[發(fā)明專利]基于塊保留區(qū)替換的壞塊管理系統(tǒng)及管理方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410752148.0
• 申請日: 2014-12-09
• 公開（公告）號: CN104360958A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏德寶;鄧立寶;張鵬;喬立巖
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06F12/06
• 分類號: G06F12/06
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所 23109
• 代理人: 楊立超

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及固態(tài)存儲領(lǐng)域中一種壞塊管理系統(tǒng)及管理方法，特別涉及一種基于塊保留區(qū)替換的壞塊管理系統(tǒng)及管理方法，屬于固態(tài)存儲技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

NAND?Flash存儲器由于其具有訪問速度快、低功耗、高密度、大容量、抗震性強等優(yōu)點，在目前的消費電子、計算機(jī)存儲系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集、服務(wù)器存儲系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。為提高SSDs的存儲容量和降低其單位存儲成本，NAND?Flash也逐漸從單層單元(Single?Level?Cell,SLC)發(fā)展到多層單元(Multi-level?Cell,MLC)。隨著存儲單元尺寸的降低，NAND?Flash的可靠性也不斷下降，在工廠生產(chǎn)和使用過程中會產(chǎn)生壞塊，為了能夠正常使用就必須對壞塊進(jìn)行管理BBM(Bad?Block?Management)。

NAND?Flash由若干存儲塊構(gòu)成，每個塊由若干頁構(gòu)成。由于制造工藝和成本原因，生產(chǎn)廠家在NAND?Flash成片出廠時均含有壞塊，稱為出廠壞塊。在使用的過程中，由于NAND?Flash擦寫壽命有限(SLC?10000-100000次，MLC?3000-5000次)，當(dāng)使用到一定時限后就會產(chǎn)生壞塊，稱為使用壞塊。

1、出廠壞塊的識別：出廠壞塊信息在出廠時會標(biāo)記在每個塊的固定地址中。讀該固定地址數(shù)據(jù)就可判斷是不是壞塊。

2、使用壞塊的識別：使用壞塊分為兩類：(1)擦除或者編程操作失敗，產(chǎn)生使用壞塊。(2)讀某塊內(nèi)某頁數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)出錯位數(shù)超出了ECC校驗?zāi)芰Γa(chǎn)生使用壞塊。

目前國內(nèi)在NAND?Flash壞塊管理方面也做了相當(dāng)多的工作，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)光電技術(shù)研究所博士論文(孫科林。基于NAND?Flash的嵌入式圖像記錄技術(shù)[D]：[博士學(xué)位論文],北京:中國科學(xué)院大學(xué),2013,43-55)提出了一種利用存儲于FRAM非易失存儲器中的壞塊標(biāo)記位表和滑動窗口技術(shù)，實現(xiàn)只需要一個時鐘就可以完成壞塊查詢、替換的技術(shù)和突發(fā)壞塊產(chǎn)生時復(fù)制保持原有壞塊有效數(shù)據(jù)的滯后回寫技術(shù)。中科院長春光機(jī)所(張勝勇,高世杰,吳志勇,等.基于FPGA的NAND?Flash壞塊處理方法[J].計算機(jī)工程，2010,36(6):239-243.)提出了一種面向順序讀寫數(shù)據(jù)記錄裝置的簡單壞塊管理策略，并做了實驗驗證。南開大學(xué)(李幼萌，李慶誠，宮曉利.FTL層的NAND-FLASH壞塊管理算法研究與實現(xiàn)[J].International?Conference?on?Services?Science,Management?and?Engineering.2010:254-257.)提出了一種利用FTL層進(jìn)行軟件壞塊管理的方案，由于該方案與特定的FTL算法相結(jié)合，對于上層獨立的FTL算法研究開發(fā)不利，同時與實際的NAND?Flash層次化構(gòu)架不相符合。

但是，上述兩種方案是面向于高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的存儲器模塊，使用的是壞塊跳過策略，1、只能適用于簡單順序存儲操作的場合，2、對于有完整上層FTL管理算法的應(yīng)用不具有普適性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是為了解決現(xiàn)有的方法使用的是壞塊跳過策略，只能適用于簡單順序存儲操作的場合，對于有完整上層FTL管理算法的應(yīng)用不具有普適性的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于塊保留區(qū)替換的壞塊管理系統(tǒng)，其特征在于它包括：

用于對壞塊掃描并建立壞塊信息表的壞塊管理初始化模塊；

用于對壞塊地址映射和運行過程中產(chǎn)生的使用壞塊進(jìn)行管理的壞塊管理控制模塊；

用于對壞塊管理初始化模塊和壞塊管理控制模塊產(chǎn)生的壞塊信息進(jìn)行保存的壞塊信息表RAM；

用于對運行過程中產(chǎn)生的使用壞塊進(jìn)行數(shù)據(jù)合并操作的滯后回寫模塊；

進(jìn)行滯后回寫模塊后，進(jìn)行檢測NAND?Flash運行過程中是否有壞塊產(chǎn)生的模塊；

壞塊管理初始化模塊在系統(tǒng)啟動時提供壞塊初始化信息并將信息保存到壞塊信息表RAM中，在結(jié)束該操作時，壞塊管理初始化模塊發(fā)送信息給壞塊管理控制模塊，初始化完成；在系統(tǒng)運行中，壞塊管理控制模塊需要通過訪存壞塊信息表RAM執(zhí)行壞塊地址映射和使用中壞塊管理功能，當(dāng)使用中有壞塊產(chǎn)生時，壞塊管理控制模塊在完成地址更新映射后，控制滯后回寫模塊實現(xiàn)舊塊到新塊的數(shù)據(jù)合并操作。

一種基于塊保留區(qū)替換的壞塊管理方法，其特征在于它包括：

用于對壞塊掃描并建立壞塊信息表的壞塊管理初始化步驟；

用于對壞塊地址映射和運行過程中產(chǎn)生的使用壞塊進(jìn)行管理的壞塊管理控制步驟；