TWI454928B - 使用可程式匯流排仲裁器改良固態驅動器效能的方法與系統及其儲存媒體 - Google Patents

使用可程式匯流排仲裁器改良固態驅動器效能的方法與系統及其儲存媒體 Download PDF

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Description

使用可程式匯流排仲裁器改良固態驅動器效能的方法與系統及其儲存媒體
本發明大致關係於資料儲存的領域，更明確地說，關係於藉由使用可程式匯流仲裁器改良固態碟效能的方法。
現代固態碟(SSD)驅動器具有很高效能，使得它們可以在叢發範圍內透入一介面，例如序列先進技術附件(SATA)介面。因為這些大量叢發資料，所以，來自主機的新命令可能未被送至SSD，直到SSD閒置一些時間長度為止。結果，SSD可能在深佇列工作負載下，而不能利用NAND裝置的全並行。雖然有資料準備好送至主機，但因為SSD可能會贏得SATA匯流排仲裁，所以到SSD的新命令可能被阻擋幾百微秒。因為在一般旋轉磁碟機上不能並行存取多數命令的資料，所以，這在一般磁碟機上不會是個問題。然而，在SSD上，這可以阻礙多數同時NAND通道的全利用。
 【發明內容與實施方式】
本發明以例子加以例示並不限定於附圖中之圖式，圖中相同元件符號表示類似元件。
為了解釋目的，在以下說明中，各種特定細節係被說明，以提供對本發明之完整了解。然而，明顯地，對於熟習於本技藝者，本發明之實施例可以在沒有這些特定細節下實施。在其他例子中，結構及裝置係被以方塊圖形式顯示，以避免使本發明難以理解。
在整個說明書中之“一實施例”或“實施例”表示有關於包含在本發明至少一實施例中之該實施例所述的一特定特徵、結構或特性。因此，在整個說明書各處之“在一實施例中”或“在實施例中”的用語的出現並不全然表示相同實施例。再者，特定特徵、結構或特性可以在一或更多實施例中以任何適當方式組合。
圖1為依據本發明之一例示實施例之例示固態碟及主機介面示意圖。依據所示例示實施例，系統100可以包含一主機102及固態碟(SSD)104，其通過介面116通訊並競爭以存取介面116。主機102可以包含主機佇列106，以儲存予以當主機102能存取介面116時送至SSD 104的暫存命令110，例如讀取要求。SSD 104可以包含碟片佇列108，以儲存當SSD 104可以存取介面116時予以送至主機102的結果112，例如讀取完成。
主機102及SSD 104可以仲裁對介面116的存取。在一實施例中，當SSD 104在主機102提出存取要求120之前提出存取要求118時，SSD 104存取介面116於存取時間122，以傳送所儲存結果112。當在存取時間122後，SSD 104完成傳送，SSD 104可能在時間124準備好提出另一存取要求。然而，作為藉由使用可程式匯流排仲裁器改良固態碟效能的方法之部份，如於此參考圖3所述，SSD 104可以延遲存取介面116的要求，以延遲一延遲時間126，以允許主機102提出存取要求128並在存取時間130中，透過介面116傳送命令110至SSD 104。
延遲時間126可能週期地或只有當某些條件滿足時才被引入。在一實施例中，如果檢測出主機102在想要存取介面116中敗給SSD 104，例如於存取要求120時，延遲時間126係被引入，以延遲SSD 104對介面116的存取要求。在一實施例中，只有在較儲存於碟片佇列108中臨限114結果112為少時，例如，當有利以允許主機102提出額外命令110時，延遲時間126才被引入。其他何時引入延遲時間126的方法或條件可以為熟習於本技藝者發生並認為是本發明實施例之精神的一部份。在一實施例中，延遲時間126包含約1微秒。
圖2為依據本發明例示實施例之適用以實施所揭示方法的例示電子設施方塊圖。電子設施200係想要代表各種傳統及非傳統電子設備之任一，例如膝上型電腦、桌上型電腦、行動電話、無線通訊用戶單元、無線通訊電話基礎元件、個人數位助理、機頂盒、或任何可以由本案之教導得到好處之電子設備。依據所示實施例，電子設施200可以包含一或更多處理器202、記憶體控制器204、系統記憶體206、輸入/輸出控制器208、網路控制器210、輸入/輸出裝置212、固態碟214、內連線216及仲裁器218，耦接成如圖2所示。在一實施例中，固態碟214包含快閃記憶體，例如NAND快閃記憶體、並與I/O控制器208互動，作為SSD 104與主機102互動。在一實施例中，仲裁器218可以在SSD互連存取要求中引入一延遲126作為改良固態碟效能的一種方法的一部份，如參考圖3所更詳述。
處理器202可以代表各種控制邏輯之任一，包含但並不限於微處理器、可程式邏輯裝置(PLD)、可程式邏輯陣列(PLA)、特定應用積體電路(ASIC)、微控制器等之一或更多，本發明於此方面並不限制。在一實施例中，處理器202可以為英特爾相容之處理器。處理器202可以具有指令集，其包含有多數機器層次指令，其可以例如為應用程式或作業系統所喚醒。
記憶體控制器204可以代表任意類型之晶片組或控制邏輯，其將系統記憶體206與電子設施200的其他元件間作成介面。在一實施例中，於處理器202與記憶體控制器204間之連接可以為點對點串列鏈結。在另一實施例中，記憶體控制器204可以表示為北橋。
系統記憶體206可以代表任意類型之用以儲存資料及指令的記憶體裝置，該等資料及指令係已經或將要為處理器202所使用。典型地，雖然本發明並不限於此方面，但系統記憶體206將由動態隨機存取記憶體(DRAM)構成。在一實施例中，系統記憶體206可以由RambusDRAM(RDRAM)構成。在另一實施例中，系統記憶體206可以由雙資料率同步DRAM(DDRSDRAM)構成。
輸入/輸出(I/O)控制器208可以代表任意類型之晶片組或控制邏輯，其將一或多個I/O裝置212與電子設施200的其他元件間作成介面。在一實施例中，I/O控制器208可以稱為南橋。在另一實施例中，I/O控制器208可以符合PCI特殊利益群於2003年四月15日公告之週邊元件互連(PCI)ExpressTM 為主規格，修正版本1.0a。
網路控制器210可以表示任意類型之裝置，其允許電子設施200以與其他電子設施或裝置通訊。在一實施例中，網路控制器210可以符合(核准於1999年九月16日之對ANSI/IEEE Std802.11補充，1999版)之電子電機工程師協會(IEEE)802.11b標準。在另一實施例中，網路控制器210可以為乙太網路介面卡。
輸入/輸出(I/O)裝置212可以代表任意類型之裝置、週邊或元件，其對電子設施200提供的輸入或由電子設施200輸出處理。
內連線216係被顯示為耦接固態碟214與I/O控制器208，然而，固態碟214可以耦接至電子設施200之其他元件。在一實施例中，內連線216代表序列先進技術附件(SATA)匯流排。
雖然所示為固態碟214的一部份，但仲裁器218可以加入電子設施200的另一元件中，例如I/O控制器208。在一實施例中，仲裁器218可以為軟體或軟體與硬體的組合。在一實施例中，仲裁器218代表作業系統(OS)應用程式。
圖3為依據本發明一例示實施例之藉由使用可程式匯流排仲裁器之改良固態碟效能的例示方法的流程圖。可以為熟習於本技藝者所了解，雖然以下操作可以描述為依序處理，但事實上，很多操作可以並行或同時執行。另外，操作的順序也可以再重排，而不脫離本發明實施例之精神。
在一實施例中，方法300開始以SSD 214處理(302)，來自I/O控制器208的資料的最新接收要求。在一例示實施例中，一命令110可以包含用以予以自快取記憶體讀取的資料之虛擬位址。
再者，SSD 214將由快閃記憶體取回要求資料(304)。在一實施例中，SSD 214將儲存結果於碟片佇列108中。
方法300持續以仲裁器218決定是否I/O控制器208存取內連線216的企圖失敗(306)。在一實施例中，如果檢測出存取要求120失敗，則仲裁器218設定一旗標或增量一計數器。
再者，如果某些條件符合，則仲裁器218可以延遲SSD 214存取內連線216的要求(308)。在一例示實施例中，如果檢測出存取要求120失敗，則引入延遲時間126。在一實施例中，如果至少部份根據儲存結果112的數目的一公式及/或表示存取要求120失敗的計數器表示延遲將改良碟片效能，則仲裁器218引入延遲時間126。
然後，方法300可以結論出SSD 214要求對內連線216存取(310)，以傳送取回資料，例如儲存結果112。
圖4顯示包含內容之例示儲存媒體的方塊圖，當內容被存取時，使得電子設施實施揭示方法300之一或更多方面。有關於此，儲存媒體400包含內容402(例如指令、資料或其任意組合)，內容被執行時，使得該設施實施上述方法之一或更多方面。
機器可讀取(儲存)媒體400可以包含但並不限於軟碟、光碟、CD-ROM、及磁光碟、ROM、RAM、EPROM、EEPROM、磁或光學卡、快閃記憶體、或其他類型之媒體/機器可讀取媒體，適用以儲存電子指令者。再者，本發明也可以被下載作為電腦程式產品，其中該程式可以被由一遠端電腦經由通訊鏈結(例如數據機、無線或網路連接)藉由實施為載波或實施於其他傳遞媒體的資料信號傳送至要求電腦。
在以上說明中，為了解釋目的，多種特定細節係被說明，以提供對本發明之整體了解。然而，為熟習於本技藝者所了解的是，本發明可以在沒有部份這些特定細節下實施。在其他例子中，已知結構及裝置係以方塊圖形式加以顯示。
本發明之實施例可以用於各種應用中。雖然本發明並不限於此方面，但於此所述之發明可以用於微控制器、一般目的微處理器、數位信號處理器(DSP)、精簡指令集計算(RISC)、複雜指令集計算(CISC)、等等之其他電子元件。然而，應了解的是，本發明之範圍並不限於這些例子。
本發明之實施例也可以包含於稱為核心記憶體、快取記憶體、或其他類型記憶體的積體電路方塊中，以儲存予以為微處理器所執行之電子指令或儲存可能在算術運算中使用的資料。通常，依據本案主張標的使用多階骨牌邏輯的實施例可以對微處理器提供優點，並且，尤其，可以併入用於記憶體裝置的位址解碼器中。注意的是，該等實施例可以積集入無線電系統或手持攜帶裝置，特別是當裝置係依賴降低之功率消耗時。因此，膝上型電腦、行動電話通訊系統、雙向無線電通訊系統、單向呼叫器、雙向呼叫器、個人通訊系統(PCS)、個人數位助理(PDA)、攝像機及其他產品係想要包含於本發明之範圍內。
本發明包含各種運算。本發明之運算可以為硬體元件所執行，或可以實施為機器可執行內容(例如指令)，其可以用以使得被規劃有指令之一般目的或特殊目的處理器或邏輯電路執行運算。或者，該等運算也可以為硬體及軟體的組合所執行。再者，雖然本發明已經描述於計算設施的內文中，但熟習於本技藝者可以了解此功能可以被實施於任意數量之替代實施例中，例如積集於通訊設施(例如行動電話)中。
以最基本形式描述的很多方法及運算也可以加入至或由任一方法刪去，資訊可以被加入至或由所述信息中增減，均未脫離本發明之基本範圍。本發明概念的任意數量的變化係在本發明之範圍與精神內所預期。有關於此，特定顯示之例示實施例並未提供以限制本發明，而是例示而已。因此，本發明之範圍並不是由上述之特定例子所限定，只由隨附之申請專利範圍的明確文句所限制。
100．．．系統
102．．．主機
104．．．固態驅動器
106．．．主機佇列
108．．．碟片佇列
110．．．命令
112．．．結果
114．．．臨限
116．．．介面
118．．．要求
120．．．存取要求
122．．．存取時間
124．．．時間
126．．．延遲時間
128．．．存取要求
130．．．存取時間
200．．．電子設施
202．．．處理器
204．．．記憶體控制器
206．．．系統記憶體
208．．．I/O控制器
210．．．網路控制器
212．．．輸入/輸出裝置
214．．．SSD
216．．．內連線
218．．．仲裁器
400．．．儲存媒體
402．．．內容
圖1為依據本發明例示實施例之例示固態碟與主機介面的示意圖；
圖2為依據本發明例示實施例之適用於實施所揭示方法的例示電子設施的方塊圖；
圖3為依據本發明例示實施例之藉由使用可程式匯流排仲裁器改良固態碟效能的例示方法流程圖；及
圖4為一例示製造物的方塊圖，其中包含有內容，當為一裝置所執行時，使得該裝置實施本發明之一或更多實施例的一或更多態樣。

Claims (20)

  1. 一種包含內容之儲存媒體，當內容為存取機器所執行時，使得該存取機器：延遲透過共享介面，傳送自固態驅動器取回的資料之要求，該要求的該延遲允許主機存取該共享介面並透過該共享介面傳送命令至該固態驅動器，該共享介面係序列先進技術附件(SATA)介面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之儲存媒體，更包含內容，當為存取機器所執行時，使得該存取機器檢測是否該主機於企圖存取該介面的過程中敗給該固態驅動器，並延遲來自該固態驅動器存取該介面的後續要求。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之儲存媒體，其中該固態驅動器包含NAND快閃記憶體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之儲存媒體，更包含內容，當其為存取機器所執行時，只有當佇列在與該固態驅動器相關的緩衝器中的讀取結果少於臨限數量時，使得該存取機器延遲來自該固態驅動器對該共享介面存取的要求一時間延遲。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之儲存媒體，更包含內容，當其為存取機器所執行時，使得該存取機器延遲來自該固態驅動器之存取該共享介面的週期性要求。
  6. 一種改良固態驅動器效能的系統，包含：處理器；網路控制器； 介面主機；及固態驅動器，其中該固態驅動器包含仲裁器，以延遲來自該固態驅動器之存取共享介面的要求一時間延遲，延遲該要求的時間延遲允許主機電腦存取該共享介面並傳送一命令至該固態驅動器。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之系統，更包含該仲裁器以檢測是否該介面主機於企圖存取該共享介面的過程中敗給該固態驅動器，並延遲來自該固態驅動器存取該介面的後續要求。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之系統，其中該介面包含序列先進技術附件(SATA)介面。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之系統，其中該固態驅動器包含NAND快閃記憶體。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之系統，更包含只有當佇列在該固態驅動器中之命令少於臨限數量時，該仲裁器延遲來自該固態驅動器存取該共享介面的要求一時間。
  11. 如申請專利範圍第6項所述之系統，更包含該仲裁器延遲來自該固態驅動器存取該共享介面的週期要求。
  12. 一種改良固態驅動器效能的方法，包含：取回來自固態驅動器的資料；透過共享內連線，傳送自該固態驅動器所取回的資料至主機電腦；延遲該固態驅動器企圖使用該共享內連線以傳送該取回資料一延遲時間；及 於該延遲時間之中，透過該共享內連線，由該主機電腦接收指向給該固態驅動器的命令。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中延遲該固態驅動器的企圖係回應於檢測到該主機電腦存取該共享內連線的失敗企圖而發生。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之方法，更包含：儲存該被取回資料於緩衝器中；及回應於檢測到予以傳送至該主機電腦的在該緩衝器中的取回資料的數量低於臨限值，而延遲該企圖該延遲時間。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該共享內連線為序列先進技術附件(SATA)介面。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之方法，更包含：回應於接收到透過該共享內連線，由該主機電腦存取在該固態驅動器中之該資料的要求，自該固態驅動器取回該資料。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之方法，更包含：在該延遲時間到期之後，再次啟始對該共享內連線的存取，以傳達在該緩衝器中之該取回資料至該主機電腦。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之方法，更包含：儲存該被取回資料於緩衝器中；及回應於檢測到予以傳送至該主機電腦的在該緩衝器中的取回資料的數量低於臨限值，而延遲該企圖該延遲時間。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之方法，更包含：回應於來自該主機電腦透過該共享內連線接收的存取該資料的要求，由該固態驅動器取回該資料，該要求指明予以由在該固態驅動器的快閃記憶體讀取的資料的虛擬位址；儲存該取回的資料於緩衝器中；回應於：i)檢測到予以傳送至該主機電腦中之在該緩衝器中之取回資料數量低於臨限值，及ii)檢測該主機電腦存取該共享內連線並傳送該命令至該固態驅動器的失敗的先前企圖，而延遲該企圖該延遲時間；及在該延遲時間到期之後，再次啟始對該共享內連線的存取，以傳達在該緩衝器中之該取回資料至該主機電腦。
  20. 一種電腦裝置，包含如申請專利範圍第6項所述之系統。
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