CN110865945A - 存储设备的扩展地址空间 - Google Patents

Abstract

提供了存储设备的扩展地址空间。提供的访问存储设备的扩展地址空间的方法，包括：获取访问扩展地址空间的写扩展区命令；将写扩展区命令对应的数据写入第一物理地址；根据写扩展区命令生成写镜像区命令；将写镜像区命令对应的数据写入第二物理地址；以及指示写扩展区命令处理完成。

Description

存储设备的扩展地址空间

技术领域

本申请涉及存储设备，具体地，涉及管理与使用存储设备的扩展地址空间。

背景技术

图1展示了固态存储设备的框图。固态存储设备102同主机相耦合，用于为主机提供存储能力。主机同固态存储设备102之间可通过多种方式相耦合，耦合方式包括但不限于通过例如SATA(Serial Advanced Technology Attachment，串行高级技术附件)、SCSI(Small Computer System Interface，小型计算机系统接口)、SAS(Serial AttachedSCSI，串行连接SCSI)、IDE(Integrated Drive Electronics，集成驱动器电子)、USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)、PCIE(Peripheral Component InterconnectExpress,PCIe，高速外围组件互联)、NVMe(NVM Express，高速非易失存储)、以太网、光纤通道、无线通信网络等连接主机与固态存储设备102。主机可以是能够通过上述方式同存储设备相通信的信息处理设备，例如，个人计算机、平板电脑、服务器、便携式计算机、网络交换机、路由器、蜂窝电话、个人数字助理等。存储设备102包括接口103、控制部件104、一个或多个NVM芯片105以及DRAM(Dynamic Random Access Memory，动态随机访问存储器)110。

NAND闪存、相变存储器、FeRAM(Ferroelectric RAM，铁电存储器)、MRAM(MagneticRandom Access Memory，磁阻存储器)、RRAM(Resistive Random Access Memory，阻变存储器)等是常见的NVM。

接口103可适配于通过例如SATA、IDE、USB、PCIE、NVMe、SAS、以太网、光纤通道等方式与主机交换数据。

控制部件104用于控制在接口103、NVM芯片105以及DRAM 110之间的数据传输，还用于存储管理、主机逻辑地址到闪存物理地址映射、擦除均衡、坏块管理等。控制部件104可通过软件、硬件、固件或其组合的多种方式实现，例如，控制部件104可以是FPGA(Field-programmable gate array，现场可编程门阵列)、ASIC(Application SpecificIntegrated Circuit，应用专用集成电路)或者其组合的形式。控制部件104也可以包括处理器或者控制器，在处理器或控制器中执行软件来操纵控制部件104的硬件来处理IO(Input/Output)命令。控制部件104还可以耦合到DRAM 110，并可访问DRAM 110的数据。在DRAM可存储FTL表和/或缓存的IO命令的数据。

控制部件104包括闪存接口控制器(或称为介质接口控制器、闪存通道控制器)，闪存接口控制器耦合到NVM芯片105，并以遵循NVM芯片105的接口协议的方式向NVM芯片105发出命令，以操作NVM芯片105，并接收从NVM芯片105输出的命令执行结果。已知的NVM芯片接口协议包括“Toggle”、“ONFI”等。

存储器目标(Target)是NAND闪存封装内的共享CE(,Chip Enable，芯片使能)信号的一个或多个逻辑单元(LUN，Logic UNit)。NAND闪存封装内可包括一个或多个管芯(Die)。典型地，逻辑单元对应于单一的管芯。逻辑单元可包括多个平面(Plane)。逻辑单元内的多个平面可以并行存取，而NAND闪存芯片内的多个逻辑单元可以彼此独立地执行命令和报告状态。

存储介质上通常按页来存储和读取数据。而按块来擦除数据。块(也称物理块)包含多个页。块包含多个页。存储介质上的页(称为物理页)具有固定的尺寸，例如17664字节。物理页也可以具有其他的尺寸。

在固态存储设备中，利用FTL(Flash Translation Layer，闪存转换层)来维护从逻辑地址到物理地址的映射信息。逻辑地址构成了操作系统等上层软件所感知到的固态存储设备的存储空间。物理地址是用于访问固态存储设备的物理存储单元的地址。在相关技术中还可利用中间地址形态实施地址映射。例如将逻辑地址映射为中间地址，进而将中间地址进一步映射为物理地址。

存储了从逻辑地址到物理地址的映射信息的表结构被称为FTL表。FTL表是固态存储设备中的重要元数据。通常FTL表的数据项记录了固态存储设备中以数据页为单位的地址映射关系。

FTL表包括多个FTL表条目(或称表项)。在一种情况下，每个FTL表条目中记录了一个逻辑页地址与一个物理页的对应关系。在另一种情况下，每个FTL表条目中记录了连续的多个逻辑页地址与连续的多个物理页的对应关系。在又一种情况下，每个FTL表条目中记录了逻辑块地址与物理块地址的对应关系。在依然又一种情况下，FTL表中记录逻辑块地址与物理块地址的映射关系，和/或逻辑页地址与物理页地址的映射关系。

发明内容

除了逻辑地址提供的存储空间，根据本申请实施例的存储设备还通过扩展地址空间来存储其他数据，例如，根据工业标准的S.M.A.R.T.(Self-Monitoring Analysis andReporting Technology，自监测、分析及报告技术)信息，存储设备内部的元数据、存储设备的工作日志等。以及通过将扩展地址空间与逻辑地址空间集成，来使用单一的地址映射机制管理逻辑地址空间与扩展地址空间。

根据本申请的第一方面，提供了根据本申请第一方面的第一访问存储设备的扩展地址空间的方法，包括：获取访问扩展地址空间的写扩展区命令；

将写扩展区命令对应的数据写入第一物理地址；根据写扩展区命令生成写镜像区命令；将写镜像区命令对应的数据写入第二物理地址；以及指示写扩展区命令处理完成。

根据本申请第一方面的第一访问存储设备的扩展地址空间的方法，提供了根据本申请第一方面的第二访问存储设备的扩展地址空间的方法，还包括：获取访问逻辑地址空间的写命令；将写命令对应的数据写入第三物理地址；以及指示写命令处理完成。

根据本申请第一方面的第二访问存储设备的扩展地址空间的方法，提供了根据本申请第一方面的第三访问存储设备的扩展地址空间的方法，其中扩展地址空间与逻辑地址空间分别被映射到中间地址空间的逻辑地址区与扩展区。

根据本申请第一方面的第三访问存储设备的扩展地址空间的方法，提供了根据本申请第一方面的第四访问存储设备的扩展地址空间的方法，其中写扩展区命令访问扩展地址空间的地址被映射到扩展区的第一地址；写镜像命令访问第二地址，第二地址属于中间地址空间的镜像区；第二地址是根据第一地址计算得到。

根据本申请第一方面的第三或第四访问存储设备的扩展地址空间的方法，提供了根据本申请第一方面的第五访问存储设备的扩展地址空间的方法，其中写命令访问第三地址，第三地址属于中间地址空间的逻辑地址区。

根据本申请第一方面的第四或第五访问存储设备的扩展地址空间的方法，提供了根据本申请第一方面的第六访问存储设备的扩展地址空间的方法，其中响应于将写扩展区命令对应的数据写入第一物理地址，记录写扩展区命令访问的第一地址与第一物理地址的对应关系；将写镜像区命令对应的数据写入第二物理地址，记录写镜像区命令访问的第二地址同第二物理地址的对应关系。

根据本申请第一方面的第一至第六访问存储设备的扩展地址空间的方法之一，提供了根据本申请第一方面的第七访问存储设备的扩展地址空间的方法，其中所述写镜像区命令对应的数据同所述写扩展区命令对应的数据相同。

根据本申请第一方面的第四至第六访问存储设备的扩展地址空间的方法之一，提供了根据本申请第一方面的第八访问存储设备的扩展地址空间的方法，其中为逻辑地址区的地址分配第一类存储介质的物理地址；为扩展区的地址分配第二类存储介质的物理地址；以及第二类存储介质具有比第一类存储介质更低的访问延迟。

根据本申请第一方面的第一至第八访问存储设备的扩展地址空间的方法之一，提供了根据本申请第一方面的第九访问存储设备的扩展地址空间的方法，还包括：响应于获取写扩展区命令，为写扩展区命令分配一个或多个缓存单元；其中使用所述一个或多个缓存单元处理所述写镜像区命令。

根据本申请第一方面的第九访问存储设备的扩展地址空间的方法，提供了根据本申请第一方面的第十访问存储设备的扩展地址空间的方法，还包括：响应于将写镜像区命令对应的数据写入第二物理地址，释放所述一个或多个第二缓存单元。

根据本申请第一方面的第九或第十访问存储设备的扩展地址空间的方法，提供了根据本申请第一方面的第十一访问存储设备的扩展地址空间的方法，还包括：响应于获取写命令，为所述写命令分配一个或多个缓存单元。

根据本申请第一方面的第一至第十一访问存储设备的扩展地址空间的方法，提供了根据本申请第一方面的第十二访问存储设备的扩展地址空间的方法，还包括：获取访问扩展地址空间的读扩展区命令；根据读扩展区命令的第一地址获取第一物理地址，从第一物理地址读出数据；响应于从第一物理地址读出数据有误；生成读镜像区命令；根据读镜像区命令的第二地址获取第二物理地址，从第二物理地址读出数据；将从第二物理地址读出的数据作为对所述读扩展区命令的响应。

根据本申请的第二方面，提供了根据本申请第二方面的第一访问存储设备的扩展地址空间的方法，包括：获取访问扩展地址空间的读扩展区命令；根据读扩展区命令的第一地址获取第一物理地址，从第一物理地址读出数据；响应于从第一物理地址读出数据有误；生成读镜像区命令；根据读镜像区命令的第二地址获取第二物理地址，从第二物理地址读出数据；将从第二物理地址读出的数据作为对所述读扩展区命令的响应。

根据本申请第二方面的第一访问存储设备的扩展地址空间的方法，提供了根据本申请第二方面的第二访问存储设备的扩展地址空间的方法，还包括：获取访问逻辑地址空间的读命令；将写命令的第三地址获取第三物理地址，从第三物理地址读出数据；以及将从第三地址读出的数据作为对所述读命令的响应。

根据本申请第二方面的第二访问存储设备的扩展地址空间的方法，提供了根据本申请第二方面的第三访问存储设备的扩展地址空间的方法，其中扩展地址空间与逻辑地址空间分别被映射到中间地址空间的逻辑地址区与扩展区。

根据本申请第二方面的第三访问存储设备的扩展地址空间的方法，提供了根据本申请第二方面的第四访问存储设备的扩展地址空间的方法，其中读扩展区命令访问扩展地址空间的地址被映射到扩展区的第一地址；读镜像命令访问第二地址，第二地址属于中间地址空间的镜像区；第二地址是根据第一地址计算得到。

根据本申请第二方面的第三或第四访问存储设备的扩展地址空间的方法，提供了根据本申请第二方面的第五访问存储设备的扩展地址空间的方法，其中读命令访问第三地址，第三地址属于中间地址空间的逻辑地址区。

根据本申请第二方面的第四或第五访问存储设备的扩展地址空间的方法，提供了根据本申请第二方面的第六访问存储设备的扩展地址空间的方法，其中响应于获取所述读扩展区命令，根据读扩展区命令访问的第一地址查询FTL表得到第一物理地址；响应于生成所述读镜像区命令，根据所述读镜像区命令访问的第二地址，查询FTL表得到第二物理地址。

根据本申请第二方面的第五访问存储设备的扩展地址空间的方法，提供了根据本申请第二方面的第七访问存储设备的扩展地址空间的方法，其中逻辑地址区的第三地址对应的物理地址来自第一类存储介质；扩展区的地址对应的物理地址来自第二类存储介质；以及第二类存储介质具有比第一类存储介质更低的访问延迟。

根据本申请第二方面的第一至第七访问存储设备的扩展地址空间的方法之一，提供了根据本申请第二方面的第八访问存储设备的扩展地址空间的方法，还包括：响应于获取读扩展区命令，为读扩展区命令分配一个或多个缓存单元；其中使用所述一个或多个缓存单元处理所述读镜像区命令。

根据本申请第二方面的第八访问存储设备的扩展地址空间的方法，提供了根据本申请第二方面的第九访问存储设备的扩展地址空间的方法，还包括：响应于从第一物理地址读出数据正确，释放所述一个或多个第二缓存单元。

根据本申请第二方面的第八访问存储设备的扩展地址空间的方法，提供了根据本申请第二方面的第十访问存储设备的扩展地址空间的方法，还包括：响应于从第二物理地址读出数据正确，释放所述一个或多个第二缓存单元。

根据本申请第二方面的第八到第十访问存储设备的扩展地址空间的方法之一，提供了根据本申请第二方面的第十一访问存储设备的扩展地址空间的方法，还包括：响应于获取读命令，为读命令分配一个或多个缓存单元。

根据本申请第三方面，提供了根据本申请第三方面的第一存储设备，包括控制部件与NVM存储介质；所述控制部件执行根据本申请第一方面的访问存储设备的扩展地址空间的方法与本申请第二方面的访问存储设备的扩展空间的方法之一。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是相关技术中固态存储设备的框图；

图2A展示了根据本申请实施例的地址空间映射的示意图；

图2B展示了根据本申请又一实施例的地址空间映射的示意图；

图3是根据本申请实施例的存储设备处理写扩展区命令的框图；

图4是根据本申请实施例的处理写扩展区命令的流程图；

图5是根据本申请实施例的存储设备处理读扩展区命令的框图；以及

图6是根据本申请实施例的处理读扩展区命令的流程图。

具体实施方式

下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图2A展示了根据本申请实施例的地址空间映射的示意图。

根据本申请实施例，存储设备向主机或用户提供逻辑地址空间210。用户根据逻辑地址，访问存储设备提供的逻辑地址空间210。

存储设备维护LTA空间220。LTA空间的元素被称为LTA地址。根据本申请实施例的存储设备的FTL表，记录LTA地址到物理地址的映射关系。

LTA空间包括多个区。图2A中，LTA空间220包括逻辑地址区222、扩展区224与镜像区226。作为举例，逻辑地址空间210被直接映射到LTA空间220的逻辑地址区222，从而逻辑地址空间210同逻辑地址区222具有相同数量的元素。可选地，逻辑地址空间210的元素同逻辑地址区222的对应元素具有相同的值。

使用LTA空间220的扩展区224来记录存储设备的其他数据，例如，S.M.A.R.T.信息、存储设备内部的元数据、存储设备的工作日志等。S.M.A.R.T.信息212被映射到扩展区224，日志区214也被映射到扩展区224。将代表S.M.A.R.T.信息212与日志区214的地址空间称为扩展地址空间。

作为举例，主机访问S.M.A.R.T.信息，存储设备根据访问的S.M.A.R.T.信息，获取对应的扩展区224的地址。日志区214记录存储设备内部的元数据和/或存储设备的工作日志，由存储设备的固件使用。可选地，存储设备还维护S.M.A.R.T.信息或日志区214到扩展区224的映射。从而S.M.A.R.T.信息、日志区各自的地址，同扩展区224的地址，可对应不同的数据单元大小。例如，S.M.A.R.T.信息按字节访问、日治区的数据单元具有512字节或1KB的大小，而LTA地址具有例如4KB大小。依然可选地，存储设备的固件，直接使用LTA地址访问存储设备内部的元数据和/或存储设备的工作日志，从而省去日志区214到扩展区224的地址映射。可选地，日志区的地址加上指定的偏移(例如等于逻辑地址区大小的偏移)得到扩展区224的LTA地址。

根据本申请的实施例，镜像区226提供扩展区224的镜像或副本。镜像区226的LTA地址同扩展区224的LTA地址一一对应。通过例如扩展区224的LTA地址，加上指定的偏移(例如等于扩展区大小的偏移)，得到镜像区226的LTA地址。

访问S.M.A.R.T.信息、存储设备内部的元数据或存储设备的工作日志的主机或存储设备固件，无须意识到镜像区226的存储。从而仅使用扩展区来访问S.M.A.R.T.信息、存储设备内部的元数据或存储设备的工作日志，而由存储设备的内部或底层服务来使用镜像区226，为扩展区224提供镜像服务。

图2A中，LTA空间220的“0”指示LTA空间220的起始地址，“LastLTA”指示LTA空间的结尾地址。

根据本申请实施例的存储设备，通过FTL(闪存转换层)表将LTA空间映射到由NVM存储介质提供的物理存储空间230。将访问NVM存储介质的地址称为物理地址。

物理存储空间230的容量通常大于LTA空间的容量。FTL(闪存转换层)根据需要应用垃圾回收、磨损均衡等技术来管理LTA空间220到物理存储空间230的映射。

图2B展示了根据本申请又一实施例的地址空间映射的示意图。

同图2A相比，在图2B展示的实施例中，根据LTA空间的不同区域，通过FTL表将LTA空间映射NVM存储介质提供的不同种类的物理存储空间，或映射到不同种类的NVM存储介质。作为举例，在图2B中，将LTA空间的逻辑地址区222，映射到TLC(Trible Level Cell，三级存储单元)类型的NVM存储介质，而将扩展区224与镜像区226映射到SLC(Single LevelCell，单级存储单元)类型的NVM存储介质。TLC类型的NVM存储介质的单位容量具有更低的成本，而SLC类型的NVM存储介质具有更高的可靠性与更低的访问延迟。

依然可选地，由其他类型的存储介质来服务于LTA空间的不同区域。例如，将逻辑地址区222映射到NAND闪存，而将扩展区224与镜像区226映射到按字节寻址的非易失存储介质。

可选地，或进一步地，FTL(闪存转换层)对逻辑地址区222、扩展区224和/或镜像区226分别实施垃圾回收和/或磨损均衡。依然可选地，FTL(闪存转换层)仅对逻辑地址区222实施垃圾回收和/或磨损均衡，而不对扩展区224和镜像区226实施垃圾回收和/或磨损均衡。

图3是根据本申请实施例的存储设备处理写扩展区命令的框图。

图3示出的控制部件包括主机接口310、BU分配单元320、命令处理单元330、命令完成单元340和用于访问NVM芯片的介质接口350。主机接口310、BU分配单元320、命令处理单元330、命令完成单元340和介质接口350均可由CPU、专用硬件或其组合实现。

写扩展区的命令可以来自主机的例如更新S.M.A.R.T.信息的命令，或者来自固件的更新存储设备的元数据和/或存储设备的工作日志的访问请求。通过主机接口310接收来自主机的命令，主机接口310将主机命令提供给BU分配单元。而存储设备固件的访问请求也发送给BU分配单元，以进行写扩展区命令的处理。将向扩展区写数据的主机命令或更新存储设备的元数据和/或存储设备的工作日志的访问请求，统称为写扩展区命令。将主机提供给存储设备的向逻辑地址空间的写入数据的命令，称为写命令。

根据本申请的实施例，存储设备包括多个缓存单元(Buffer Unit,BU)362。缓存单元用于容纳要写入存储设备的数据，或从存储设备读出的数据。

BU分配单元320管理缓存单元的使用，并为写命令或写扩展区命令分配缓存单元。作为举例，缓存单元具有指定的大小。为每个写命令或写扩展区命令分配一个或多个缓存单元，以容纳要写入存储设备的数据。

以写扩展区命令为例，被分配了缓存单元的写扩展区命令被添加到命令集合360。通过设置命令集合360，BU分配单元320同命令处理单元330的操作不必同步发生。将一个写扩展区命令(或写命令、写镜像区命令)添加到命令集合后，BU分配单元继续处理其他命令。

命令处理单元330从命令集合360获取例如写扩展区命令，并指示介质接口350向NVM芯片发出一个或多个编程操作，以将写扩展区命令所指示的数据存储在NVM芯片。可选地，命令处理单元330还为要写入NVM芯片的数据分配物理地址。作为举例，命令处理单元330以追加方式，为数据顺序地分配NVM芯片的物理地址。依然作为举例，对于写扩展区命令，命令处理单元330为数据分配NVM芯片的指定区域(例如被配置为SLC模式的物理地址区域)的物理地址，或为数据分配SLC类型的存储介质的物理地址。

介质接口350将NVM芯片的编程操作的结果提供给命令完成单元340。响应于编程操作执行成功，命令完成单元340在FTL表364中记录编程操作对应的命令(写命令、写扩展区命令或写镜像区命令)访问的LTA地址与编程操作访问的物理地址的对应关系。

根据本申请的实施例，命令完成单元340还识别处理完成的编程操作对应的命令(写命令、写扩展区命令或写镜像区命令)访问的LTA地址位于LTA空间的哪个区。若命令访问LTA空间的扩展区(参看图2A、2B，扩展区224)，意味着该命令是写扩展区命令，命令完成单元340根据写扩展区命令生成写镜像区(参看图2A、2B，镜像区226)命令。所生成的写镜像区命令，用于将写扩展区命令的数据再写入镜像区。例如，通过将写扩展区命令的LTA地址加上扩展区的大小得到写镜像区命令的LTA地址。命令完成单元340将写镜像区命令提供给例如BU分配单元320。

可选地，BU分配单元320响应于收到来自命令完成单元340的写镜像区命令，重用之前分配给写扩展区命令的缓存单元，将缓存单元分配给同写扩展区命令对应的写镜像区命令，而将缓存单元对应的写扩展区命令的LTA地址，更新为写镜像区命令的LTA地址，以及不改变缓存单元中记录的要写入扩展区的数据，以将同样的数据再写入镜像区。

依然可选地，响应于写扩展区命令处理完成，命令完成单元340指示释放写扩展区命令占用的缓存单元。以及BU分配单元再重新为对应于写扩展区命令的写镜像区命令分配缓存单元。

可选地，命令完成单元340响应于写扩展区命令处理完成，而生成对应的写镜像区命令，而不经过BU分配单元320。命令完成单元340通过写扩展区命令的LTA地址得到写镜像区命令的LTA地址，以及使用分配给写扩展区命令的缓存单元作为写镜像命令的缓存单元。还将生成的写镜像区命令直接添加到命令集合360。

若命令完成单元340识别出处理完成的处理完成的编程操作对应的命令(写命令、写扩展区命令或写镜像区命令)访问的LTA地址位于镜像区，意味着该命令是写镜像区命令。响应于写镜像区命令处理完成，命令完成单元340指示BU分配单元320释放分配给写镜像区命令的数据单元。

若命令完成单元340识别出处理完成的处理完成的编程操作对应的命令(写命令、写扩展区命令或写镜像区命令)访问的LTA地址位于逻辑地址区，意味着该命令是写命令。响应于写命令处理完成，命令完成单元340指示BU分配单元320释放分配给写命令的数据单元。

从而对于主机或固件产生的写扩展区命令，根据本申请的实施例除了处理写扩展区命令，还根据写扩展区命令生成写镜像区命令，以向镜像区写入作为对扩展区的备份的镜像数据。在FTL表中，记录根据写扩展区命令得到的LTA地址与物理地址的对应关系，也记录根据写镜像区命令得到的LTA地址与物理地址的对应关系。并且扩展区的LTA地址与对应的镜像区的LTA地址具有指定的映射关系，从而根据扩展区LTA地址将得到镜像区LTA地址。从而响应于从扩展区读取数据失败，根据本申请实施例的存储设备，将从待读取的扩展区地址得到对应的镜像区地址，并从镜像区地址读出数据，作为对读扩展区的命令的响应。

根据本申请的实施例，以存储设备的各部件以基本相同的方式处理写命令、写扩展区命令与写镜像区命令，也降低了存储设备的复杂度。

可选地或进一步地，若命令完成单元340识别处理完成的编程操作失败，无论该编程操作对应的写命令访问LTA地址空间的哪个区，命令完成单元340都指示BU分配单元320重新处理该编程操作对应的命令。以及可选地，BU分配单元重用为该编程操作对应的命令所分配的缓存单元。

图4是根据本申请实施例的处理写扩展区命令的流程图。

存储设备获取写扩展区命令(410)。写扩展区命令来自例如主机更新S.M.A.R.T.信息，或者固件更新存储设备的元数据和/或存储设备的工作日志。

为写扩展区命令分配一个或多个缓存单元(420)，以临时容纳写扩展区命令要写入的数据。例如，由图3所展示的BU分配单元320为写扩展区命令分配缓存单元。可选地，若存储设备的可用缓存单元数量不足以容纳写扩展区命令要写入的数据，还暂停对写扩展区命令的处理，直到有足够数量的缓存单元可分配给写扩展区命令。

将分配了缓存单元的写扩展区命令添加到命令集合(例如，图3的命令集合360)(430)。

周期性地或者响应于命令集合被添加了命令，命令处理单元(例如，图3的命令处理单元330)从命令集合获取命令，并根据命令，向NVM芯片发送编程操作(440)。可选地，命令处理单元为从命令集合获取的命令的数据单元分配物理地址，并指示例如介质接口(参看图3，介质接口350)向NVM芯片发送编程操作，以将缓存单元的数据写入分配的NVM芯片的物理地址。可选地，命令处理单元还识别从命令集合获取的命令访问LTA空间的哪个区域。对于访问扩展区或镜像区的命令，分配指定区域的物理地址。指定区域是例如SLC类型的NVM芯片、非易失内存、相变存储器、阻变存储器等存储介质。对于访问逻辑地址区的命令，分配诸如TLC类型的NVM芯片的物理地址。

响应于写扩展区命令对应的一个或多个编程操作被处理完成，更新FTL表(450)。在FTL表中记录写扩展区命令访问的扩展区的LTA地址与为编程操作的分配的物理地址的对应关系。一些例子中，写扩展区命令访问多个LTA地址(例如，每个LTA地址对应缓存单元之一)，还在FTL表中记录写扩展命令的诶个LTA地址同物理地址的对应关系。

依据例如命令访问的LTA地址位于扩展区还是镜像区(460)，识别命令是写扩区展命令、写命令还是写镜像区命令。可以理解地，图5中，为了清楚的目的，在对步骤410-460的描述中，使用了术语写扩展区命令。而对于例如命令处理单元330或命令完成单元340，其通过例如识别命令访问的LTA地址的值或者命令中携带的标识来识别命令是写命令、写扩展区命令或写镜像区命令。

在步骤460，对于写扩展区命令，还要根据写扩展区命令生成对应的写镜像区命令，以将写入扩展区的数据再复制到镜像区。生成的写镜像区命令指示同写扩展区命令同样的缓存单元，以及指示将缓存单元的数据写入镜像区地址。通过将扩展区地址加上例如指定的偏移值得到对应的镜像区地址(480)。以及返回步骤430，借用将写扩展区命令添加到命令集合的步骤，将生成的写镜像区命令添加到命令集合。

在步骤460，对于写镜像区命令，或者可选地，对于写命令，响应于写镜像区命令或者写命令处理完成，释放为其分配的缓存单元(470)。

图5是根据本申请实施例的存储设备处理读扩展区命令的框图。

图5示出的控制部件包括主机接口510、BU分配单元520、地址转换单元525、命令处理单元530、命令完成单元540和介质接口550，这些均可由CPU、专用硬件或其组合实现。

读扩展区的命令可以来自主机的例如访问S.M.A.R.T.信息的命令，或者来自固件的访问存储设备的元数据和/或存储设备的工作日志的访问请求。

通过主机接口510接收来自主机的命令，主机接口510将主机命令提供给BU分配单元520。而存储设备固件的访问请求也发送给BU分配单元520，以进行读扩展区命令的处理。将从扩展区读数据的主机命令或获取存储设备的元数据和/或存储设备的工作日志的访问请求，统称为读扩展区命令。将主机提供给存储设备的从逻辑地址空间获取数据的命令，称为读命令。

存储设备包括多个缓存单元(Buffer Unit,BU)562。BU分配单元520管理缓存单元的使用，并为读命令或读扩展区命令分配缓存单元。

读扩展区命令指示了要访问的LTA地址。可选地，为了读取S.M.A.R.T.信息、存储设备的元数据和/或存储设备的工作日志，还根据读取的对象得到要访问的LTA地址。在处理读扩展区命令时，通过地址转换单元525，查询FTL表564，以将LTA地址转换为物理地址。类似地，为处理读镜像区地址，也通过地址转换单元525将LTA地址转换为物理地址。为处理读命令，可选地，根据读命令指示的逻辑地址得到LTA地址，并通过地址转换单元525将LTA地址转换为物理地址。在一些情况下，逻辑地址同LTA地址相同。

继续参看图5，以读扩展区命令为例，被分配了缓存单元且得到了对应的物理地址的读扩展区命令被添加到命令集合560。

命令处理单元530从命令集合560获取例如读扩展区命令，并根据物理地址指示介质接口550向NVM芯片发出一个或多个读操作，以从NVM芯片读出读扩展区命令所指示的数据。从NVM芯片读出的数据，被缓存在分配给读扩展区命令的缓存单元。

作为举例，对于读扩展区命令，从FTL查到的物理地址是NVM芯片的指定区域(例如被配置为SLC模式的物理地址区域)的物理地址，或SLC类型的存储介质的物理地址。

介质接口550将NVM芯片的读操作的结果提供给命令完成单元540。响应于读操作执行成功，命令完成单元540指示BU分配单元520释放为读操作对应的命令(读命令、读扩展区命令或读镜像区命令)分配的缓存单元。

响应于读操作执行失败，命令完成单元540还识别处理完成的读操作对应的命令(读命令、读扩展区命令或读镜像区命令)访问的LTA地址位于LTA空间的哪个区，并进行不同的后续处理。若命令访问LTA空间的扩展区(参看图2A、2B，扩展区224)，意味着该命令是读扩展区命令，命令完成单元540根据读扩展区命令生成读镜像区(参看图2A、2B，镜像区226)命令。所生成的读镜像区命令，用于从镜像区再次尝试读出读扩展区命令要读取的数据。例如，通过将读扩展区命令的LTA地址加上扩展区的大小得到读镜像区命令的LTA地址。以及命令完成单元540将读镜像区命令提供给BU分配单元520来处理。

可选地，BU分配单元320重用之前分配给读扩展区命令的缓存单元，将重用的缓存单元分配给同读扩展区命令对应的读镜像区命令，而将缓存单元对应的读扩展区命令的LTA地址，更新为读镜像区命令的LTA地址。

依然可选地，响应于读扩展区命令处理失败，命令完成单元540指示释放读扩展区命令占用的缓存单元。以及BU分配单元520再重新为对应于读扩展区命令的读镜像区命令分配缓存单元。BU分配单元520还指示地址转换单元525获取对应于读镜像区命令的LTA地址的物理地址。

依然可选地，命令完成单元540响应于读扩展区命令处理失败，根据读扩展区命令的LTA地址，生成同扩展区LTA地址对应的镜像区LTA地址，并直接指示地址转换单元525根据镜像区LTA地址得到物理地址。命令完成单元540根据镜像区LTA地址与对应的物理地址直接生成读镜像区命令，并添加到命令集合560，而不经过BU分配单元520。

若命令完成单元540识别出处理完成的处理完成的读操作对应的命令(读命令、读扩展区命令或读镜像区命令)访问的LTA地址位于镜像区，意味着该命令是读镜像区命令。响应于读镜像区命令处理失败，可选地，向产生对应的读扩展区命令的主机或固件指示读扩展区命令处理失败。

从而对于主机或固件产生的读扩展区命令，若读扩展区命令对应的读操作处理失败，根据本申请的实施例根据读扩展区命令生成读镜像区命令，以从镜像区读出作为对扩展区的备份的镜像数据，作为对读扩展区的命令的响应。

依然可选地，对于主机或固件产生的读命令，若读命令对应的读操作处理失败，还执行其他的错误处理流程。例如，命令处理单元530指示介质接口发起读重做(Read-Retry)命令或错误译码单元的软译码流程；命令完成单元540发起利用诸如RAID机制的数据恢复流程。依然可选地，对于读扩展区命令或读镜像区命令，若对应的读操作失败也执行上述其他的错误处理流程。

图6是根据本申请实施例的处理读扩展区命令的流程图。

存储设备获取读扩展区命令(610)。读扩展区命令来自例如主机访问S.M.A.R.T.信息，或者固件读取存储设备的元数据和/或存储设备的工作日志。

为读扩展区命令分配一个或多个缓存单元(620)，以临时容纳响应读扩展区命令而从NVM芯片读出的数据。例如，由图3所展示的BU分配单元320为读扩展区命令分配缓存单元。

根据读扩展区命令指示的LTA地址，通过例如FTL表，获取对应的物理地址(630)。

将分配了缓存单元的读扩展区命令添加到命令集合(例如，图3的命令集合360)(640)。命令集合中的读扩展区命令携带要访问的LTA地址以及同LTA地址对应的物理地址。

周期性地或者响应于命令集合被添加了命令，命令处理单元(例如，图3的命令处理单元330)从命令集合获取命令，并根据命令，向NVM芯片发送读操作(650)。

响应于读扩展区命令对应的一个或多个读操作被处理完成，识别读出数据是否正确(660)。例如，通过对读出数据进行错误校正译码，以识别读出数据是否正确。若读出数据正确(不存在错误，或者可被正确的校正)，用读出的数据作为读扩展区命令的处理结果(675)。以及还释放分配给读扩展区命令的一个或多个缓存单元。

在步骤660，若读出数据无法通过错误校正译码得到正确数据，进一步识别命令所访问的LTA地址位于扩展区还是镜像区(670)，以识别命令是读命令、读扩展区命令还是读镜像区命令。可以理解地，图6中，步骤610-660与675，也适用于处理读逻辑地址空间的读命令。而步骤670，需要通过例如识别命令访问的LTA地址的值或者命令中携带的标识来识别命令是读命令、读扩展区命令或读镜像区命令。

在步骤680，对于读扩展区命令，还根据读扩展区命令生成对应的读镜像区命令，以尝试得到读扩展区命令要读取的正确数据。根据读扩展区命令的LTA地址，通过例如加上扩展区的大小，得到镜像区的LTA地址。接下来返回步骤630，为新生成的读镜像区命令获取同镜像区的LTA地址对应物理地址，并继续实施步骤640等后续步骤。

在步骤670，若识别出命令是读镜像区步骤，则进入步骤690进行错误处理。例如，向读扩展区命令的请求方指示数据已损坏，并且无法恢复。以及还释放分配给读扩展区命令的一个或多个缓存单元。可选地，在步骤690，实施一系列进一步的数据恢复过程。

可以理解地，虽然在根据图3与图5的实施例中提供了由主机接口、BU分配单元、命令处理单元、命令完成单元、介质接口、和/或地址转换单元各自执行相应的操作，这些操作可由不同的部件执行，还可由在CPU上运行的一个或多个程序段来执行。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种访问存储设备的扩展地址空间的方法，包括：

获取访问扩展地址空间的写扩展区命令；

将写扩展区命令对应的数据写入第一物理地址；

根据写扩展区命令生成写镜像区命令；

将写镜像区命令对应的数据写入第二物理地址；以及

指示写扩展区命令处理完成。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

获取访问逻辑地址空间的写命令；

将写命令对应的数据写入第三物理地址；以及

指示写命令处理完成。

3.根据权利要求2所述的方法，其中

扩展地址空间与逻辑地址空间分别被映射到中间地址空间的逻辑地址区与扩展区。

4.根据权利要求3所述方法，其中

写扩展区命令访问扩展地址空间的地址被映射到扩展区的第一地址；

写镜像命令访问第二地址，第二地址属于中间地址空间的镜像区；

第二地址是根据第一地址计算得到。

5.根据权利要求4所述的方法，其中

响应于将写扩展区命令对应的数据写入第一物理地址，记录写扩展区命令访问的第一地址与第一物理地址的对应关系；

将写镜像区命令对应的数据写入第二物理地址，记录写镜像区命令访问的第二地址同第二物理地址的对应关系。

6.根据权利要求4或5所述的方法，其中

为逻辑地址区的地址分配第一类存储介质的物理地址；

为扩展区的地址分配第二类存储介质的物理地址；以及

第二类存储介质具有比第一类存储介质更低的访问延迟。

7.一种访问存储设备的扩展地址空间的方法，包括：

获取访问扩展地址空间的读扩展区命令；

根据读扩展区命令的第一地址获取第一物理地址，从第一物理地址读出数据；

响应于从第一物理地址读出数据有误；

生成读镜像区命令；

根据读镜像区命令的第二地址获取第二物理地址，从第二物理地址读出数据；

将从第二物理地址读出的数据作为对所述读扩展区命令的响应。

8.根据权利要求7所述方法，其中

读扩展区命令访问扩展地址空间的地址被映射到扩展区的第一地址；

读镜像命令访问第二地址，第二地址属于中间地址空间的镜像区；

第二地址是根据第一地址计算得到。

9.根据权利要求8所述的方法，其中

响应于获取所述读扩展区命令，根据读扩展区命令访问的第一地址查询FTL表得到第一物理地址；

响应于生成所述读镜像区命令，根据所述读镜像区命令访问的第二地址，查询FTL表得到第二物理地址。

10.一种存储设备，包括控制部件与NVM存储介质；

所述控制部件执行根据权利要求1-9之一所述的方法。

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