CN112667446B - Mlc nand的数据备份方法、装置及闪存系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及存储器技术领域，公开了一种MLC NAND的数据备份方法、装置及闪存系统，其备份方法包括：接收待写入MLC NAND闪存的数据；若接收到第一指令、第二指令或第三指令至少之一，则将备份标志位设置为有效位，其中，第一指令为确保数据安全的指令，第二指令为将所述数据写入MLC当前存储块以外的其他存储块的指令，第三指令为申请新存储块的指令。本发明至少具有以下有益效果：实现只需备份少量LSB page的数据就能够保证MLC NAND储存的数据不会因为异常掉电而丢失或者产生数据不一致的问题，确保了NAND设备的可靠性。

Description

MLC NAND的数据备份方法、装置及闪存系统

技术领域

本发明涉及存储器技术领域，特别涉及一种MLC NAND的数据备份方法、装置及闪存系统。

背景技术

在NAND Flash的技术演进中，出现了SLC NAND、MLC NAND、TLC NAND、QLC NAND等不同类型的NAND Flash，这些类型的NAND Flash存在各自的物理操作特性。这些物理操作特性会影响到FTL(闪存转换层)中的操作策略。

MLC NAND中一个存储cell(存储单元)中储存2个bit数据，这种物理架构就决定了MLC NAND的一个wordline(字线)中存在LSB page和MSB page 两个配对页。在编程的时候，先编程LSB page，后编程MSB page，并且MSB page 的编程是在LSB page已经完成的编程基础上实现的，这样，当MSB page在编程的时候出现异常掉电的情况，MSB page无法完成编程，出现数据错误，而且 cell中存储的电压已经发生了改变，也影响到了存储在同一个cell中对应于LSB page中bit，即LSB page的数据也同样受到了破坏。通常，同一个wordline中的两个配对页不是同时编程的，真实的编程顺序中，LSB page和MSB page之间还间隔着其他wordline的page的编程。假如LSB page因为MSB page编程过程中遇到异常掉电而产生破坏，就会造成数据丢失，并且出现数据一致性的问题。

针对这个问题，现有技术的做法是在编程MSB page前，先把其对应的LSB page的数据备份到另外一个block，这样即使在编程MSB page时出现异常掉电，也不会影响LSBpage原来存储的数据，数据的安全性得到了保证。现有技术中，需要备份所有的LSB page的数据，极大的消耗了性能和寿命。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种MLCNAND的数据备份方法，能够在保证NAND Flash数据安全性的同时提升了 NAND Flash设备的使用寿命。

本发明还提出一种具有上述MLC NAND的数据备份方法的MLC NAND的数据备份装置。

本发明还提出一种具有上述MLC NAND的数据备份方法的闪存系统。

根据本发明的第一方面实施例的MLC NAND的数据备份方法，包括以下步骤：接收待写入MLC NAND闪存的数据；若接收到第一指令、第二指令或第三指令至少之一，则将备份标志位设置为有效位，其中，所述第一指令为确保所述数据安全的指令，所述第二指令为将所述数据写入MLC当前存储块以外的其他存储块的指令，所述第三指令为申请新存储块的指令。

根据本发明的一些实施例，还包括：对所述MLC NAND闪存执行写数据之前，判断所述备份标志位是否为1；若所述备份标志位为1，则备份MSB page对应的 LSB page中的数据，备份操作完成后，将所述备份标志位置为无效位。

根据本发明的一些实施例，还包括：对所述MLC NAND闪存执行写数据之前，判断所述备份标志位是否为1；若所述备份标志位为1，则备份MSB page对应的 LSB page中的数据至SLC当前存储块，备份操作完成后，将所述数据写入MSB page 页；若所有需要备份的LSBpage的数据均已经完成备份，则设置所述备份标志位为无效位。

根据本发明的一些实施例，还包括：若LSB page页号大于已经写入的页数，所述已经写入的页数为执行备份标志位置为有效位时MLC当前存储块已经写入的页数，则将备份标志位置为无效位。

根据本发明的第二方面实施例的MLC NAND的数据备份装置，包括：接收模块，用于接收待写入MLC NAND闪存的数据；第一判断模块，用于确定若接收到第一指令、第二指令或第三指令至少之一，则将备份标志位设置为有效位，其中，所述第一指令为确保所述数据安全的指令，所述第二指令为将所述数据写入MLC 当前存储块以外的其他存储块的指令，所述第三指令为申请新存储块的指令。

根据本发明的一些实施例，还包括：第二判断模块，用于对所述MLC NAND 闪存执行写数据之前，判断所述备份标志位是否为1；备份模块，若所述备份标志位为1，则备份MSBpage对应的LSB page中的数据至SLC当前存储块；写数据模块，用于在备份操作完成后，将所述数据写入MSB page页；执行模块，若所有需要备份的LSB page的数据已经完成备份，则将备份标志位设置为无效位。

根据本发明的一些实施例，所述执行模块还包括：若LSB page页号大于已经写入的页数，所述已经写入的页数为执行备份标志位置为有效位时MLC当前存储块已经写入的页数，则执行备份标志位置为无效位。

根据本发明的第三方面实施例的一种闪存系统，包括MLC NAND的数据备份方法，还包括：接收装置，用于接收待写入MLC NAND闪存的数据；判断装置，用于确定若接收到第一指令、第二指令或第三指令至少之一，则将备份标志位设置为有效位，其中，所述第一指令为确保所述数据安全的指令，所述第二指令为将所述数据写入MLC当前存储块以外的其他存储块的指令，所述第三指令为申请新存储块的指令。

根据本发明的一些实施例，所述闪存系统具体可以实现为SSD、SD卡、Micro SD卡、MMC卡、eMMC、UFS及闪存文件系统。

根据本发明实施例的MLC NAND的数据备份方法，至少具有如下有益效果：通过选取合适的备份条件，实现只需备份少量LSB page的数据就能够保证MLC NAND储存的数据不会因为异常掉电而丢失或者产生数据不一致的问题，确保了 NAND设备的可靠性，即确保异常掉电后数据安全性的同时拥有更少的备份数据的写入，具有更高的性能和更长的寿命。

能够在NAND Flash设备内部实现备份策略，备份策略中触发备份的条件清晰，不需要判断数据的类型并且减少对NAND设备的写入数据量，提升性能，在保证数据安全性的同时提升了NAND Flash设备的使用寿命。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的方法的流程示意图；

图2为本发明实施例的数据备份写入方法的流程示意图；

图3为本发明实施例的备份终止方法的流程示意图；

图4为本发明实施例的系统的模块示意框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个及两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

术语解释：

MLC：全称为Multi-Level Cell，多层单元闪存，MLC通过使用大量的电压等级，每一个单元储存两位数据，数据密度比较高。

NAND：与非门，这里指计算机闪存设备；

MSB page：Mostsignificant bit最高有效位页，MSB是指一个n位二进制数字中的n-1位，具有最高的权值2^(n-1)，在大端序中，MSB即指最左端的位， LSB则相反；

LSB page：Least significant bit最低有效位页，MSB是指一个n位二进制数字中的n-1位，具有最高的权值2^(n-1)，在大端序中，MSB即指最左端的位， LSB则相反；

SLC：Single-Level Cell，单层单元闪存，SLC为NAND闪存架构，其每一个单元储存一位数据；

HOST：主位机；

SSD：Solid State Drives，固态硬盘；

SD卡：Secure Digital Memory Card，安全数码卡卡；

Micro SD卡：一种极细小的SD卡；

MMC：MultiMedia Card，多媒体卡；

eMMC：Embedded Multi Media Card，嵌入式多媒体控制器；

UFS：Universal Flash Storage，通用闪存存储，它有两个意思，一是指手机存储接口协议，类似SATA，PCIe/NVMe；二是使用该协议的存储设备。

参照图1，图1示出了本发明实施例的方法的流程示意图包括：

接收待写入MLC NAND闪存的数据；

确定数据满足以下条件至少之一：接收到确保数据写入安全指令，如flush 操作是需要保证数据安全、接收到数据写入MLC当前存储块之外还需写入其他存储块的指令，即HOST当前发送的数据被FTL安排写入除接收HOST数据的 MLC current block之外的block，接收到闪存转换层申请新存储块的指令，则执行备份标志位置为有效位。

需要说明的是，通过对待写入MLC NAND闪存的数据进行判断，当满足写入数据为HOST强制需要保证写入数据的安全性、HOST当前发送的数据被FTL 安排写入除接收HOST数据的MLC当前存储块之外的存储块或FTL申请新的存储块至少之一时，则可以确定此时写数据达到备份的触发条件，此时，不需要立即备份LSB page的数据，而是执行置起备份标志位，等待后续的写入操作中才备份数据。通过这些操作，能够实现只需备份少量LSB page的数据就能够保证MLC NAND储存的数据不会因为异常掉电而丢失或者产生数据不一致的问题，确保了NAND设备的可靠性。该备份策略是在NAND内部实现的，以此减少对 NAND设备的写入数据量，提升性能，在保证数据安全性的同时提升了NAND Flash设备的使用寿命。

图2为本发明实施例的数据备份写入方法的流程示意图，包括：

对MLC NAND闪存执行写数据之前，判断备份标志位是否为1；

若备份标志位为1，则备份MSB page对应的LSB page中的数据；

若备份操作已完成，则执行备份标志位置为无效位。

具体的，执行对MLC NAND闪存写数据之前，判断备份标志位是否为1；

若备份标志位为1，则备份MSB page对应的LSB page中的数据至SLC当前存储块；

若备份操作已完成，则将数据写入MSB page页；

若所有需要备份的LSB page的数据已经完成备份，则执行备份标志位置为无效位。

具体的，判断HOST发送的数据是否需要写入MLC current block，若是，则判断当前正在等待写入的page是否为MSB page，若是，检测备份标志位是否已经置起，若是，备份LSB page中的数据，确定完成LSB page的备份后，最后写入当前等待写入HOST数据。每次启动备份数据，只备份当前MSB page对应的 LSB page的数据，若仍存在其他的LSB page需要备份数据，则等待下一次写入这个LSB page对应的MSB page数据前，完成LSB page的数据备份。

需要说明的是，现有技术中，将MSB page对应的LSB page中的数据备份至其他块的LSB页或者MSB页，而对LSB页写入用户数据较对MSB页写入用户数据的速度快，因此本发明中的实施例，通过将MSB page对应的LSB page 中的数据备份至SLC当前存储块，系统备份写性能得到了极大的提高，同时，即使在写MSB page页时遭遇忽然掉电，而SLC当前存储块中备份的LSB page 中的数据依然存在，避免了MLC NAND闪存的配对页掉电崩溃问题。

图3为本发明实施例的备份终止方法的流程示意图，包括：

若LSB page页号大于已经写入的页数，已经写入的页数为执行备份标志位置为有效位时MLC当前存储块已经写入的页数，则执行备份标志位置为无效位。

具体的，每次完成数据备份后，需要检查是否所有需要备份的LSB page都已完成备份，若完成，则清除备份标志位，后续的操作中不再备份数据，直到重新置起备份标志位。

本发明一个具体的实施例是：在写通路中加入备份数据的判断，如果检测到备份LSB page的数据的标志位已经置起，则将此MSB page对应的LSB page中的数据备份到SLCcurrent block，完成数据备份后再将当前的数据写入MSB page。每次完成备份后，需要检测所有需要备份的LSB page是否已经完成备份，若完成，则清除备份标志位，此后则不需要备份LSB page，直到重新触发备份条件，重新置起备份标志位，以此实现只备份少量LSBpage的数据的就能够保证MLC NAND储存的数据不会因为异常掉电而丢失或者出现数据不一致性问题，确保了NAND设备的可靠性。

参照图4，图4为本发明实施例的系统的模块示意框图，包括：

接收模块，用于接收待写入MLC NAND闪存的数据；

第一判断模块，用于确定数据满足以下条件至少之一：接收到确保数据写入安全指令、接收到数据写入MLC当前存储块之外的其他存储块的指令及接收到闪存转换层申请新存储块的指令，则执行备份标志位置为有效位。

第二判断模块，用于执行对MLC NAND闪存写数据之前，判断备份标志位是否为1；

备份模块，用于当判断出备份标志位为1时，备份MSB page对应的LSB page 中的数据至SLC当前存储块；

写数据模块，用于若备份操作已完成，则将数据写入MSB page页；

执行模块，用于若所有需要备份的LSB page的数据已经完成备份，则执行备份标志位置为无效位。

具体的，接收模块用于接收待写入MLC NAND闪存的数据，判断是否满足启动LSBpage数据的备份条件，其中，备份条件有以下几种：一、HOST明确要求需要保证之前写入数据的安全性(例如flush等)；二、HOST当前发送的数据被FTL安排写入除MLC current block之外的block；三、FTL需要申请新的 block。检测到有上述几种条件中的任意一种条件发生后，立刻置起备份标志位，等待后续操作的合适时间完成相应的LSB page数据的备份工作。数据备份操作具体为：判断HOST发送的数据是否需要写入MLC current block，若是，则判断当前正在等待写入的page是否为MSB page，若是，检测备份标志位是否已经置起，若是，备份LSB page中的数据，确定完成LSB page的备份后，最后写入当前等待写入HOST数据。每次启动备份数据，只备份当前MSB page对应的LSB page的数据，若仍存在其他的LSB page需要备份数据，则等待下一次写入这个 LSB page对应的MSB page数据前，完成LSB page的数据备份，以此确保了异常掉电后数据安全性的同时拥有更少的备份数据的写入，使MLCNAND具有更高的性能和更长的使用寿命。每次完成数据备份后，需要检查是否所有需要备份的LSB page都已完成备份，若完成，则清除备份标志位，后续的操作中不再备份数据，直到重新置起备份标志位。

本发明实施例还提出了一种闪存系统，包括MLC NAND的数据备份方法，还包括接收装置，用于接收待写入MLC NAND闪存的数据；判断装置，用于确定数据满足以下条件至少之一：接收到确保数据写入安全指令、接收到数据写入 MLC当前存储块之外的其他存储块的指令及接收到闪存转换层申请新存储块的指令，则执行备份标志位置为有效位。

其中闪存系统具体可以实现为SSD(Solid State Drives，固态硬盘)、SD(SecureDigital Memory Card，安全数码卡)卡、Micro SD卡(一种极细小的SD卡)、 MMC(MultiMedia Card，多媒体卡)卡、eMMC(Embedded Multi Media Card，嵌入式多媒体控制器)、UFS(Universal Flash Storage，通用闪存存储，它有两个意思，一是指手机存储接口协议，类似SATA，PCIe/NVMe；二是使用该协议的存储设备)和闪存文件系统等。

尽管本文描述了具体实施方案，但是本领域中的普通技术人员将认识到，许多其它修改或另选的实施方案同样处于本公开的范围内。例如，结合特定设备或组件描述的功能和/或处理能力中的任一项可以由任何其它设备或部件来执行。另外，虽然已根据本公开的实施方案描述了各种例示性具体实施和架构，但是本领域中的普通技术人员将认识到，对本文所述的例示性具体实施和架构的许多其它修改也处于本公开的范围内。

上文参考根据示例性实施方案所述的系统、方法、系统和/或计算机程序产品的框图和流程图描述了本公开的某些方面。应当理解，框图和流程图中的一个或多个块以及框图和流程图中的块的组合可分别通过执行计算机可执行程序指令来实现。同样，根据一些实施方案，框图和流程图中的一些块可能无需按示出的顺序执行，或者可以无需全部执行。另外，超出框图和流程图中的块所示的那些部件和/或操作以外的附加部件和/或操作可存在于某些实施方案中。

因此，框图和流程图中的块支持用于执行指定功能的装置的组合、用于执行指定功能的元件或步骤的组合以及用于执行指定功能的程序指令装置。还应当理解，框图和流程图中的每个块以及框图和流程图中的块的组合可以由执行特定功能、元件或步骤的专用硬件计算机系统或者专用硬件和计算机指令的组合来实现。

本文所述的程序模块、应用程序等可包括一个或多个软件组件，包括例如软件对象、方法、数据结构等。每个此类软件组件可包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令响应于执行而使本文所述的功能的至少一部分(例如，本文所述的例示性方法的一种或多种操作)被执行。

软件组件可以用各种编程语言中的任一种来编码。一种例示性编程语言可以为低级编程语言，诸如与特定硬件体系结构和/或操作系统平台相关联的汇编语言。包括汇编语言指令的软件组件可能需要在由硬件架构和/或平台执行之前由汇编程序转换为可执行的机器代码。另一种示例性编程语言可以为更高级的编程语言，其可以跨多种架构移植。包括更高级编程语言的软件组件在执行之前可能需要由解释器或编译器转换为中间表示。编程语言的其它示例包括但不限于宏语言、外壳或命令语言、作业控制语言、脚本语言、数据库查询或搜索语言、或报告编写语言。在一个或多个示例性实施方案中，包含上述编程语言示例中的一者的指令的软件组件可直接由操作系统或其它软件组件执行，而无需首先转换成另一种形式。

软件组件可存储为文件或其它数据存储构造。具有相似类型或相关功能的软件组件可一起存储在诸如特定的目录、文件夹或库中。软件组件可为静态的(例如，预设的或固定的)或动态的(例如，在执行时创建或修改的)。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一种MLC NAND的数据备份方法，其特征在于，包括以下步骤：

接收待写入MLC NAND闪存的数据；

若接收到第一指令、第二指令或第三指令至少之一，则将备份标志位设置为有效位，其中，所述第一指令为确保所述数据安全的指令，所述第二指令为将所述数据写入MLC当前存储块以外的其他存储块的指令，所述第三指令为申请新存储块的指令；

对所述MLC NAND闪存执行写数据之前，判断所述备份标志位是否为1；

若所述备份标志位为1，则备份MSB page对应的LSB page中的数据至SLC当前存储块，备份操作完成后，将所述数据写入MSB page页；

若所有需要备份的LSB page的数据均已经完成备份，则设置所述备份标志位为无效位；

若LSB page页号大于已经写入的页数，所述已经写入的页数为执行备份标志位置为有效位时MLC当前存储块已经写入的页数，则将备份标志位置为无效位。

2.根据权利要求1所述的MLC NAND的数据备份方法，其特征在于，还包括：

对所述MLC NAND闪存执行写数据之前，判断所述备份标志位是否为1；

若所述备份标志位为1，则备份MSB page对应的LSB page中的数据，备份操作完成后，将所述备份标志位置为无效位。

3.一种MLC NAND的数据备份装置，包括权利要求1-2中任一项所述的MLC NAND的数据备份方法，其特征在于，包括：

接收模块，用于接收待写入MLC NAND闪存的数据；

第一判断模块，用于确定若接收到第一指令、第二指令或第三指令至少之一，则将备份标志位设置为有效位，其中，所述第一指令为确保所述数据安全的指令，所述第二指令为将所述数据写入MLC当前存储块以外的其他存储块的指令，所述第三指令为申请新存储块的指令。

4.根据权利要求3所述的MLC NAND的数据备份装置，其特征在于，还包括：

第二判断模块，用于对所述MLC NAND闪存执行写数据之前，判断所述备份标志位是否为1；

备份模块，若所述备份标志位为1，则备份MSB page对应的LSB page中的数据至SLC当前存储块；

写数据模块，用于在备份操作完成后，将所述数据写入MSB page页；

执行模块，若所有需要备份的LSB page的数据已经完成备份，则将备份标志位设置为无效位。

5.根据权利要求4所述的MLC NAND的数据备份装置，其特征在于，所述执行模块还包括：

若LSB page页号大于已经写入的页数，所述已经写入的页数为执行备份标志位置为有效位时MLC当前存储块已经写入的页数，则执行备份标志位置为无效位。

6.一种闪存系统，使用权利要求1至2中任一项所述的MLC NAND的数据备份方法，其特征在于，还包括：

接收装置，用于接收待写入MLC NAND闪存的数据；

判断装置，用于确定若接收到第一指令、第二指令或第三指令至少之一，则将备份标志位设置为有效位，其中，所述第一指令为确保所述数据安全的指令，所述第二指令为将所述数据写入MLC当前存储块以外的其他存储块的指令，所述第三指令为申请新存储块的指令。

7.根据权利要求6所述的闪存系统，其特征在于，所述闪存系统具体可以实现为SSD、SD卡、Micro SD卡、MMC卡、eMMC、UFS及闪存文件系统。

Images