CN115329399B - 基于nand的垂直水平raid4数据保护管理方法及系统 - Google Patents

基于nand的垂直水平raid4数据保护管理方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于NAND的垂直水平RAID4数据保护管理方法及系统，该方法包括以下步骤：S1、基于NAND Flash管理架构对超级页做读写处理；S2、进行水平校验码及垂直校验码的写入；S3、利用XOR硬件做垂直水平RAID4，实现高阶级的数据保护。本发明利用既有的XOR硬件做垂直水平RAID4功能来达成更高的数据保护能力，可以纠错1~3个Data出错，甚至在某些场景也可以纠错3个以上的Data，从而不仅有效地提升了储存装置的纠错能力，也强化了可靠度、安全性及经济效益。

Description

基于NAND的垂直水平RAID4数据保护管理方法及系统
技术领域
本发明涉及数据处理技术领域，具体来说，涉及基于NAND的垂直水平RAID4数据保护管理方法及系统。
背景技术
在NAND（计算机闪存设备），如3D TLC NAND等的使用过程中，当NAND的某一block（块）中写入的数据长时间不被读取，经过一定时间后，第一次读取该block上的数据时，会有较高的错误比特率（bit error rate，BER）。为了降低第一次读取NAND上的数据时的错误比特率，现有的一种方法是通过复杂的读出错处理算法对NAND上的数据进行纠错。
目前，基于NAND 的数据纠错方法，过去用 BCH码来纠错，现在用 LDPC（低密度奇偶校验）码来纠错，而一般企业级储存装置在 LDPC（低密度奇偶校验）码纠错外，还会再在额外用 RAID5来保护数据。此外，若企业觉得如果对 RAID5的保护还不够，还可能就要用到RAID6或更高阶的 RAID（磁盘阵列）来保护，从而使得IC势必需要重新设计生产，不仅费时费钱，而且还不一定能符合经济效益。
如图6所示，说明使用 RAID5需要一个 Data当Parity（校验码），Parity分散在各NAND Die中，Super Page0（所有的page0的集合）的Parity0（校验码）在NAND Die6，SuperPage1（所有的page1的集合）的Parity1（校验码）在NAND Die5，Super Page2（所有的page2的集合）的Parity2（校验码）在NAND Di4等，而如此分散Parity（校验码）到每个NAND Block中是RAID5 的特性。
如图7所示，当Die2 Data2 ECC fail时，启动RAID5解码，将Die2以外的Data2（含Parity2（校验码））做XOR运算即可得到Die2 Data2，即RAID5只有一个Data有错时可以实现资料的解救。
如图8所示，当Die2 Data2 ECC fail时，启动RAID5解码，发现Die3 Data2也ECCfail，使得RAID5在同一个Parity（校验码）有Die2 Data2和Die3 Data2出错时无法实现资料的解救。
综上，在LDPC（低密度奇偶校验）Hard Bit（硬比特解码 ）和 Soft Bit（软比特解码 ）无法纠错NAND Flash时，采用RAID5来解码可以实现单个Data错误时的数据纠错，但是当同时出现二个Data错误时，采用RAID5解码也无法实现数据的纠错。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的问题，本发明提出基于NAND的垂直水平RAID4数据保护管理方法及系统，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。
为此，本发明采用的具体技术方案如下：
基于NAND的垂直水平RAID4数据保护管理方法，该方法包括以下步骤：
S1、基于NAND Flash管理架构对超级页做读写处理；
S2、进行水平校验码及垂直校验码的写入；
S3、利用XOR硬件做垂直水平RAID4，实现高阶级的数据保护。
进一步的，所述基于NAND Flash管理架构对超级页做读写处理包括以下步骤：
基于NAND Flash管理架构，利用超级块对超级页做读写处理。
进一步的，所述超级块为集合每个信道的每个CE的块，所述超级页为超级块的每个块中相同页的集合。
进一步的，所述进行水平校验码及垂直校验码的写入包括以下步骤：
S21、在每个超级页的最后一个页写入水平校验码；
S22、在每个块的最后一个页写入一个垂直校验码。
进一步的，所述在每个超级页的最后一个页写入水平校验码包括以下步骤：
对每颗内核中相同页码的数据做异或运算，并将得到的水平校验码写入最后一颗内核相同的页码。
进一步的，所述在每个块的最后一个页写入一个垂直校验码包括以下步骤：
对同一颗内核中相同块的每一个页的数据做异或运算，并将得到的垂直校验码写入该块的最后一个页。
根据本发明的另一个方面，提高基于NAND的垂直水平RAID4数据保护管理系统，该系统包括超级页读写处理模块、校验码写入模块及异或运算模块；
所述超级页读写处理模块用于基于NAND Flash管理架构对超级页做读写处理；
所述校验码写入模块用于进行水平校验码及垂直校验码的写入；
所述异或运算模块用于利用XOR硬件做垂直水平RAID4，实现高阶级的数据保护。
进一步的，所述进行水平校验码及垂直校验码的写入包括以下步骤：
在每个超级页的最后一个页写入水平校验码；
在每个块的最后一个页写入一个垂直校验码。
进一步的，所述在每个超级页的最后一个页写入水平校验码包括以下步骤：
对每颗内核中相同页码的数据做异或运算，并将得到的水平校验码写入最后一颗内核相同的页码。
进一步的，所述在每个块的最后一个页写入一个垂直校验码包括以下步骤：
对同一颗内核中相同块的每一个页的数据做异或运算，并将得到的垂直校验码写入该块的最后一个页。
本发明的有益效果为：本发明利用既有HW XOR功能运算，在原NAND Flash管理架构上利用Super Blocks对Super Page做读写，再实现水平RAID4在最后的page写入parity及垂直RAID4 在最后的page写入parity，从而可以利用既有的XOR硬件做垂直水平RAID4功能来达成更高的数据保护能力，不仅可以纠错1~3个Data出错，而且甚至在某些场景也可以纠错3个以上的Data，进而不仅有效地提升了储存装置的纠错能力，也强化了可靠度、安全性及经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例的基于NAND的垂直水平RAID4数据保护管理方法的流程示意图；
图2是根据本发明实施例的基于NAND的垂直水平RAID4数据保护管理方法的原理示意图；
图3是根据本发明实施例的基于NAND的垂直水平RAID4数据保护管理方法中Die2Data2 ECC fail时的应用示意图；
图4是根据本发明实施例的基于NAND的垂直水平RAID4数据保护管理方法中Die2Data2 ECC fail和Die3 Data2 fail时的应用示意图；
图5是根据本发明实施例的基于NAND的垂直水平RAID4数据保护管理方法中Die2Data2 ECC fail，Die3 Data2 ECC fail，Die4 Data2 ECC fail，Die2 Data3 ECC Die2Data4 ECC fail时的应用示意图；
图6是现有技术中传统LDPC + RAID5的原理示意图；
图7是现有技术中Die2 Data2 ECC fail时的应用示意图；
图8是现有技术中Die2 Data2 ECC fail和Die3 Data2 fail时的应用示意图。
具体实施方式
为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
根据本发明的实施例，提供了基于NAND的垂直水平RAID4数据保护管理方法及系统，利用XOR硬件功能和RAID4来实现数据垂直水平的纠错功能，本发明是当NAND FLASH的数据在LDPC（低密度奇偶校验）Hard Bit（硬比特解码）和Soft Bit（软比特解码）都解不回来的场景，利用RAID4做垂直水平 XOR运算来解救回数据。
现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1-2所示，根据本发明的一个实施例，提供了基于NAND的垂直水平RAID4的数据保护管理方法，该方法包括以下步骤：
S1、基于NAND Flash管理架构对超级页做读写处理；
其中，所述基于NAND Flash管理架构对超级页做读写处理包括以下步骤：
基于NAND Flash管理架构，利用超级块（Super Blocks）对超级页（Super Page）做读写处理。
具体的，本实施例中不用重新设计HW（硬件）架构，也不用大幅改动FW（固件）架构，只需基于原NAND Flash管理架构，所述超级块为集合每个信道（channel）的每个CE（NANDFlash IC）的块（Block），所述超级页为超级块的每个块中相同页（page）的集合。
S2、进行水平校验码及垂直校验码的写入；
其中，所述进行水平校验码及垂直校验码的写入包括以下步骤：
S21、在每个超级页的最后一个页写入水平校验码（Parity）；
具体的，所述在每个超级页的最后一个页写入水平校验码包括以下步骤：
对每颗内核（Die）中相同页码（Page Number）的数据（Data）做异或（XOR）运算，并将得到的水平校验码（Parity）写入最后一颗内核（Die）相同的页码（Page Number）。
S22、在每个块的最后一个页写入一个垂直校验码（Parity）。
具体的，所述在每个块的最后一个页写入一个垂直校验码包括以下步骤：
对同一颗内核（Die）中相同块（Block）的每一个页（Page）的数据（Data）做异或（XOR）运算，并将得到的垂直校验码（Parity）写入该块（Block）的最后一个页（Page）。
S3、利用XOR硬件做垂直水平RAID4，实现高阶级的数据保护。
具体的，本实施例中利用既有的XOR硬件来做垂直水平 RAID4功能来达成更高的数据保护能力，可以纠错1~3个Data出错，甚至在某些场景也可纠错3个以上的Data，如此即提升了储存装置的纠错能力，也强化可靠度，安全性和经济效益。
根据本发明的另一个实施例，提供了基于NAND的垂直水平RAID4数据保护管理系统，该系统包括超级页读写处理模块、校验码写入模块及异或运算模块；
所述超级页读写处理模块用于基于NAND Flash管理架构对超级页做读写处理；
所述校验码写入模块用于进行水平校验码及垂直校验码的写入；
所述异或运算模块用于利用XOR硬件做垂直水平RAID4，实现高阶级的数据保护。
其中，所述进行水平校验码及垂直校验码的写入包括以下步骤：
在每个超级页的最后一个页写入水平校验码；
具体的，所述在每个超级页的最后一个页写入水平校验码包括以下步骤：
对每颗内核中相同页码的数据做异或运算，并将得到的水平校验码写入最后一颗内核相同的页码。
在每个块的最后一个页写入一个垂直校验码。
具体的，所述在每个块的最后一个页写入一个垂直校验码包括以下步骤：
对同一颗内核中相同块的每一个页的数据做异或运算，并将得到的垂直校验码写入该块的最后一个页。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下就本发明在实际过程中的具体应用实例进行详细说明。
如图3所示，当Die2 Data2 ECC fail，LDPC Hard bit和Soft Bit无法完成数据解救时；
启动水平RAID4解码，将NAND Die2以外的Data2（含Parity2校验码）作XOR运算即可得到Die2 Data2；
或者启动垂直RAID4解码，将NAND Die2 Block X Data2以外的Data （含Parity2x（校验码））作XOR运算也可得到Die2 Data2。
即采用垂直水平RAID4在有一个 Data有错，能够实现对数据的纠错。
如图4所示，当Die2 Data2 ECC fail和Die3 Data2 ECC fail，LDPC Hard bit和Soft Bit无法完成数据解救时；
启动垂直RAID4解码，将NAND Die2的所有Data（含Parity2x，不含 Data2）作XOR运算也可得到Die2 Data2；
启动垂直RAID4解码，将NAND Di3的所有Data（含Parity3x，不含Data2）作XOR运算也可得到Die3 Data2；
即采用垂直水平RAID4解码，即使有二个Data有错时，也能够实现资料数据的纠错或解救。
如图5所示，当Die2 Data2 ECC fail，Die3 Data2 ECC fail，Die4 Data2 ECCfail，Die2 Data3 ECC Die2 Data4 ECC fail，LDPC Hard bit和Soft Bit无法完成数据解救时；
启动水平RAID4解码，将Die2以外的Data3（含Parity3）XOR运算即可得到Die2Data3（新）；
启动水平RAID4解码，将Die2以外的Data4（含Parity4）作XOR运算即可得到Die2Data4（新）；
启动垂直RAID4解码，将Di3以外的Data（含Parity3x，不含Data2）作XOR运算也可得到Die3 Data2（新）；
启动垂直RAID4解码，将Di4以外的Data（含Parity4x，不含Data2）作XOR运算也可得到Die4 Data2（新）；
启动水平RAID4解码，将Die2以外的Data2（含Parity2，Die3 Data2（新），Die4Data2（新））作XOR运算即可得到Die2 Data2；
或启动垂直RAID4解码，将Di2以外的Data（含Parity2x，Die2Data3（新），Die2Data4（新），不含Data2）作XOR运算也可得到Die2 Data2；
即采用垂直水平RAID4解码，有三个Data有错，资料也能纠得回来，甚至有些场景三个以上的Data出错，也能够实现资料数据的纠错或解救。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，本发明利用既有HW（硬件）XOR功能运算，在原NAND Flash管理架构上利用Super Blocks对Super Page做读写，再实现水平RAID4在最后的page写入parity（校验码）及垂直RAID4 在最后的page写入parity（校验码），从而可以利用既有的XOR硬件做垂直水平RAID4功能来达成更高的数据保护能力，不仅可以纠错1~3个Data出错，而且甚至在某些场景也可以纠错3个以上的Data，进而不仅提升了储存装置的纠错能力，也强化了可靠度、安全性及经济效益。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.基于NAND的垂直水平RAID4数据保护管理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1、基于NAND Flash管理架构对超级页做读写处理；
S2、进行水平校验码及垂直校验码的写入；
S3、利用XOR硬件做垂直水平RAID4，实现高阶级的数据保护；
其中，所述进行水平校验码及垂直校验码的写入包括以下步骤：
S21、在每个超级页的最后一个页写入水平校验码；所述在每个超级页的最后一个页写入水平校验码包括以下步骤：
对每颗内核中相同页码的数据做异或运算，并将得到的水平校验码写入最后一颗内核相同的页码；
S22、在每个块的最后一个页写入一个垂直校验码；所述在每个块的最后一个页写入一个垂直校验码包括以下步骤：
对同一颗内核中相同块的每一个页的数据做异或运算，并将得到的垂直校验码写入该块的最后一个页。
2.根据权利要求1所述的基于NAND的垂直水平RAID4数据保护管理方法，其特征在于，所述基于NAND Flash管理架构对超级页做读写处理包括以下步骤：
基于NAND Flash管理架构，利用超级块对超级页做读写处理。
3.根据权利要求2所述的基于NAND的垂直水平RAID4数据保护管理方法，其特征在于，所述超级块为集合每个信道的每个CE的块，所述超级页为超级块的每个块中相同页的集合。
4.基于NAND的垂直水平RAID4数据保护管理系统，用于实现权利要求1-3中任意一项所述基于NAND的垂直水平RAID4数据保护管理方法的步骤，其特征在于，该系统包括超级页读写处理模块、校验码写入模块及异或运算模块；
所述超级页读写处理模块用于基于NAND Flash管理架构对超级页做读写处理；
所述校验码写入模块用于进行水平校验码及垂直校验码的写入；
所述异或运算模块用于利用XOR硬件做垂直水平RAID4，实现高阶级的数据保护。
5.根据权利要求4所述的基于NAND的垂直水平RAID4数据保护管理系统，其特征在于，所述进行水平校验码及垂直校验码的写入包括以下步骤：
在每个超级页的最后一个页写入水平校验码；
在每个块的最后一个页写入一个垂直校验码。
6.根据权利要求5所述的基于NAND的垂直水平RAID4数据保护管理系统，其特征在于，所述在每个超级页的最后一个页写入水平校验码包括以下步骤：
对每颗内核中相同页码的数据做异或运算，并将得到的水平校验码写入最后一颗内核相同的页码。
7.根据权利要求6所述的基于NAND的垂直水平RAID4数据保护管理系统，其特征在于，所述在每个块的最后一个页写入一个垂直校验码包括以下步骤：
对同一颗内核中相同块的每一个页的数据做异或运算，并将得到的垂直校验码写入该块的最后一个页。
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Denomination of invention: A Vertical Horizontal RAID4 Data Protection Management Method and System Based on NAND

Effective date of registration: 20230925

Granted publication date: 20230131

Pledgee: China Merchants Bank Limited by Share Ltd. Nantong branch

Pledgor: JIANGSU HUACUN ELECTRONIC TECHNOLOGY Co.,Ltd.

Registration number: Y2023980058282