CN202472635U - 闪存磨损均衡装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种闪存磨损均衡装置，包括用于存放闪存块擦除信息的SRAM，还包括：数据读取模块，链接所述SRAM，以读取闪存块擦除信息；数据比较器，含有用于寄存之前所需块擦除信息的存储单元和连接该存储单元及所述数据读取模块的比较器，以获得闪存当前所需块擦除信息；以及寄存器，连接所述比较器的输出端，存放当前所需块擦除信息，并连接系统总线，以备上位机访问。依据本实用新型的闪存磨损均衡装置提高磨损均衡管理效率，并降低对系统资源的消耗。

Description

闪存磨损均衡装置

技术领域

本实用新型涉及存储管理技术领域，具体是涉及一种用于闪存磨损均衡管理的装置。

背景技术

Flash（闪烁存储器，简称闪存）的读(Read)、写(Program)和擦除(Erase)操作中读和写的基本单位是页，擦除的基本单位是块。对flash的写操作只能在尚未写入的空闲页上进行，并且只能按照从低地址页到高地址页顺序写。如果想要修改某个已经写过的页，只能先擦除整个物理块，然后再写入。

然而Flash的物理特征决定了它的可擦写次数是有限的，当前技术条件下块的擦除次数多在10万次到100万次之间，只要有一个块的擦除次数达到了上限，数据存储就变得不可靠，会影响整个闪存的读写效率和性能。为延长flash的使用寿命目前我们主要采用两者策略，一种是应尽量减少对块的擦除次数，即当整个块中的页都被标记为空闲页时再擦除。另一种策略是采用高效的磨损均衡处理（wear-levling）。这里主要涉及减少对块的擦除次数的策略。

磨损均衡方法目前基本上局限于软件算法实现，实现软件算法所需要的块的擦写信息存储在SRAM（Static Random Access Memory，静态随机存储器）中。CPU通过读写SRAM得到块的擦写信息，然后利用磨损均衡算法改变块和页的逻辑物理地址映射关系实现闪存的均衡磨损。

然而，CPU直接读取SRAM中块擦写信息后做出部的检索，然后再利用特定的算法实现磨损均衡这里过程所消耗的时间比较长，使得闪存的写操作效率很低。

此外，软件对SRAM的初步检索需要建立动态链表，使用指针操作各级数组，耗费很多CPU时钟周期。

显然，闪存磨损均衡有软件算法实现虽然有比较长的历史，但受限于软件自身的缺陷，导致磨损均衡管理的效率偏低，且其改进对此并没有实质性的改观。因此，有必要探索其他的技术路线，以提高闪存磨损均衡管里的效率。

发明内容

因此，本实用新型的目的在于提出一种基于硬件实现的闪存磨损均衡装置，提高磨损均衡管理效率，并降低对系统资源的消耗。

本实用新型采用的技术方案为：

一种闪存磨损均衡装置，包括用于存放闪存块擦除信息的SRAM，还包括：

数据读取模块，链接所述SRAM，以读取闪存块擦除信息；

数据比较器，含有用于寄存之前所需块擦除信息的存储单元和连接该存储单元及所述数据读取模块的比较器，以获得闪存当前所需块擦除信息；以及

寄存器，连接所述比较器的输出端，存放当前所需块擦除信息，并连接系统总线，以备上位机访问。

依据上述结构的闪存磨损均衡装置，采用硬件获取闪存最小擦除块信息，并被存放在寄存器中，上位机可以直接读取寄存器中的信息而直接对相应的块进行访问。从而，省去了软件要做的动态链表和排序算法，进而省去了因此消耗的CPU时钟周期。

而对所需快擦除信息的处理是对存放于SRAM中的块擦除信息的简单遍历比较，效率比较高；当CPU访问所需要的块时，能够直接命中，效率有很大的提高。

上述闪存磨损均衡装置，所述寄存器有多个，形成寄存器组，并被分组的存放被分组的不同属性类型块中块擦除信息。

上述闪存磨损均衡装置，还包括用于链接所述数据读取模块与SRAM并挂接到系统总线上的仲裁器，用于仲裁上位机与数据读取模块对SRAM的访问权。

附图说明

图1为依据本实用新型的一种闪存磨损均衡装置的系统结构原理图。

图2为块信息存放结构图。

图3为提供擦除次数最少的空闲块的流程图。

图4为提供所有块擦除次数总数以及非空闲块数目的流程图。 

具体实施方式

参照说明附图1，一种闪存磨损均衡装置，一个磨损均衡表被存放到SRAM中，磨损均衡表以为公知，通常包括所有块擦除次数，有些描述有块的属性。如图2所示，磨损均衡表用3位二进制码表示块的书性，比如000表示空闲块、001表示坏块、010表示系统块等最多8种属性，据此，块的磨损均衡可以依据属性不同分组管理。

一个数据读取模块被链接至所述SRAM，通过对预定的存储地址的读取，获得磨损均衡表中从第0块开始起的擦除信息，擦除信息主要是擦除次数。

一个数据比较器读取所述数据读取模块送出的数据，对擦除次数进行比较，比较体现在寄存在数据比较器中之前所需块擦除信息与当前获得的块擦除信息的比较，以获得闪存当前所需块擦除信息。

其中所需块擦除信息如前述各种属性，如空闲块组中擦除次数最好的块，不涉及对本方案的改进，对此不再深入论述。

寄存器，连接所述比较器的输出端，存放当前所需块擦除信息，并连接系统总线，以备上位机访问。

所述寄存器有多个，形成寄存器组，可以存放若干擦除次数比较少的块，也可以被分组的存放被分组的不同属性类型块中块擦除信息，从而满足不同应用条件下的快速响应。

为了更好的服务于系统管理，还包括用于链接所述数据读取模块与SRAM并挂接到系统总线上的仲裁器，用于仲裁上位机与数据读取模块对SRAM的访问权。

依据上述结构，一个擦除次数最好的空闲块获取的方法表现如下：

参见说明书附图3，闪存上电，初始化。

然后数据读取模块发出读取磨损均衡表的请求，当CPU没有申请读写该表时，仲裁器将访问权限授予数据读取模块。

然后，数据读取模块将读取的表信息传递给数据比较模块。

数据比较模块则将本次得到的表信息按属性与之前所得同属性块中最小擦除次数进行比较，得到当前最小的块擦除次数和该块的地址。然后重复该步骤一直到本次检索命令终止，也就是遍历了整个磨损均衡表。

将以上步骤得到的每一类型块的最小擦除次数和块地址存入寄存器组，以备CPU访问。

因依据附图1所示的装置把挂接在总线上，对该装置的访问并不限于CPU，满足总线控制的访问方式的设备均可以对附图1所示的装置进行访问。

提供擦除次数最多的磨损块的步骤类似于上述步骤，只是比较的对象有所差异，那么参见说明书附图4，提供所有块的擦除次数总和以及非空闲块的数目的步骤如下：

步骤1，数据读取模块发出读取磨损均衡表的请求，当CPU没有申请读写该表时仲裁器将访问权限授予数据读取模块。

步骤2，数据读取模块将读取的表信息传递给数据比较模块。

步骤3，数据比较模块将本次得到的表信息中的擦除次数累加到之前每次读取的表信息中擦除次数的和值上得到新的擦除次数总和；判断此次读取的表信息中块的属性是否为空闲，若不是空闲则将非空闲块计数器加1。然后重复步骤一直到本次检索命令终止。

步骤4，将步骤3得到的所有块擦除次数总和以及非空闲块计数器的值存入寄存器，以备cpu访问。

通过对擦除次数最少的空闲块的获取和对擦除次数总和及非空闲块数据的获取可知，依据本实用新型的闪存磨损均衡装置省去了软件要做的动态链表和排序算法，进而省去了因此所消耗的CPU时钟周期。

Claims (3)

1.一种闪存磨损均衡装置，包括用于存放闪存块擦除信息的SRAM，其特征在于，还包括：

数据读取模块，链接所述SRAM，以读取闪存块擦除信息；

数据比较器，含有用于寄存之前所需块擦除信息的存储单元和连接该存储单元及所述数据读取模块的比较器，以获得闪存当前所需块擦除信息；以及

寄存器，连接所述比较器的输出端，存放当前所需块擦除信息，并连接系统总线，以备上位机访问。

2.根据权利要求1所述的闪存磨损均衡装置，其特征在于，所述寄存器有多个，形成寄存器组，并被分组的存放被分组的不同属性类型块中块擦除信息。

3.根据权利要求1或2所述的闪存磨损均衡装置，其特征在于，还包括用于链接所述数据读取模块与SRAM并挂接到系统总线上的仲裁器，用于仲裁上位机与数据读取模块对SRAM的访问权。

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