CN113918091B

CN113918091B - Nand闪存中物理块的控制方法、装置及ssd设备

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Publication number: CN113918091B
Application number: CN202111069970.3A
Authority: CN
Inventors: 刘刚; 刘晓健; 王嵩; 刘兴斌; 胡靖予; 张易
Original assignee: Beijing Dera Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Dera Technology Co Ltd
Priority date: 2021-09-13
Filing date: 2021-09-13
Publication date: 2022-06-07
Anticipated expiration: 2041-09-13
Also published as: CN113918091A

Abstract

本发明实施例提供了一种NAND闪存中物理块的控制方法、装置及SSD设备，所述方法包括：获取NAND闪存中失效位数大于预设限制阈值的目标物理块的当前存储模式；选取与所述当前存储模式匹配的目标存储模式，所述目标存储模式为存储位数比当前存储模式降低一位的储存模式；将所述目标物理块的存储模式转换为所述目标存储模式。本发明实施例提出的NAND闪存中物理块的控制方法、装置及SSD设备，能够将NAND闪存中的失效位数大于预设限制阈值的物理块逐级转换成存储容量相对较小但寿命更长的存储模式使用，从而减少坏块数，提高NAND闪存的使用寿命。

Description

NAND闪存中物理块的控制方法、装置及SSD设备

技术领域

本发明涉及数据存储技术领域，尤其涉及一种NAND闪存中物理块的控制方法、装置及SSD设备。

背景技术

NAND闪存物理上以块为基本重复单元记录数据，随着NAND的使用，存储器件特性退化，块中失效位数不断增加，当某物理块的失效位数超过限制N时，该物理块就会被标记成坏块。标记成坏块的物理块不能被使用，NAND闪存的容量也相应减少，随着坏块的增多，NAND闪存的寿命也会降低。

现有技术中，会将失效位数超过限制值的物理块直接标记成坏块不再用来数据存储，如此不仅造成资源浪费，也减短了NAND闪存的使用寿命。

发明内容

本发明提出了一种NAND闪存中物理块的控制方法、装置及SSD设备，以解决直接将失效位数超过限制值的物理块标记成坏块造成的存储资源浪费问题。

本发明的一个方面，提供了一种NAND闪存中物理块的控制方法，该方法包括：

获取NAND闪存中失效位数大于预设限制阈值的目标物理块的当前存储模式；

选取与所述当前存储模式匹配的目标存储模式，所述目标存储模式为存储位数比当前存储模式降低一位的储存模式；

将所述目标物理块的存储模式转换为所述目标存储模式。

进一步地，所述获取NAND闪存中失效位数大于预设限制阈值的目标物理块的当前存储模式，包括：

对NAND闪存中失效位数大于预设限制阈值的目标物理块的数量进行计数；

当目标物理块的计数值大于预设切换阈值时，获取所述目标物理块的当前存储模式。

进一步地，在所述获取NAND闪存中失效位数大于预设限制阈值的目标物理块的当前存储模式之后，所述方法还包括：

判断所述目标物理块的当前存储模式是否为单位存储单元模式；

若目标物理块的当前存储模式为单位存储单元模式，则将目标物理块标记为坏块。

进一步地，在所述将目标物理块的存储模式装换为所述目标存储模式之后，所述方法还包括：

创建存储模式转换记录表，并将目标物理块的地址标识信息以及转换后的存储模式保存在所述存储模式转换记录表。

本发明的又一个方面，提供了一种NAND闪存中物理块的控制装置，该装置包括：

获取模块，用于获取NAND闪存中失效位数大于预设限制阈值的目标物理块的当前存储模式；

选取模块，用于选取与所述当前存储模式匹配的目标存储模式，所述目标存储模式为存储位数比当前存储模式降低一位的储存模式；

控制模块，用于将所述目标物理块的存储模式转换为所述目标存储模式。

进一步地，所述获取模块包括：

计数单元，用于对NAND闪存中失效位数大于预设限制阈值的目标物理块的数量进行计数；

获取单元，用于当计数单元统计的目标物理块的计数值大于预设切换阈值时，获取所述目标物理块的当前存储模式。

进一步地，所述装置还包括：

判断模块，用于在所述获取模块获取NAND闪存中失效位数大于预设限制阈值的目标物理块的当前存储模式之后，判断所述目标物理块的当前存储模式是否为单位存储单元模式；

所述控制模块，还用于当所述判断模块的判断结果为目标物理块的当前存储模式为单位存储单元模式时，将目标物理块标记为坏块。

进一步地，所述装置还包括：

配置模块，用于在所述控制模块将目标物理块的存储模式装换为所述目标存储模式之后，创建存储模式转换记录表，并将目标物理块的地址标识信息以及转换后的存储模式保存在所述存储模式转换记录表。

此外，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述NAND闪存中物理块的控制方法的步骤。

此外，本发明实施例还提供了一种SSD设备，该SSD设备包括存储控制器，所述存储控制器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述NAND闪存中物理块的控制方法的步骤。

本发明实施例提供的NAND闪存中物理块的控制方法、装置及SSD设备，能够将NAND闪存中的失效位数大于预设限制阈值的物理块逐级转换成存储容量相对较小但寿命更长的存储模式使用，从而减少坏块数，提高NAND闪存的使用寿命。

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的技术手段，而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、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例的一种NAND闪存中物理块的控制方法的流程图；

图2为本发明实施例中TLC NAND闪存初始阈值电压分布示意图；

图3为本发明实施例中TLC NAND闪存使用后阈值电压分布示意图；

图4为本发明实施例中MLC NAND闪存初始阈值电压分布示意图；

图5为本发明实施例中MLC NAND闪存使用后阈值电压分布示意图；

图6为本发明实施例的一种NAND闪存中物理块的控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

图1示意性示出了本发明一个实施例的NAND闪存中物理块的控制方法的流程图。参照图1，本发明实施例的NAND闪存中物理块的控制方法具体包括以下步骤：

S11、获取NAND闪存中失效位数大于预设限制阈值的目标物理块的当前存储模式。

本实施例中，物理块Block是NAND闪存中擦除动作最小操作单元。失效位数FBC是NAND闪存中单个物理块中总的失效位数。物理块的存储模式包括但不限于SLC(Single-Level Cell，单位存储单元)、MLC(Multi-Level Cell，两位存储单元)、TLC(Trinary-LevelCell，三位存储单元)和QLC(Quad-Level Cell，四位存储单元)，其中：

SLC，NAND闪存中单个物理存储器件能存储一位二进制数据1或0；

MLC，NAND闪存中单个物理存储器件能存储两位二进制数据11,01，10，00；

TLC，NAND闪存中单个物理存储器件能存储三位二进制数据111,110,101,100,011,010,001,000；

QLC，NAND闪存中单个物理存储器件能存储四位二进制数据1111,1110,1101,1100,1011,1010,1001,1000,0111,0110,0101,0100,0011,0010,0001,0000。

具体的，NAND闪存物理上以块为基本重复单元记录数据，随着NAND的使用，存储器件特性退化，物理块中失效位数会不断增加，当某物理块的失效位数超过设限制阈值N时，则获取该物理块的当前存储模式。

S12、选取与所述当前存储模式匹配的目标存储模式，所述目标存储模式为存储位数比当前存储模式降低一位的储存模式。

NAND闪存中物理块的存储方式从SLC到QLC，存储位数从1位扩充到了4位，存储容量扩大了4倍，相应的操作速度从快到慢，单元擦写寿命也依次递减(从十万次到几百次)，单位存储成本从高到低。

本实施例中，当NAND闪存中物理块的失效位数大于预设限制阈值时，则选取存储位数比当前存储模式降低一位的储存模式作为目标存储模式进行后续模式转换。本发明实施例中，NAND闪存中失效位数大于预设限制阈值的物理块的存储方式逐级转换，QLC坏块自动转换成TLC使用，TLC坏块自动转换成MLC使用。

S13、将所述目标物理块的存储模式转换为所述目标存储模式。

本发明实施例提供的NAND闪存中物理块的控制方法，当NAND闪存中的物理块失效位数超过预设限制阈值时，不直接将该块标记成坏块，而是将该块的存储模式发生改变，将物理块逐级转换成存储容量相对较小但寿命更长的存储模式使用，虽然块的存储容量会相应的减小但可以继续使用，NAND闪存的寿命相对之前也有提高。

在一个具体实施例中，如图2所示，TLC NAND闪存初始阈值电压分布，R1到R7是该TLC的7个读电平，其存储有8个态。NAND使用初期，TLC的8个态的阈值电压正态分布曲线十分收敛，相邻态之间保持一定间距，所以失效位数也很小。以一个物理块为例，该物理块在使用初期总的失效位为个位数，小于块失效位数限制阈值N。随着NAND闪存擦除编写次数的增多，存储器件性能逐渐退化。如图3所示，TLC的8个态的阈值电压正态分布变宽并有拖尾现象，相邻态之间出现交叠，读电平无法判别存储真实数据，因此失效位数增加，当某块的总失效位数超过块失效位数限制阈值N时，该块无法存储数据。此时，可选择存储位数比当前的存储模式TLC降低一位的储存模式MLC作为目标存储模式，并将该快当前的存储模式TLC转换为MLC存储模式。如图4所示，MLC方式存储的存储器件，存储有4个态，有3个读电平R1，R2，R3。由于存储器件的编程擦除窗口相同，因此MLC相邻态之间的间隔会比TLC大很多，相邻态之间间隔越大允许器件退化能力更强，因此MLC的寿命比TLC长。如图5所示，TLC失效位数超过限制N的块，如果改成MLC存储，虽然正态分布相对MLC初始情况有变宽，但因为MLC相对TLC相邻态之间有更大阈值电压间隔，所以不会存在相邻态的交叠，失效位数不会增多。可见，该块虽然在TLC模式无法使用，但转换成MLC后可以继续使用。本发明实施例中，相对于TLC直接把它标记成坏块无法存储，转换成MLC可以增加容量和延长寿命。

需要说明的是，以上具体示例仅描述了将NAND闪存中物理块的失效位数大于预设限制阈值的物理块从TLC转换成MLC的实现原理，相同的，从QLC坏块转换成TLC实现原理一样，本发明实施例不再赘述。

在本发明实施例中，步骤S11中的获取NAND闪存中失效位数大于预设限制阈值的目标物理块的当前存储模式，进一步包括以下步骤：对NAND闪存中失效位数大于预设限制阈值的目标物理块的数量进行计数；当目标物理块的计数值大于预设切换阈值时，获取所述目标物理块的当前存储模式。

由于NAND闪存中如果仅仅存在少量的坏块，并不会影响整个存储设备的使用，随着坏块的增多，NAND闪存的寿命会随之降低。因此本实施例中，当NAND闪存中出现物理块的失效位数大于预设限制阈值时，可以暂时不对其存储模式做转换，仅对这一类物理块的数量进行计数，直到计数值大于预设切换阈值时，获取物理块的当前存储模式，以进行后续模式转换，进而避免频繁地进行物理块模式转换，操作繁琐。

本发明实施例中，在获取NAND闪存中失效位数大于预设限制阈值的目标物理块的当前存储模式之后，判断所述目标物理块的当前存储模式是否为单位存储单元模式；若目标物理块的当前存储模式为单位存储单元模式，则将目标物理块标记为坏块。

本实施例中，当NAND闪存中物理块失效位数大于预设限制阈值时，若该物理块的工作模式为MLC模式、TLC模式或QLC模式，则可将该物理块的工作模式转换为存储位数比当前存储模式降低一位的储存模式，但若该物理块的工作模式为SLC模式，由于SLC模式不可转换，则直接将该物理块标记为坏块，不再使用，并对所述坏块进行记录。

本发明实施例中，在将目标物理块的存储模式装换为所述目标存储模式之后，创建存储模式转换记录表，并将目标物理块的地址标识信息以及转换后的存储模式保存在所述存储模式转换记录表。

本实施例中，为了更好地对NAND闪存中发生存储模式转换的各个物理块进行管理和记录，便于后续进行存储控制，在对物理块进行存储模式转换后，可以通过创建的存储模式转换记录表对其地址标识信息以及转换后的存储模式进行保存。

本发明实施例，通过将NAND闪存中失效位数大于预设限制阈值的物理块自动转换成存储容量相对较小但寿命更长的存储方式使用，从而减少坏块数和提高NAND闪存的使用寿命，相对于现有直接将失效位数大于预设限制阈值的物理块标记为坏块的技术，现有技术中坏块被标记后，该块的存储容量为0，但本发明自动转换存储模式后只是降低少许存储容量，该块还是可以继续使用。

对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。

图6示意性示出了本发明一个实施例的NAND闪存中物理块的控制装置的结构示意图。参照图6，本发明实施例的NAND闪存中物理块的控制装置具体包括获取模块201、选取模块202以及控制模块203，其中：

获取模块201，用于获取NAND闪存中失效位数大于预设限制阈值的目标物理块的当前存储模式；

选取模块202，用于选取与所述当前存储模式匹配的目标存储模式，所述目标存储模式为存储位数比当前存储模式降低一位的储存模式；

控制模块203，用于将所述目标物理块的存储模式转换为所述目标存储模式。

本实施例中，所述获取模块201包括计数单元和获取单元，其中：

本实施例中，所述装置还包括附图中未示出的判断模块，该判断模块，用于在所述获取模块获取NAND闪存中失效位数大于预设限制阈值的目标物理块的当前存储模式之后，判断所述目标物理块的当前存储模式是否为单位存储单元模式。

进一步地，控制模块203，还用于当所述判断模块的判断结果为目标物理块的当前存储模式为单位存储单元模式时，将目标物理块标记为坏块。

本实施例中，所述装置还包括附图中未示出的配置模块，该配置模块，用于在所述控制模203块将目标物理块的存储模式装换为所述目标存储模式之后，创建存储模式转换记录表，并将目标物理块的地址标识信息以及转换后的存储模式保存在所述存储模式转换记录表。

对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本实施例中，所述NAND闪存中物理块的控制装置集成的模块/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，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

此外，本发明实施例还提供了一种SSD设备，该SSD设备包括存储控制器，所述存储控制器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述方法的步骤。例如图1所示的S11～S13。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述NAND闪存中物理块的控制实施例中各模块/单元的功能，例如图6所示的获取模块201、选取模块202以及控制模块203。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中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模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，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)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种NAND闪存中物理块的控制方法，其特征在于，该方法包括：

获取NAND闪存中失效位数大于预设限制阈值的目标物理块的当前存储模式，包括：对NAND闪存中失效位数大于预设限制阈值的目标物理块的数量进行计数，当目标物理块的计数值大于预设切换阈值时，获取所述目标物理块的当前存储模式；

将所述目标物理块的存储模式转换为所述目标存储模式。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述获取NAND闪存中失效位数大于预设限制阈值的目标物理块的当前存储模式之后，所述方法还包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述将目标物理块的存储模式装换为所述目标存储模式之后，所述方法还包括：

4.一种NAND闪存中物理块的控制装置，其特征在于，该装置包括：

控制模块，用于将所述目标物理块的存储模式转换为所述目标存储模式；

所述获取模块包括：

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-3任一项所述方法的步骤。

8.一种SSD设备，其特征在于，该SSD设备包括存储控制器，所述存储控制器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1-3任一项所述方法的步骤。