CN109918022A - 一种ssd开卡坏块表继承方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种SSD开卡坏块表继承方法，本方法考虑到多种实际场景，保证已有的坏块信息在重新开卡或者量产的时候不被丢失。尤其是利用盘的运行信息进行弱块筛选与预测，对全数据块进行体检，可以提前剔除不良物理块，并在下次开卡或者量产的时候得到有效的继承，从而可以保存所有block的完整历史信息，防止由于异常操作或者错误导致无法继承历史坏块信息的问题，对存储系统的正常运行提供了有力的保障。

Description

一种SSD开卡坏块表继承方法

技术领域

本发明涉及一种SSD开卡坏块表继承方法，属于固态硬盘存储器技术领域。

背景技术

固态硬盘（SSD）的存储组件采用Nand Flash，Nand Flash因其自身的制作工艺和物理特性的约束，在出厂及后续使用过程中会产生不能再被用户使用的存储块(block)，常称为坏块(bad block)。SSD固件在开卡或者量产阶段会按照一定的逻辑生成坏块表(badblock table)来记录这些物理Block的位置，从而在运行过程中在选择可用block进行读写时可以跳过这些坏块。同时，在运行过程中新增的坏块信息常被存储于SSD系统块信息(block_info)结构体中，并跟随下电过程存储到nand flash中。

在SSD固件开发过程或者交付客户使用后，不可避免的会涉及到重新开卡或者量产的过程，这些过程往往会伴随着nand flash的全盘擦除过程，一旦之前建立的坏块信息丢失，将会使固件在后续运行过程中无法躲避潜在坏块而导致系统产生读失败及无法纠错的后果，进而是有效数据的丢失。因此，完善的坏块表继承方案是固件开发过程中的重要环节。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供一种SSD开卡坏块表继承方法，考虑到多种实际场景，保证已有的坏块信息在重新开卡或者量产的时候不被丢失。

为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种SSD开卡坏块表继承方法，包括以下步骤：A、判断固态硬盘是否是新颗粒，如果是则执行步骤C，否则执行步骤B；B、判断开卡命令是否自带坏块表，如果是带坏块表的量产，则执行步骤H，否则执行步骤D；C、逐个块读取原厂坏块标记，判断是否为原厂坏块，如果是原厂坏块则执行步骤G，否则执行步骤E；D、扫描系统存储的块信息区域，恢复盘内保存的块信息结构体，如果存在有效数据，则执行步骤J，否则执行步骤E；E、向NAND 发送块擦除命令，并判断擦除结束状态，如果擦除失败则执行步骤G，如果擦除成功则判断开卡命令是否带有全盘巡检命令，如果有则执行步骤F，如果没有则判定为好块；F、在该块写入随机数据进行巡检校验，判断是否校验失败，如果是，则执行步骤G，如果否，则判定为好块；G、将该块记录为坏块，记录坏块信息到坏块表，待所有坏块信息获取结束则执行步骤I；H、解析开卡命令中携带的坏块表信息，然后执行步骤I；I、将已有全部的坏块信息组合成坏块表，然后将坏块表写入NAND的不同位置；J、执行复合坏块表恢复方案，形成最新的坏块表，复合坏块表恢复方案包括坏块表恢复和弱块预测筛选，坏块表恢复是读取盘上的结构体信息，基于SSD在运行时保存下来的管理信息，将已经发生过擦写失败的块标记为坏块，形成基础坏块表，弱块预测筛选是对发生过读失败以及擦写次数超过设定阈值的块进行分析，将这些块的管理信息导出到上位机，结合每个物理块的擦写次数、工作的平均温度、读失败次数及发生读错误时候未被纠错算法纠正的错误信息确定筛选规则，挑选出需要进行弱块检测的可疑块，针对这些块设计测试程序，并将此程序注入到SSD主控芯片中，待执行完毕后，根据反馈的原始比特误码率信息，挑选出弱块，结合已经形成的基础坏块表，生成最终坏块表。

进一步的，结合每个物理块的擦写次数、工作的平均温度、读失败次数及发生读错误时候未被纠错算法纠正的错误信息确定的筛选规则为：在一定温度下，擦写次数达到极限阈值的，读失败但可以通过纠错算法纠错的情况次数比其他物理课明显高出很多的以及不能纠错的标记为可疑块。

进一步的，所处测试程序是指对可疑块做读写擦测试，根据读操作的原始误码率和物理块的擦写次数，判断控制器纠错模块是否还能满足，如果认为不能掌控，就将此物理块提前标记为坏块。

进一步的，步骤J中，所述管理信息包括发生读失败、写失败及擦除失败的次数统计。

进一步的，判断固态硬盘是否是新颗粒的过程为：读取盘特定的坏块表存放区域，判断当前有无数据，如果判断当前内容为空，则检查备份坏块表，如果所有坏块表都为空，则说明是原厂新颗粒。

进一步的，步骤F中，写入随机数据进行巡检校验的过程为：将块的字线的数量等分为6份，每份选取一个字线写入随机数据，然后读取该字线，判断错误率是否超过阈值，如果超过阈值则认为校验失败。

进一步的，本方法在固态硬盘固件中实现或者集成在上位机工具中。

本发明的有益效果：本发明考虑到多种实际场景，保证已有的坏块信息在重新开卡或者量产的时候不被丢失。尤其是利用盘的运行信息进行弱块筛选与预测，对全数据块进行体检，可以提前剔除不良物理块，并在下次开卡或者量产的时候得到有效的继承，从而可以保存所有block的完整历史信息，防止由于异常操作或者错误导致无法继承历史坏块信息的问题，，对存储系统的正常运行提供了有力的保障。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

NAND Flash坏块有两种类型，一种是原厂坏块，即在出厂之时就被厂商标志为坏块，这种坏块可以根据颗粒手册中的判定方法获取，如读取block中特定字节的数据是否是0xff或者通过写操作判断返回值状态等。另一种坏块是在后期使用过程中逐步产生，当其擦写次数达到寿命极限时，这种Block常会出现擦除失败、写失败或者读的时候错误位（errorbit）太多导致无法全部纠错。这些block就需要被固件甄别出来，也标注为坏块，在下次选择可用空闲块的时候跳过那些坏块，保证读写的正常进行。

在一次开卡之后，如果固态硬盘一直正常运行且不需要重新开卡的时候，坏块信息常被保存到系统块信息结构体(block_info)中，并能跟随下电过程保存。在下次上电的时候固件能够按照一定的算法查找到并进行恢复。但是存在如下几种情况可能会导致坏块信息的丢失：1）需要重新开卡或者量产；2）运行过程中出现异常导致无法保存最新信息，如果强行下电重新，恢复程序将只能获取到之前保存的历史坏块信息，导致新生成坏块信息丢失；3）坏块信息无法在nand中读出来，此时可以将坏块表导出来，再通过本发明方案跟随开卡写下去。坏块表的丢失，将会影响开卡后的block选取，一旦选取到潜在坏块，就会导致用户数据无法安全存储，甚至丢失。

针对上述几种问题，本实施例提出了一种复合的坏块表继承方法，引入贴合实际应用的坏块表恢复和弱块预测算法。与传统的坏块表形成方案不同的是，可以利用固件程序及上位机算法程序，根据已经使用的物理块数据统计以及特性检测，将潜在坏块剔除，解决了需要二次开卡时遇到的无法继承坏块表的问题。

如图1所示，本实施例所述SSD开卡坏块表继承方法包括以下步骤：

A、读取盘特定的坏块表存放区域，判断当前有无数据，如果判断当前内容为空(裸数据为0xff)，则检查备份坏块表，如果所有坏块表都为空，则说明是原厂新颗粒，直接执行步骤C，否则执行步骤B；

B、如果不是原厂颗粒，则判断开卡命令是否自带坏块表，如果是带坏块表的量产，则执行步骤H，否则执行步骤D；

C、逐个Block读取原厂坏块标记，判断是否为原厂坏块，如果是原厂坏块则执行步骤G，否则执行步骤E；

D、扫描系统存储的块信息区域，恢复盘内保存的块信息Blockinfo，如果存在有效数据，则执行步骤J，否则执行步骤E；

E、向NAND发送Block擦除命令，并判断擦除结束状态，如果擦除失败则执行步骤G，如果擦除成功则判断开卡命令是否带有全盘巡检命令，如果有则执行步骤F；

F、将该Block的WordLine的数量等分6份，每份选取一个WL写入随机数据，然后读取该WL，判断Error Bits是否超过阈值，如果超过阈值则认为校验失败，执行步骤G；

G、将该Block记录为坏块，生成一个DWORD的坏块信息，待所有Bad Block信息获取结束则执行步骤I；

H、解析开卡命令中携带的坏块表信息，然后执行步骤I；

I、将已有全部的坏块信息组合成坏块表，然后将坏块表写入NAND的不同位置；

J、执行本方案提出的复合坏块表恢复方案，形成最新的坏块表。

本实施例中，复合坏块表恢复算法包括坏块表恢复和弱块预测筛选算法。坏块恢复是读取盘上结构体（blockinfo）信息，基于SSD在运行时保存下来的管理信息如：发生读失败、写失败及擦除失败的次数统计等，将已经发生过擦写失败的块标记为坏块，形成基础坏块表。

其次进行弱块预测筛选算法。提出的弱块筛选算法的核心思想是对发生过读失败的块以及擦写次数超过阈值的块进行分析，然后将这些块的管理信息导出到上位机，综合每个物理块的擦写次数、工作的平均温度、读失败次数及发生读错误时候未被纠错算法纠正的错误信息确定自己的筛选规则，挑选出需要进行弱块检测的可疑块，针对这些块设计测试程序(根据不同nand厂商及批次型号，设计不同的测试阈值和条件)，并将此程序注入到SSD主控芯片中，待执行完毕后，根据反馈的原始比特误码率信息，挑选出弱块。结合已经形成的基础坏块表，生成最终坏块表。本方案涉及的弱块预测与筛选算法创新之处在于，使用了盘运行过程中记录下来的健康管理信息，该信息记录了盘内物理块的使用情况，经过对信息的分析，结合前期对nand特性的掌握，我们可以及时获取各个数据区物理块的健康状态，剔除潜在坏块，从而利用开卡过程对盘进行了一次健康检查。该方案可以较为准确的恢复出坏块表，确保开卡后不会使用到潜在弱块，保证了数据的安全性。

本实施例中，合每个物理块的擦写次数、工作的平均温度、读失败次数及发生读错误时候未被纠错算法纠正的错误信息确定的筛选规则为：在一定温度下，擦写次数达到极限阈值的，读失败但可以通过纠错算法纠错的情况次数比其他物理课明显高出很多的以及不能纠错的标记为可疑块。

所处测试程序是指对可疑块做读写擦测试，根据读操作的原始误码率和物理块的擦写次数，判断控制器纠错模块是否还能满足，如果认为不能掌控，就将此物理块提前标记为坏块。

通过本实施例所述方法，可以保证通过多种途径恢复坏块表信息，尤其是利用盘的运行信息进行弱块筛选与预测，对全数据块进行体检，可以提前剔除不良物理块，并在下次开卡或者量产的时候得到有效的继承，从而可以保存所有block的完整历史信息，防止由于异常操作或者错误导致无法继承历史坏块信息的问题，对存储系统的正常运行提供了有力的保障。

以上描述的仅是本发明的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本发明作出的改进和替换，属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种SSD开卡坏块表继承方法，其特征在于：包括以下步骤：A、判断固态硬盘是否是新颗粒，如果是则执行步骤C，否则执行步骤B；B、判断开卡命令是否自带坏块表，如果是带坏块表的量产，则执行步骤H，否则执行步骤D；C、逐个块读取原厂坏块标记，判断是否为原厂坏块，如果是原厂坏块则执行步骤G，否则执行步骤E；D、扫描系统存储的块信息区域，恢复盘内保存的块信息结构体，如果存在有效数据，则执行步骤J，否则执行步骤E；E、向NAND发送块擦除命令，并判断擦除结束状态，如果擦除失败则执行步骤G，如果擦除成功则判断开卡命令是否带有全盘巡检命令，如果有则执行步骤F，如果没有则判定为好块；F、在该块写入随机数据进行巡检校验，判断是否校验失败，如果是，则执行步骤G，如果否，则判定为好块；G、将该块记录为坏块，记录坏块信息到坏块表，待所有坏块信息获取结束则执行步骤I；H、解析开卡命令中携带的坏块表信息，然后执行步骤I；I、将已有全部的坏块信息组合成坏块表，然后将坏块表写入NAND的不同位置；J、执行复合坏块表恢复方案，形成最新的坏块表，复合坏块表恢复方案包括坏块表恢复和弱块预测筛选，坏块表恢复是读取盘上的结构体信息，基于SSD在运行时保存下来的管理信息，将已经发生过擦写失败的块标记为坏块，形成基础坏块表，弱块预测筛选是对发生过读失败以及擦写次数超过设定阈值的块进行分析，将这些块的管理信息导出到上位机，结合每个物理块的擦写次数、工作的平均温度、读失败次数及发生读错误时候未被纠错算法纠正的错误信息确定筛选规则，挑选出需要进行弱块检测的可疑块，针对这些块设计测试程序，并将此程序注入到SSD主控芯片中，待执行完毕后，根据反馈的原始比特误码率信息，挑选出弱块，结合已经形成的基础坏块表，生成最终坏块表。

2.根据权利要求1所述的SSD开卡坏块表继承方法，其特征在于：结合每个物理块的擦写次数、工作的平均温度、读失败次数及发生读错误时候未被纠错算法纠正的错误信息确定的筛选规则为：在一定温度下，擦写次数达到极限阈值的，读失败但可以通过纠错算法纠错的情况次数比其他物理课明显高出很多的以及不能纠错的标记为可疑块。

3.根据权利要求1所述的SSD开卡坏块表继承方法，其特征在于：所处测试程序是指对可疑块做读写擦测试，根据读操作的原始误码率和物理块的擦写次数，判断控制器纠错模块是否还能满足，如果认为不能掌控，就将此物理块提前标记为坏块。

4.根据权利要求1所述的SSD开卡坏块表继承方法，其特征在于：步骤J中，所述管理信息包括发生读失败、写失败及擦除失败的次数统计。

5.根据权利要求1所述的SSD开卡坏块表继承方法，其特征在于：判断固态硬盘是否是新颗粒的过程为：读取坏块表存放区域，判断当前有无数据，如果判断当前内容为空，则检查备份坏块表，如果所有坏块表都为空，则说明是原厂新颗粒。

6.根据权利要求1所述的SSD开卡坏块表继承方法，其特征在于：步骤F中，写入随机数据进行巡检校验的过程为：将块的字线的数量等分为6份，每份选取一个字线写入随机数据，然后读取该字线，判断错误率是否超过阈值，如果超过阈值则认为校验失败。

7.根据权利要求1所述的SSD开卡坏块表继承方法，其特征在于：本方法在固态硬盘固件中实现或者集成在上位机工具中。