[發(fā)明專利]計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)及在其中實(shí)現(xiàn)閃存轉(zhuǎn)換層的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310465920.6
• 申請(qǐng)日: 2013-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN104102591A
• 公開（公告）日: 2014-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邵子立;秦志偉;王毅;陳仁海;劉鐸
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 香港理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F12/06
• 分類號(hào): G06F12/06;G06F12/02
• 代理公司: 深圳市瑞方達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 44314
• 代理人: 紀(jì)媛媛;張秋紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于閃存存儲(chǔ)器的基于需求的地址映射方案。特別是，涉及帶緩存的基于需求的塊地址映射方案，應(yīng)用于大規(guī)模閃存存儲(chǔ)系統(tǒng)以降低隨機(jī)存取存儲(chǔ)器RAM的規(guī)模。

背景技術(shù)

NAND閃存存儲(chǔ)器廣泛地應(yīng)用于非易失、抗震動(dòng)、低耗電的儲(chǔ)存設(shè)備。類似其他儲(chǔ)存媒介，閃存存儲(chǔ)芯片的容量正在令人矚目地提升而且大約每?jī)赡攴槐?。NAND閃存存儲(chǔ)器容量的不斷提升給用于閃存管理的塊設(shè)備仿真軟件的設(shè)計(jì)廠商提出了巨大的挑戰(zhàn)。尤其是，必須在維持良好的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的前提下控制主存儲(chǔ)器（隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）的成本。

圖1描述了閃存儲(chǔ)存系統(tǒng)的典型架構(gòu)。在NAND閃存存儲(chǔ)系統(tǒng)中，閃存轉(zhuǎn)換層（FTL）130是建立在存儲(chǔ)器技術(shù)設(shè)備（MTD）層140之上的塊設(shè)備仿真層，該存儲(chǔ)器技術(shù)設(shè)備層140能在閃存存儲(chǔ)器150的閃存單元上做基礎(chǔ)的讀、寫和擦除操作。閃存轉(zhuǎn)換層130的主要作用是在文件系統(tǒng)120中的邏輯地址和閃存存儲(chǔ)器150中對(duì)應(yīng)的物理地址之間進(jìn)行地址映射。

通常駐存于隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中的地址映射表用于儲(chǔ)存地址映射信息。隨著在NAND閃存芯片中集成的物理頁(yè)和塊越來越多，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的需求出現(xiàn)強(qiáng)勁地增長(zhǎng)以記錄地址映射信息。舉例來說，對(duì)于基于大塊（2KB/頁(yè)）的32GB的Micron?NAND閃存存儲(chǔ)器MT29F32G08CBABAWP，頁(yè)閃存轉(zhuǎn)換層的映射表大小為96MB，該映射表太大以至于無法存儲(chǔ)于隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中，尤其是對(duì)于低端閃存硬盤。

針對(duì)這一問題，塊地址映射方案被提出并且廣泛地用于NAND閃存儲(chǔ)存系統(tǒng)。使用塊到塊地址映射的閃存轉(zhuǎn)換層（FTL），相比于使用細(xì)粒度頁(yè)映射的閃存轉(zhuǎn)換層，能極大地減少地址映射表的大小。然而，隨著閃存存儲(chǔ)器容量的增加，需要容量較大的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器來儲(chǔ)存映射表。例如，上述的32GB?Micron?NAND閃存存儲(chǔ)器，塊地址映射表可占據(jù)1.13MB隨機(jī)存取存儲(chǔ)器空間。當(dāng)NAND閃存存儲(chǔ)器的容量增加時(shí)，問題變得更嚴(yán)重。本發(fā)明為解決上述問題，將一種基于需求的映射策略應(yīng)用于大規(guī)模NAND閃存存儲(chǔ)系統(tǒng)中。

本發(fā)明涉及一種基于需求的閃存轉(zhuǎn)換層（demand-based?flash?translation?layer，簡(jiǎn)稱DFTL）?；谛枨蟮拈W存轉(zhuǎn)換層的概念由Gupta，A.，Kim，Y.，和Urganokar，B.（2009）在“DFTL:a?flash?translation?layer?employing?demand-based?selective?caching?of?page-level?address?mapping（DFTL：一種使用基于需求的頁(yè)地址映射選擇性緩存的閃存轉(zhuǎn)換層）”一文中給出，參考2009年3月7日至11日第14屆編程語(yǔ)言和操作系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)支持國(guó)際會(huì)議（the?14th?International?Conference?on?Architectural?Support?for?Programming?Languages?and?Operating?Systems，簡(jiǎn)稱ASPLOS’09）公報(bào)第229-240頁(yè)，這個(gè)披露在此處引用作為參考。DFTL是第一個(gè)基于需求的頁(yè)映射方案。基于需求的閃存轉(zhuǎn)換層（DFTL）在特定的閃存頁(yè)中儲(chǔ)存地址映射表，而非按傳統(tǒng)方式將頁(yè)地址映射表存儲(chǔ)在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中。在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中設(shè)置一緩存用于儲(chǔ)存文件系統(tǒng)經(jīng)常使用的地址映射。在隨機(jī)存取存儲(chǔ)器中永久地設(shè)置另一總轉(zhuǎn)換目錄（global?translation?directory，簡(jiǎn)稱GTD），用于作為轉(zhuǎn)換頁(yè)的入口。因此，DFTL能有效地縮減隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的規(guī)模。盡管如此，基于頁(yè)地址映射方案的DFTL相比于基于塊地址映射策略的DFTL，在縮減隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的規(guī)模方面并不突出。而且，用于DFTL的頁(yè)映射表仍然在閃存存儲(chǔ)器中占用大量的空間。使用這種映射表，與通常需要非常小的地址映射表的塊地址映射方案相比，不但在閃存存儲(chǔ)器中占用額外的空間而且還引入了更多用于其維護(hù)的時(shí)間和耐久開銷。

本領(lǐng)域需要一種在現(xiàn)有DFTL基礎(chǔ)上改進(jìn)的占用隨機(jī)存取存儲(chǔ)器空間較小的DFTL。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供用于在包含閃存存儲(chǔ)器和隨機(jī)存取存儲(chǔ)器的計(jì)算機(jī)子系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)閃存轉(zhuǎn)換層（FTL）的第一方法和第二方法。其中，閃存存儲(chǔ)器劃分為復(fù)數(shù)個(gè)塊，在每個(gè)塊中包含多個(gè)頁(yè)，且所述塊使用物理塊地址尋址。在任一塊中的每個(gè)頁(yè)通過物理頁(yè)地址尋址。閃存存儲(chǔ)器可以是NAND閃存存儲(chǔ)器。