[發(fā)明專利]一種固態(tài)硬盤讀寫方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010154613.2
• 申請日: 2010-04-19
• 公開（公告）號: CN101819509A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發(fā)明（設計）人: 倪凱;王偉能;馬建設;毛樂山;林家用;程雪岷
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: G06F3/06
• 分類號: G06F3/06;G06F12/06
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識產(chǎn)權代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

技術領域

本發(fā)明涉及硬盤，尤其是涉及一種固態(tài)硬盤讀寫方法。

背景技術

固態(tài)硬盤又稱閃存固態(tài)存儲系統(tǒng)，具有數(shù)據(jù)傳輸速度快、可靠性高、功耗低、防震抗摔、無工作噪音、發(fā)熱小、重量輕等優(yōu)點，非常適合用于個人用戶便攜式移動存儲領域和政府機關、政法系統(tǒng)、銀行、保險公司等要求高可靠性的存儲領域。固態(tài)硬盤的讀寫方法以及讀寫擦等操作之間的關系是存儲系統(tǒng)的訪問速度、壽命、可靠性等多項重要指標的決定因素之一。韓國三星公司、首爾國立大學針對單片閃存固態(tài)存儲系統(tǒng)的具體現(xiàn)象和單個問題進行分析，如地址映射提出了三種基本地址映射策略：頁映射、塊映射和混合映射，但仍然存在不能在保證系統(tǒng)訪問速度的同時盡量減小地址映射表所占用的存儲空間的缺陷。而針對閃存固態(tài)存儲系統(tǒng)的損耗均衡提出的Hot-clod?swapping、Turn-based?selection、Old-block?protection、Erase?Pool等方法，由于所需的存儲空間大和查找算法復雜度大，并行性差，只能適應于單片閃存固態(tài)存儲系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題是彌補現(xiàn)有技術中查找算法復雜度大、操作并行性差、地址映射表占用系統(tǒng)資源多以及不實用的缺陷，提供一種實用且高效的固態(tài)硬盤讀寫方法。

本發(fā)明的技術問題通過以下技術方案予以解決。

這種固態(tài)硬盤讀寫方法，包括四類操作：從固態(tài)硬盤讀數(shù)據(jù)，向固態(tài)硬盤寫數(shù)據(jù)，緩存數(shù)據(jù)寫入閃存，以及固態(tài)硬盤擦除無效塊。

這種固態(tài)硬盤讀寫方法的特點是：

基于緩存，預先建立帶緩存的塊級地址映射表，所述塊級地址映射表是邏輯塊地址到物理塊地址的轉換表，所述帶緩存的塊級地址映射表是緩存中所存頁的邏輯頁地址到物理頁地址的轉換表；

并且預先將固態(tài)硬盤存儲空間分為數(shù)據(jù)塊區(qū)、無效塊區(qū)和空塊區(qū)，所述數(shù)據(jù)塊區(qū)是其中寫有有效數(shù)據(jù)的塊區(qū)，所述無效塊區(qū)是指數(shù)據(jù)已經(jīng)標注為刪除但其中物理信息尚未真正擦除的塊區(qū)，所述空塊區(qū)是指已經(jīng)過擦除可以重新寫入數(shù)據(jù)的塊區(qū)；

所述數(shù)據(jù)塊區(qū)、無效塊區(qū)和空塊區(qū)以數(shù)組形式保存各自的擦除次數(shù)和物理塊地址信息；

所述四類操作：從固態(tài)硬盤讀數(shù)據(jù)，向固態(tài)硬盤寫數(shù)據(jù)，緩存數(shù)據(jù)寫入閃存，以及固態(tài)硬盤擦除無效塊，是并行執(zhí)行的四類操作。

本發(fā)明的技術問題通過以下進一步的技術方案予以解決。

所述緩存數(shù)據(jù)寫入閃存，在固態(tài)硬盤系統(tǒng)掉電或緩存中的可用空間小于總緩存的10±5％時才啟動。

所述固態(tài)硬盤擦除無效塊，在固態(tài)硬盤系統(tǒng)未接到外界讀寫命令或空塊數(shù)低于初始空塊數(shù)的10±1％的閾值時才啟動。所述閾值一般為16～48，閾值過大，包括數(shù)據(jù)塊、無效塊與空塊在內(nèi)的閃存塊之間讀寫次數(shù)突變太大，會導致?lián)p耗均衡效果不好，不利于動態(tài)損耗均衡的實現(xiàn)；閾值過小，則不利于空塊數(shù)組表的管理。

所述從固態(tài)硬盤讀數(shù)據(jù)，包括查找緩存頁映射表，從緩存中讀入數(shù)據(jù)。

所述向固態(tài)硬盤寫數(shù)據(jù)，包括查找緩存頁映射表，向緩存寫入數(shù)據(jù)。

所述緩存數(shù)據(jù)寫入閃存，包括從閃存讀入同一物理塊中剩余有效頁數(shù)據(jù)，將原數(shù)據(jù)塊加入無效塊數(shù)組表，再從空塊數(shù)組表中選擇空塊，將相應數(shù)據(jù)寫入到空塊，最后將寫有數(shù)據(jù)的空塊加入到數(shù)據(jù)塊數(shù)組中，并更新地址映射表。

所述固態(tài)硬盤擦除無效塊，即無效塊區(qū)的無效塊擦除，包括從無效塊數(shù)組中選擇無效塊，擦除無效塊，從無效塊數(shù)組中刪除無效塊信息，并將擦除后的無效塊信息添加進空塊數(shù)組中。

本發(fā)明的技術問題通過以下再進一步的技術方案予以解決。

所述從固態(tài)硬盤讀數(shù)據(jù)，包括根據(jù)外界給出的讀邏輯扇區(qū)地址，翻譯為邏輯頁地址，通過查緩存頁映射表，確定對應邏輯頁是否在緩存中：

如果確定是，直接讀出緩存中對應頁的數(shù)據(jù)；

如果確定否，就翻譯為邏輯塊地址，通過查塊級地址映射表，確定物理塊地址，加上頁偏移，從閃存中讀出數(shù)據(jù)到緩存，再讀緩存中對應頁的數(shù)據(jù)。

所述向固態(tài)硬盤寫數(shù)據(jù)，包括根據(jù)外界給出的寫邏輯扇區(qū)地址，翻譯為邏輯頁地址，通過查緩存頁映射表，確定對應邏輯頁是否在緩存中：

如果確定是，直接寫入緩存，覆蓋原有數(shù)據(jù)；

如果確定否，就在緩存中申請一頁大小的新空間，將數(shù)據(jù)寫入緩存，并更新緩存頁映射表。

所述緩存數(shù)據(jù)寫入閃存，包括根據(jù)最近最少未被使用原則和屬于同一物理塊頁數(shù)最多原則，挑選屬于同一物理塊的緩存頁，并從閃存讀入所選物理塊中剩余有效頁數(shù)據(jù)，所述剩余有效頁是不存在于緩存頁映射表中的寫有有效數(shù)據(jù)的頁，寫入步驟依次是：

先將對應的原數(shù)據(jù)塊從數(shù)據(jù)塊數(shù)組中剔除，并加入到無效塊數(shù)組表中；