CN115437580B - 一种数据存储设备的管理方法、系统及数据存储设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数据存储设备的管理方法、系统及数据存储设备，属于存储技术领域。所述数据存储设备的管理方法包括以下步骤：在所述数据存储设备中配置映射表区块和资料区块，所述映射表区块中存储映射表，所述资料区块存储写入数据；当需要配置新的闪存块存储映射表时，选取所述映射表区块中擦除次数最小的第一闪存块，以及所述资料区块中擦除次数最小的第二闪存块；以及在所述第一闪存块和所述第二闪存块中，选取擦除次数最小的闪存块，并将所述映射表写入。通过本发明提供的一种数据存储设备的管理方法，可提高数据存储设备的寿命。

Description

一种数据存储设备的管理方法、系统及数据存储设备
技术领域
本发明属于存储技术领域，特别涉及一种数据存储设备的管理方法、系统及数据存储设备。
背景技术
在数据存储设备中，设置有非易失性存储单元。在非易失性存储单元中存储有多种类型的数据，且为方便数据存储设备的管理，通常依据需要存储的数据的功能将非易失性存储单元区分为多个区块。每个区块中的闪存块毁坏时才会使用替换闪存块。而在对数据存储设备进行读出或写入时，由于各区块中存储的数据类型不同，故不同区块内的闪存块磨损程度不同。导致每个区块中闪存块的磨损不平衡，资料易损毁，易降低数据存储设备的寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种数据存储设备的管理方法、系统及数据存储设备，解决磨损不平衡，资料易损毁，及降低数据存储设备的寿命的问题。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供一种数据存储设备的管理方法，至少包括以下步骤：
在所述数据存储设备中配置映射表区块和资料区块，所述映射表区块中存储映射表，所述资料区块存储写入数据；
当需要配置新的闪存块存储映射表时，选取所述映射表区块中擦除次数最小的第一闪存块，以及所述资料区块中擦除次数最小的第二闪存块；以及
在所述第一闪存块和所述第二闪存块中，选取擦除次数最小的闪存块，并将所述映射表写入。
在本发明一实施例中，在所述数据存储设备中还定义有共享区块，所述共享区块中包括所述映射表区块中擦除次数最小的所述第一闪存块，以及所述资料区块中擦除次数最小的所述第二闪存块。
在本发明一实施例中，所述数据存储设备的管理方法还包括：当接收到所述写入数据时，为所述写入数据配置所示映射表。
在本发明一实施例中，所述数据存储设备的管理方法还包括：判断是否需要新的闪存块存储所述映射表，当不需要配置新的闪存块储存所述映射表时，将所述映射表写入所述映射表区块中闪存块的剩余空间。
在本发明一实施例中，选取擦除次数最小的闪存块，并将所述映射表写入包括以下步骤：判断所述第一闪存块的擦除次数是否小于或等于所述第二闪存块的擦除次数。
在本发明一实施例中，当所述第一闪存块的擦除次数小于或等于所述第二闪存块时，将所述映射表写入所述第一闪存块。
在本发明一实施例中，当所述第一闪存块的擦除次数大于所述第二闪存块时，将一个所述第一闪存块和一个所述第二闪存块交换所属区块，并将所述映射表写入交换所属区块的所述第二闪存块。
在本发明一实施例中，当所述第一闪存块和所述第二闪存块为已经被标识为需要擦除但未擦除的闪存块时，在写入所述映射表前，将所述闪存块中的数据擦除。
本发明还提供一种数据存储设备的管理系统，包括：
区块配置单元，用于在所述数据存储设备中配置映射表区块和资料区块，所述映射表区块中存储映射表，所述资料区块存储写入数据；
闪存块选取单元，当需要配置新的闪存块存储映射表时，选取所述映射表区块中擦除次数最小的第一闪存块，以及所述资料区块中擦除次数最小的第二闪存块，并在所述第一闪存块和所述第二闪存块中，选取擦除次数最小的闪存块；以及
写入单元，并将所述映射表写入擦除次数最小的所述闪存块。
本发明还提供一种数据存储设备，所述数据存储设备上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的数据存储设备的管理方法。
如上所述本发明提供的一种数据存储设备的管理方法、系统及数据存储设备，可保证映射表区块中闪存块相对于资料区块中的闪存块具有较低的擦除次数，实现数据存储设备寿命最大化。本发明提供的数据存储设备的管理方法，能够提高数据存储设备的寿命。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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为本申请中一种数据存储设备结构图。
图2为本申请中数据存储设备的管理方法流程图。
图3为本申请中共享区块的结构示意图。
图4为本申请中数据存储设备的管理系统的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本申请提出一种电子设备，电子设备包括主机200和数据存储设备100。其中，主机200和数据存储设备100可以被实现为单独的芯片，模块，或者设备，或者可以被包括在单一设备中。例如，数据存储设备100可以为集成的单一存储设备，然后被连接至主机200。然而，本公开不限于该示例。也就是说，在另一示例中，主机200和数据存储设备100可以被集成到单一设备中。
请参阅图1所示，在一些实施例中，数据存储设备100经由接口及电源线与主机200(例如信息处理装置)连接。主机200例如由个人计算机、CPU核或者与网络连接的服务器等构成。主机200对数据存储设备100执行数据存取控制，例如，通过向数据存储设备100发送写请求、读请求及删除请求，对数据存储设备100执行数据的写入、读取及删除。
请参阅图1所示，在一些实施例中，数据存储设备100例如可以固态硬盘(SolidState Disk，SSD)。且数据存储设备100可以包括控制器110和非易失性存储单元120。非易失性存储单元120是即使切断电源也不会丢失数据的非易失性存储单元120(非暂时的存储器)，非易失性存储单元120可以为NAND闪存、垂直NAND(VNAND)、NOR闪存、电阻随机存取存储器(RRAM)、相变存储器(PRAM)、磁阻随机存取存储器(MRAM)、铁电随机存取存储器(FRAM)或自旋转移力矩随机存取存储器(STT-RAM)。非易失性存储单元120可以包括连接到字线、串选择线、地选择线和位线的存储单元阵区块。非易失性存储单元120可以包括包含多个存储块的超级块。多个存储块可以包括多个页面。非易失性存储单元120可以包括二维(2D)存储器阵区块或三维(3D)存储器阵区块。也可以使用其他类型的非易失性存储单元120。本实施例中，以NAND型闪速存储器的结构为例进行说明，可以理解，在其他的实施例中，也可以采用其他类型的非易失性存储单元120结构。
请参阅图1所示，在一些实施例中，非易失性存储单元120电性连接至控制器110，并且用以储存主机200所写入数据。非易失性存储单元120中具有闪存块。闪存块可属于同一个存储器晶粒（die）或者属于不同的存储器晶粒。每一闪存块分别具有多个物理页面，并且每一物理页面具有至少一物理扇区，其中属于同一个闪存块的物理页面可被独立地写入且被同时地抹除。例如，每一闪存块是由128个物理页面所组成，并且每一物理页面具有8个物理扇区（sector）。也就是说，在每一物理扇区为512字节（byte）的例子中，每一物理页面的容量为4千字节（Kilobyte，K）。然而，在一实施例中，每一闪存块是可由64个物理页面、256个物理页面或其它任意个物理页面所组成。
请参阅图1所示，闪存块（block）为抹除的最小单位。亦即，每一闪存块含有最小数目的一并被抹除的存储单元。物理页面为可编程的最小单元。即，物理页面为写入数据的最小单元。然而，在一些实施例中，写入数据的最小单位亦可以是物理扇区或其它大小。每一物理页面通常包括数据位区与冗余位区。数据位区用以储存使用者的数据，而冗余位区用以储存系统的数据（例如，错误检查与校正码）。
请参阅图1所示，在一些实施例中，非易失性存储单元120为多层存储单元（MultiLevel Cell，MLC）NAND闪存模块。在其他实施例中，非易失性存储单元120亦可是单层存储单元（Single Level Cell，SLC）NAND闪存模块、其它闪存模块或其它具有相同特性的存储器模块。
请参阅图1所示，在本发明一实施例中，在非易失性存储单元120中配置有系统区块121、映射表区块122和资料区块123。其中，每个功能区块中包括多个闪存块。
请参阅图1所示，在本发明一实施例中，映射表区块122中的闪存块存储映射表。在一些实施例中，映射表区块122中的映射表包括逻辑地址到物理地址（L2P）映射表，每个逻辑地址到物理地址映射表中存储有每条逻辑地址对应的物理地址。在读取数据时，可以依据逻辑地址到物理地址映射表查找需要的数据在非易失性存储单元120中具体的物理地址。资料区块123的闪存块存储写入数据。在本申请中，所述写入数据仅包括外部，例如主机200，需要向数据存储设备100中写入数据，并不包括需要形成的多种映射表或其他中间数据。系统区块121的闪存块存储备份的逻辑地址到物理地址（L2P）映射表，还可以存储逻辑地址到物理地址（L2P）映射表物理地址的物理地址到逻辑地址（P2L）映射表等中间数据。在本申请中，所述中间数据为在数据写入的过程中，需要生成的需要保存的部分中间数据。
请参阅图1所示，在本发明一实施例中，控制器110内配置有缓存111，缓存111可以为能够高速写入或读取数据的存储器的易失性存储器，例如静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)，锁存器、触发器或寄存器。
请参阅图1所示，在本发明一实施例中，控制器110中还设置有控制单元112，控制单元112用以执行以硬件型式或固件型式实作的多个逻辑门或控制指令，并且根据主机2000的指令在非易失性存储单元120中进行数据的写入、读取与抹除等运作。
请结合图1至图2所示，本发明提供的数据存储设备100为一种计算机可读存储设备，数据存储设备100上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明所述的数据存储设备的管理方法。本发明提供的数据存储设备100的管理办法包括步骤S101至S107。
S101、在数据存储设备中配置多个功能区块。
具体的，在本申请中，在数据存储设备100中配置多个功能区块具体为在非易失性存储单元120中设置多个功能区块。在本实施例中，非易失性存储单元120中有如图1所示的系统区块121、映射表区块122和资料区块123。
在一些实施例中，每个功能区块在读取及写入的过程中，只有当功能区块内的闪存块在擦除次数过多导致损坏后，才会使用其他闪存块替换损坏的闪存块。但是由于主机200在写入数据时，对每个功能区块中闪存块的写入次数不同，导致不同功能区块中闪存块的使用寿命不同。本申请中的使用寿命指的是实际使用的时间。例如相对于资料区块123中的闪存块，映射表区块122中的闪存块写入的更加频繁，进而导致映射表区块122中的闪存块擦除的次数更多，故映射表区块122中闪存块的使用寿命会低于资料区块123中闪存块的使用寿命。但是对于用户来说，映射表区块122的重要程度大于资料区块123的重要程度。当资料区块123的闪存块损毁时，数据存储设备100还可以反馈给主机200该闪存块上的资料需要进行修复，这是会将损坏的闪存块上的数据搬移到其他可使用的闪存块，但是当映射表区的闪存块资料损毁时，即使对应的写入数据存在，也无法找到写入的数据。
如图3所示，在本申请中，还定义有一个共享区块124。所述共享区块124中并不包括一个固定的闪存块，而是将映射表区块122和资料区块123中擦除次数最小的闪存块作为共享区块124中的闪存块。如图3所示，共享区块124相当于部分映射表区块122和部分资料区块123的交集。
S102、当接收到写入数据时，为该写入数据配置映射表。
当数据存储设备100接收到写入数据时，需要为写入数据配置逻辑地址到物理地址映射表，以便于查找。
S103、判断是否需要新的闪存块存储映射表，当不需要新的闪存块时，执行步骤S104，当需要新的映射表时，执行步骤S105。
在本申请中，所述新的闪存块为映射表区块122或资料区块123中的未使用过的闪存块、已经将数据擦除的空白闪存块或已经被标识为需要擦除但未擦除的闪存块。在将映射表存储到映射表区块122的闪存块上时，当已被使用的闪存块中还有剩余空间存储映射表，则不需要新的闪存块。而当映射表区块122已被使用的闪存块没有剩余空间存储映射表，或剩余空间不足以存储映射表时，则需要新的闪存块。本申请中，已被使用的闪存块为该闪存块上存储有数据，且处于有效状态的闪存块。
S104、将映射表写入映射表区块中闪存块的剩余空间。
当不需要新的闪存块时，直接将映射表写入映射表区块122中已被使用的闪存块的剩余空间中。
S105、选取映射表区块中擦除次数最小的第一闪存块和资料区块中擦除次数最小的第二闪存块作为待选择闪存块。
在本申请中，选取映射表区块122中擦除次数最小的第一闪存块和资料区块123中擦除次数最小的第二闪存块作为待选择闪存块。在本申请中，待选择闪存块位于共享区块124中至少有两个待选择闪存块，但并不限制共享区块124中待选择闪存块的具体数量。在一些实施例中，当映射表区块122中擦除次数最小的第一闪存块的数量为1，且资料区块123中擦除次数最小的第二闪存块的数量为1时，共享区块124中有两个待选择闪存块。在其他实施例中，当映射表区块122中擦除次数最小的第一闪存块的数量或/和资料区块123中擦除次数最小的第二闪存块的数量超过1时，待选择闪存块位于共享区块124中有多个待选择闪存块。
S106、判断第一闪存块的擦除次数是否小于或等于第二闪存块的擦除次数，若是，则执行步骤S107，否则执行S108。
在判断第一闪存块的擦除次数是否小于或等于第二闪存块的擦除次数时，若第一闪存块或第二闪存块中有未使用过的闪存块和已经被标识为需要擦除但未擦除的闪存块，或有已经将数据擦除的空白闪存块和已经被标识为需要擦除但未擦除的闪存块时，将已经被标识为需要擦除但未擦除的闪存块的擦除次数加一后，再进行判断。
S107、将映射表写入第一闪存块。
在步骤S107中，当第一闪存块的擦除次数小于或等于第二闪存块的擦除次数时，第一闪存块和第二闪存块的所属区块不变，将映射表写入第一闪存块即可。
S108、将一个第一闪存块和一个第二闪存块交换所属区块，并将映射表写入交换所属区块的第二闪存块。
在步骤S108中，当第一闪存块的擦除次数大于第二闪存块的擦除次数时，将一个第一闪存块和一个第二闪存块交换所属区块，即一个第一闪存块的所属区块修改为资料区块123，一个第二闪存块的所属区块修改为映射表区块122，并将映射写入表映射表区块122中的第二闪存块中。若第一闪存块或第二闪存块的数量大于1时，在交换所属区块和映射表写入过程中，仅改变一个第一闪存块和一个第二闪存块的所属区块，其他第一闪存块和第二闪存块的所述区块保持不变，以保证每个区块中闪存块的数量不变。
在一些实施例中，在将映射表写入第一闪存块或第二闪存块之前，当第一闪存块或第二闪存块为已经被标识为需要擦除但未擦除的闪存块，还需要擦除第一闪存块或第二闪存块上的数据。
如步骤S101至步骤S108所示，在映射表的存储过程中，在第一闪存块和第二闪存块中，选取擦除次数最小的闪存块存储映射表。在运行一段时间后，可保证映射表区块122中闪存块的擦除次数小于或等于资料区中闪存块的擦除次数，以延长数据存储设备100寿命。
如图4所示，本发明还提供一种数据存储设备的管理系统，且所述数据存储设备的管理系统包括区块配置单元301、映射表建立单元302、判断单元303、闪存块选取单元304、区块属性交换单元305和写入单元306。其中，区块配置单元301用于在数据存储设备中配置多个功能区块，且功能区块包括系统区块121、映射表区块122、资料区块123和共享区块124。映射表建立单元302连接于区块配置单元301，用于在接收到写入数据时，为该写入数据配置映射表。判断单元303连接于映射表建立单元302，用于判断是否需要新的闪存块存储映射表。闪存块选取单元304连接于判断单元303，用于在需要配置新的闪存块存储映射表时，选取所述映射表区块122中擦除次数最小的第一闪存块，以及所述资料区块123中擦除次数最小的第二闪存块，并在第一闪存块和第二闪存块中，选取擦除次数最小的闪存块存储所述映射表。其中，闪存块选取单元304包括待选择闪存块挑选子单元3041和判断子单元3042，待选择闪存块挑选子单元3041用于选取映射表区块中擦除次数最小的第一闪存块和资料区块中擦除次数最小的第二闪存块作为待选择闪存块，判断子单元3042用于判断第一闪存块的擦除次数是否小于或等于第二闪存块的擦除次数。区块属性交换单元305连接于闪存块选取单元304，用于在第一闪存块的擦除次数大于第二闪存块的擦除次数时，将一个第一闪存块和一个第二闪存块交换所属区块。写入单元306连接于判断单元303、闪存块选取单元304和区块属性交换单元305，用于将映射表写入闪存块中。且写入单元306包括第一写入子单元3061、第二写入子单元3062和第三写入子单元3063。第一写入子单元3061用于在不需要新的闪存块时，将映射表写入映射表区块中闪存块的剩余空间。第二写入子单元3062用于在第一闪存块的擦除次数小于或等于第二闪存块的擦除次数时，将映射表写入第一闪存块。第三写入子单元3063用于在第一闪存块的擦除次数大于第二闪存块的擦除次数时，将映射表写入交换所属区块的第二闪存块。
综上所述，本发明提供的数据存储设备的管理方法，首先，在数据存储设备中配置多个功能区块，并在当接收到写入数据时，为该数据配置映射表。接着，判断是否需要新的闪存块存储映射表，当不需要新的闪存块时，将映射表写入映射表区块中闪存块的剩余空间，当需要新的映射表时，选取映射表区块中擦除次数最小的第一闪存块和资料区块中擦除次数最小的第二闪存块作为待选择闪存块。最后，判断第一闪存块的擦除次数是否小于或等于第二闪存块的擦除次数，进而选取擦除次数较小的闪存块，当第一闪存块的擦除次数小于或等于第二闪存块的擦除次数时，将映射表写入第一闪存块，当第一闪存块的擦除次数大于第二闪存块的擦除次数时，将一个第一闪存块和一个第二闪存块交换所属区块，并将映射表写入交换所属区块的第二闪存块。进而将映射表存储进擦除次数较小的第一闪存块或第二闪存块中。
以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种数据存储设备的管理方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
在所述数据存储设备中配置映射表区块和资料区块，所述映射表区块中存储映射表，所述资料区块存储写入数据；
当需要配置新的闪存块存储映射表时，选取所述映射表区块中擦除次数最小的第一闪存块，以及所述资料区块中擦除次数最小的第二闪存块；以及
在所述第一闪存块和所述第二闪存块中，选取擦除次数最小的闪存块，并将所述映射表写入；
其中，选取擦除次数最小的闪存块，并将所述映射表写入包括以下步骤：判断所述第一闪存块的擦除次数是否小于或等于所述第二闪存块的擦除次数；当所述第一闪存块的擦除次数小于或等于所述第二闪存块时，将所述映射表写入所述第一闪存块；当所述第一闪存块的擦除次数大于所述第二闪存块时，将一个所述第一闪存块和一个所述第二闪存块交换所属区块，即一个所述第一闪存块的所属区块修改为所述资料区块，一个所述第二闪存块的所属区块修改为所述映射表区块，并将所述映射表写入交换所属区块的所述第二闪存块。
2.根据权利要求1所述的数据存储设备的管理方法，其特征在于，在所述数据存储设备中还定义有共享区块，所述共享区块中包括所述映射表区块中擦除次数最小的所述第一闪存块，以及所述资料区块中擦除次数最小的所述第二闪存块。
3.根据权利要求1所述的数据存储设备的管理方法，其特征在于，所述数据存储设备的管理方法还包括：当接收到所述写入数据时，为所述写入数据配置所示映射表。
4.根据权利要求1所述的数据存储设备的管理方法，其特征在于，所述数据存储设备的管理方法还包括：判断是否需要新的闪存块存储所述映射表，当不需要配置新的闪存块储存所述映射表时，将所述映射表写入所述映射表区块中闪存块的剩余空间。
5.根据权利要求1所述的数据存储设备的管理方法，其特征在于，当所述第一闪存块和所述第二闪存块为已经被标识为需要擦除但未擦除的闪存块时，在写入所述映射表前，将所述闪存块中的数据擦除。
6.一种数据存储设备的管理系统，其特征在于，包括：
区块配置单元，用于在所述数据存储设备中配置映射表区块和资料区块，所述映射表区块中存储映射表，所述资料区块存储写入数据；
闪存块选取单元，当需要配置新的闪存块存储映射表时，选取所述映射表区块中擦除次数最小的第一闪存块，以及所述资料区块中擦除次数最小的第二闪存块，并在所述第一闪存块和所述第二闪存块中，选取擦除次数最小的闪存块；以及
写入单元，并将所述映射表写入擦除次数最小的所述闪存块；
其中，选取擦除次数最小的闪存块，并将所述映射表写入包括以下步骤：判断所述第一闪存块的擦除次数是否小于或等于所述第二闪存块的擦除次数；当所述第一闪存块的擦除次数小于或等于所述第二闪存块时，将所述映射表写入所述第一闪存块；当所述第一闪存块的擦除次数大于所述第二闪存块时，将一个所述第一闪存块和一个所述第二闪存块交换所属区块，即一个所述第一闪存块的所属区块修改为资料区块，一个所述第二闪存块的所属区块修改为映射表区块，并将所述映射表写入交换所属区块的所述第二闪存块。
7.一种数据存储设备，其特征在于，所述数据存储设备上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1所述的数据存储设备的管理方法。
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