[發明專利]一種閃存存儲器的混合映射方法

有效

• 申請號: 201410749577.2
• 申請日: 2014-12-09
• 公開（公告）號: CN104461393A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發明（設計）人: 王芳;何丹;童薇;馮丹;劉景寧;覃鴻巍
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06F3/06
• 分類號: G06F3/06;G06F12/08
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術領域

本發明屬于固態存儲領域，具體涉及一種固態存儲設備(閃存)的混合映射方法。

背景技術

閃存是一種具有高密度，大容量，非易失性等特點的新型存儲介質，與磁介質相比，它具有較低的讀寫延時和較低的能耗，越來越廣泛的應用于各種領域。

閃存分為或非(NOR)型和與非(NAND)型兩種。1988年英特爾公司開發出或非型閃存，1989年，東芝公司開發出與非型閃存。

本發明適用于與非型閃存，如無特別說明，本發明所述閃存均指與非型閃存。

閃存存儲器是使用閃存芯片作為主要存儲介質的存儲器，其結構如圖1所示，閃存存儲器包括固態盤控制器、片上內存和多個閃存芯片。固態盤控制器負責管理和控制整個固態盤的運行，其中包括微處理器、主機接口控制器、片上內存控制器及多個相互獨立的通道控制器；微處理器是閃存存儲器的計算和處理單元，負責管理各部件的運行；主機接口控制器負責與主機進行通信；片上內存控制器用于控制片上內存的讀寫；在一個閃存存儲器中，可以有多個通道(2^N個)，通道與通道之間相互獨立，每個通道下連接著若干個(2^M個)閃存芯片，并由一個通道控制器進行控制。

閃存芯片的內部結構如圖2所示，一個閃存芯片包含多個晶圓(die)，每個存晶圓包含多個(通常為2個)分組(plane)，每個分組包含多個物理塊(block)，每個物理塊包含多個頁(page)。閃存介質必須先擦除后寫入，頁是閃存芯片中讀操作和寫操作的基本單位，物理塊是閃存芯片中擦除操作的基本單位。在閃存中讀操作可以任意讀取任何一頁的內容，但是對某一物理塊中包含的頁的寫操作必須從其第一頁開始順序進行。例如，在圖1中，如果閃存中晶圓0，分組0，物理塊0中的頁5已經被寫入，則在擦除物理塊0之前，其內部的頁0～頁4都不能被寫入了。

為了方便描述本發明，作如下約定：

閃存存儲器中的通道數為2^N，每個通道下包含的閃存芯片數為2^M，每個閃存芯片包含的晶圓數為2^P，每個晶圓包含的分組數為2^Q，每個分組下包含的物理塊個數為2^R，每個物理塊下包含的物理頁個數為2^S。其中，N、P、Q、R、S均為非負的整數，且S＞N+P+Q；M為正整數。

2011年在會議Proceedings?of?the?international?conference?on?Supercomputing上公開的論文“Performance?Impact?and?Interplay?of?SSD?Parallelism?through?Advanced?Commands,Allocation?Strategy?and?Data?Granularity”提出：在操作閃存存儲器時，可以利用閃存存儲器的結構特點并行地對閃存進行讀寫操作。閃存存儲器可以開發四個層次的并行性：通道并行性，相同通道不同閃存芯片間的并行性，相同閃存芯片不同晶圓間的并行性，相同晶圓不同分組間的并行性。開發通道并行性要求操作對象處于不同的通道中，開發相同通道不同閃存芯片間的并行性要求操作對象處于同一通道中的不同閃存芯片中，開發相同閃存芯片不同晶圓間的并行性要求操作對象處于同一閃存芯片中的不同晶圓之中，開發相同晶圓不同分組間的并行性要求操作對象處于同一晶圓中的不同分組中，且在分組中的頁號相等。

現代閃存芯片支持通過兩種方式開發其內部并行性：晶圓間并行和分組間并行。晶圓間并行允許并行地操作同一閃存芯片中不同晶圓內的數據，分組間并行允許并行地操作同一晶圓內、不同分組中同一頁號的數據。

在閃存存儲器中，采用軟件的方式使操作系統能夠采用傳統操作磁盤的方式操作閃存存儲器，該軟件就是閃存轉換層(flash?translation?layer，FTL)。閃存轉換層主要包括垃圾回收、損耗均衡和地址映射三個功能。其中地址映射的功能是將主機發來的請求中的頁的邏輯頁號轉換成閃存存儲器中頁的物理頁號。地址映射可以分為三類：頁映射、塊映射和混合映射。頁映射使用一張映射表存放邏輯頁地址到物理頁地址之間的轉化關系，其優點是轉化速度快，但是缺點是映射表很大，需要占用大量緩存空間；塊映射使用一張映射表存放邏輯塊地址到物理塊地址之間的轉化關系，相比于頁映射，其映射表空間較小，但其對閃存的壽命和性能具有較大的負面影響。