[發(fā)明專利]一種磨損均衡方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110341392.4
• 申請日: 2011-11-02
• 公開（公告）號: CN102508785A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 潘立陽;唐晨
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G06F12/02
• 分類號: G06F12/02;G06F12/06
• 代理公司: 北京德琦知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11018
• 代理人: 謝安昆;宋志強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及存儲技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種磨損均衡方法及裝置。

背景技術(shù)

目前，在計算機(jī)、通訊和消費(fèi)電子產(chǎn)品中非易失性存儲器得到了廣泛的應(yīng)用；例如，U盤、MP3、數(shù)碼相機(jī)、移動通信終端、固態(tài)硬盤等產(chǎn)品中都使用非易失性存儲器作為存儲介質(zhì)。隨著這些產(chǎn)品對存儲容量的要求不斷提高，非易失性存儲器的工藝尺寸不斷縮小，導(dǎo)致非易失性存儲器的可靠性面臨著越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，尤其是非易失性存儲器擦除操作的最小單位物理塊的擦除次數(shù)有限，這對非易失性存儲器的使用壽命會造成嚴(yán)重影響。對于物理塊擦除次數(shù)有限的問題，現(xiàn)有技術(shù)的做法是對物理塊進(jìn)行磨損均衡，通過對物理塊的擦除進(jìn)行控制，盡量平均存儲器中所有物理塊的擦除次數(shù)，避免某些物理塊擦除次數(shù)過高，比其它物理塊提前到達(dá)擦除次數(shù)上限而失效，造成存儲器在尚有很多物理塊未達(dá)壽命的情況下整體失效。

磨損均衡包括針對數(shù)據(jù)寫入過程中通過控制寫入的物理塊，動態(tài)均衡所有物理塊擦除次數(shù)的動態(tài)磨損均衡，以及通過調(diào)整物理塊上存儲的冷、熱數(shù)據(jù)(經(jīng)常被擦寫的數(shù)據(jù)為熱數(shù)據(jù)，不經(jīng)常被擦寫數(shù)據(jù)為冷數(shù)據(jù))的分布，靜態(tài)地均衡所有物理塊擦除次數(shù)的靜態(tài)磨損均衡兩大類。針對這兩大類磨損均衡，現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)提出了很多算法，但是這些算法一直沒有很好地解決磨損均衡效果和降低因為磨損均衡算法本身帶來的額外磨損之間的矛盾，而且現(xiàn)有磨損均衡算法的實現(xiàn)是基于保存每一個物理塊的磨損信息，隨著存儲器容量增加，存儲器中需要進(jìn)行磨損均衡的物理塊的數(shù)量大增，在執(zhí)行磨損均衡算法時，搜索物理塊磨損信息的速度也變得越來越慢。

下面以一種目前使用廣泛的代表性磨損均衡算法“雙池算法”為例，對現(xiàn)有技術(shù)加以詳細(xì)說明。

如圖1所示，該算法是一種結(jié)合了動態(tài)磨損均衡和靜態(tài)磨損均衡的綜合算法，該算法對物理塊設(shè)置冷池和熱池屬性，并定義EC為物理塊的總擦除次數(shù)；EEC為物理塊的冷熱池屬性變化后重新開始累計的擦除次數(shù)(以下稱為有效擦除次數(shù))；PT為物理塊的冷熱池屬性標(biāo)記，該標(biāo)記中，CP表示冷池，HP表示熱池，每一個物理塊需要記錄的磨損信息包括EC、EEC和PT。

在該算法中，定義分別表示冷池中擦除次數(shù)隊列，熱池中擦除次數(shù)的隊列，冷池中有效擦除次數(shù)的隊列，熱池中有效擦除次數(shù)的隊列。定義H⁺(Q)和H^-(Q)分別為返回隊列Q的最大值和最小值(具體物理塊)的函數(shù)；EC(B)為返回物理塊B的總擦除次數(shù)的函數(shù)；EEC(B)為返回物理塊B的有效擦除次數(shù)的函數(shù)。

具體算法執(zhí)行過程如圖1所示，包括如下步驟：

步驟101，獲取磨損信息；在執(zhí)行雙池算法前，需要先獲取所有物理塊的磨損信息，之后才能對物理塊進(jìn)行管理，這一獲取磨損信息的步驟一般在存儲器上電初始化的過程中完成，分兩種情況，如果存儲器非第一次使用，則磨損信息會在存儲器上一次正常卸載時被記錄在存儲器中(如存儲器中專門劃分出來，用戶不可見的用于保存管理信息的備份區(qū))，在存儲器上電初始化時，只需要讀取存儲器備份區(qū)的數(shù)據(jù)即可得到磨損信息；如果存儲器是第一次使用，則備份區(qū)是沒有數(shù)據(jù)的，此時需要構(gòu)建磨損信息，即將EC、EEC置0，并對物理塊標(biāo)記冷熱池屬性，將物理塊劃分到冷池或熱池；將物理塊劃分到冷池和熱池的具體方法可以是任意的，例如隨機(jī)劃分。

步驟102，判斷是否有寫請求，如果是，進(jìn)入步驟103，否則進(jìn)入步驟117；

步驟103，判斷分配給寫請求的寫入塊是否已經(jīng)寫滿，若是，則進(jìn)入步驟104，否則進(jìn)入步驟105；

步驟104，從預(yù)先設(shè)置的空白塊隊列中，按照新來新分配(FIFO)的方式(按照進(jìn)入空白塊隊列的順序，首先進(jìn)入隊列的空白塊將首先分配出去)，為寫請求分配空白塊，進(jìn)入步驟105；

步驟105，響應(yīng)寫請求，將數(shù)據(jù)寫入分配的寫入塊；

步驟106，判斷與之差是否超過設(shè)定的閾值TH，若是，則進(jìn)入步驟107，否則進(jìn)入步驟111；

步驟107，強(qiáng)制回收物理塊，即將該物理塊上保存的有效數(shù)據(jù)復(fù)制到其它物理塊，并擦除上保存的數(shù)據(jù)。

步驟108，將物理塊上的數(shù)據(jù)復(fù)制到物理塊；

步驟109，擦除物理塊上的數(shù)據(jù)，使之變?yōu)榭瞻讐K；

步驟110，交換和物理塊的冷熱池屬性；因冷熱池屬性變化，和物理塊各自的EEC將清零，重新開始累計。

步驟111，判斷和之差是否超過2倍閾值TH；若是，進(jìn)入步驟112，否則進(jìn)入步驟113；

步驟112，將物理塊的PT從熱池調(diào)整為冷池；

步驟113，判斷和之差是否超過閾值TH；若是，則進(jìn)入步驟114，否則進(jìn)入步驟115；