采用DBI，其特征在于，
所述NVDIMM控制器还包括：
数据备份模块，当DBIi为1时，所述数据备份模块比较DQi和DQi-1,如果DQi和DQi-1中值不相同的位数大于N/2，则将DQi翻转，并将DBIi置为0，否则保持DQi和DBIi不变；当DBIi为0时，DQi和DBIi保持不变；以及
数据恢复模块，所述数据恢复模块判断从所述NAND闪存控制器接收的DQi和DBIi的值，如果DBIi＝0且DQi中“1”的个数少于等于N/2个，则所述数据恢复模块将DQi翻转，并将DBIi改写为1，否则保持DQi和DBIi不变。
根据本发明第三方面的一个优选实施方案，其中，所述数据备份模块以NAND闪存的页为单元布置DQi和DBIi的顺序。
根据本发明第三方面的一个优选实施方案，其中，所述数据恢复模块以NAND闪存的页为单元恢复得到DQi和DBIi。
根据本发明第三方面的一个优选实施方案，其中，所述DRAM是DDR4。
根据本发明第三方面的一个优选实施方案，其中，所述DRAM是DDR4×8或DDR4×16。
根据本发明的第四方面，提供一种NVDIMM，该NVDIMM包括根据本发明第三方面所述的NVDIMM控制器。
附图说明
通过下文结合附图的详细说明，将更好地理解本发明。应理解，这些附图仅出于示例目的，且未必按比例绘制。在附图中：
图1是根据本发明一个实施方案的NVDIMM控制器的系统框图。
图2是根据本发明一个实施方案的NVDIMM的示意图。
具体实施方式
根据本发明，NVDIMM控制器实现非易失性功能主要由DDR控制器、NAND闪存控制器及数据备份/恢复模块三部分完成，这三部分是使用FPGA或ASIC实现的。本发明针对使用了DBI功能的DDR。除非另有指出，否则本文中所描述的DDR是DDR4，但应理解，本发明不限于此，本发明同样适用于其他支持DBI的现有DDR版本和未来DDR版本。
图1也示出了根据根据本发明一个实施方案的数据备份和恢复方法。以DDR4x8为例，与DDR控制器相关的接口信号是8比特DQ和1比特DBI。
下面将具体描述NVDIMM控制器的数据备份方法。
DDR控制器从DRAM读取数据，由于DBI的作用，DQ中‘1’的个数和DBI指示有9种可能，如表1所示，DBI为‘0’说明DQ数据有翻转，反之，DQ没有翻转。
表1：DQ和DBI的数值以及关系
数据备份模块对DQ和DBI进行处理。对于DQi,如果该DQi的DBI为1，则数据备份模块将DQi与DQi-1进行比较，检测DQi与DQi-1中值不相同的位数。如果值不相同的位数大于N/2，其中N为DQ的位数，则数据备份模块将DQi翻转，并将DQi的DBI置为0，如果值不相同的位数小于等于N/2,则数据备份模块保持DQi和DBIi不变。如果DQi的DBI为0，则数据备份模块不进行DQi与DQi-1的比较，保持DQi和DBIi不变。数据备份模块将经处理的DQ和DBI发送至NAND控制器，通过NAND控制器将经处理DQ和DBI写入NAND闪存，完成数据备份。
数据备份模块对DQ和DBI进行处理时可以以NAND闪存的页(page)为单元。以9KB大小的page为例，从DDR接口读取8KB DQ和1KB DBI，将DQ和DBI按照格式:
DQ0DQ1DQ2DQ3DQ4DQ5DQ6DQ7DBI0DBI1DBI2DBI3DBI4DBI5DBI6DBI7进行组织。应理解，DQi是8KB，而DBIi是1KB。此外，应理解，可以任何其他适合的格式。
NVDIMM控制器数据恢复时方法如下：
NAND控制器从NAND闪存读取DQ和DBI，并发送至数据恢复模块。数据恢复模块的解码规则为：如果DBIi＝0且对应的DQi中的1的数目少于等于4个，则数据恢复模块将DQi翻转，并将DBIi改写为1，否则保持DQi和DBIi不变；如果DBIi＝0且对应的DQi中的1的数目大于4个或者如果DBIi＝1则数据恢复模块保持DQi和DBIi不变。然后数据备份恢复模块将DQ通过DDR控制器按照DBI的规则恢复写入DRAM。
当数据备份模块以NAND闪存的页(page)为单元对DQ和DBI进行处理时，以page为单位读取备份写入的数据，按照写入的格式解析得到存储在NAND闪存中的DQ和DBI。
图2是根据本发明一个实施方案的NVDIMM的示意图。如图2所示，NVDIMM控制器100包括DDR控制器101、NAND闪存控制器102、数据备份模块103和数据恢复模块104。NVDIMM控制器控制包括DRAM201和NAND闪存202的NVDIMM200，数据备份/恢复模块实现上文关于图1描述的数据备份方法和数据恢复方法。所述DDR控制器与所述DRAM相连接，所述NAND闪存控制器与所述NAND闪存相连接，所述数据备份模块与所述DDR控制器和所述NAND闪存控制器相连接，且所述数据恢复模块与所述DDR控制器和所述NAND闪存控制器相连接。
应理解，这些实施例仅出于示例目的，本领域技术人员可以做出许多变体，而本发明的范围由权利要求限定。

Claims (14)

1.一种用于NVDIMM的数据备份方法，所述NVDIMM包括DRAM、NAND闪存和NVDIMM控制器，所述NVDIMM由NVDIMM控制器所控制，所述NVDIMM控制器包括DDR控制器、NAND闪存控制器和数据备份模块，其中所述DRAM采用DBI并使能DBI，所述数据备份方法包括：
所述DDR控制器从所述DRAM读取N位DQi和1位DBIi，并将所述N位DQi和1位DBIi发送至所述数据备份模块，
当DBIi为1时，所述数据备份模块比较DQi和DQi-1,如果DQi和DQi-1中值不相同的位数大于N/2，则将DQi翻转，并将DBIi置为0，否则保持DQi和DBIi不变；当DBIi为0时，DQi和DBIi保持不变，
所述数据备份模块将经处理的DQi和DBIi发送至所述NAND控制器，所述NAND控制器将经处理的DQi和DBIi写入所述NAND闪存。
2.根据权利要求1所述的数据备份方法，其中，所述数据备份模块以所述NAND闪存的页为单元布置DQi和DBIi的顺序。
3.根据权利要求1或2所述的数据备份方法，其中，所述DRAM是DDR4。
4.根据权利要求3所述的数据备份方法，其中，所述DRAM是DDR4×8或DDR4×16。
5.一种用于NVDIMM的数据恢复方法，所述NVDIMM包括DRAM、NAND闪存和NVDIMM控制器，所述NVDIMM由NVDIMM控制器所控制，所述NVDIMM控制器包括DDR控制器、NAND闪存控制器和数据恢复模块，其中所述DRAM采用DBI并使能DBI，所述数据恢复方法包括：
所述NAND控制器从所述NAND闪存读取N位DQi和1位DBIi，并将所述N位DQi和1位DBIi发送至所述数据恢复模块，
所述数据恢复模块判断DQi和DBIi的值，如果DBIi＝0且DQi中“1”的个数少于等于N/2个，则所述数据恢复模块将DQi翻转，并将DBIi改写为1，否则保持DQi和DBIi不变，
所述数据恢复模块将经处理的DQi和DBIi发送至所述DDR控制器，所述DDR控制器根据所述1位DBIi的值拉低或拉高所述DDR控制器的接口的DBI，并将DQi发送至所述DRAM。
6.根据权利要求5所述的数据恢复方法，其中，所述数据恢复模块以NAND闪存的页为单元恢复得到DQi和DBIi。
7.根据权利要求5或6所述的数据恢复方法，其中，所述DRAM是DDR4。
8.根据权利要求7所述的数据恢复方法，其中，所述DRAM是DDR4×8或DDR4×16。
9.一种NVDIMM控制器，所述NVDIMM控制器包括DDR控制器和NAND闪存控制器，所述NVDIMM控制器用于控制NVDIMM，所述NVDIMM包括DRAM和NAND闪存，其中所述DRAM采用DBI，其特征在于，
所述NVDIMM控制器还包括：
数据备份模块，当DBIi为1时，所述数据备份模块比较DQi和DQi-1,如果DQi和DQi-1中值不相同的位数大于N/2，则将DQi翻转，并将DBIi置为0，否则保持DQi和DBIi不变；当DBIi为0时，DQi和DBIi保持不变；以及
数据恢复模块，所述数据恢复模块判断从所述NAND闪存控制器接收的DQi和DBIi的值，如果DBIi＝0且DQi中“1”的个数少于等于N/2个，则所述数据恢复模块将DQi翻转，并将DBIi改写为1，否则保持DQi和DBIi不变。
10.根据权利要求9所述的NVDIMM控制器，其中，所述数据备份模块以NAND闪存的页为单元布置DQi和DBIi的顺序。
11.根据权利要求10所述的NVDIMM控制器，其中，所述数据恢复模块以NAND闪存的页为单元恢复得到DQi和DBIi。
12.根据权利要求10所述的NVDIMM控制器，其中，所述DRAM是DDR4。
13.根据权利要求12所述的NVDIMM控制器，其中，所述DRAM是DDR4×8或DDR4×16。
14.一种NVDIMM，包括如权利要求9-13任一项所述的NVDIMM控制器。
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