[發明專利]一種固態硬盤提升性能一致性的方法

在審

• 申請號: 201710947542.3
• 申請日: 2017-10-12
• 公開（公告）號: CN107967224A
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 王猛;徐偉華;李江龍
• 申請（專利權）人: 記憶科技（深圳）有限公司
• 主分類號: G06F13/16
• 分類號: G06F13/16;G06F13/18;G06F12/126
• 代理公司: 廣東廣和律師事務所44298
• 代理人: 董紅海

技術領域

本發明涉及固態硬盤控制技術，特別涉及一種固態硬盤提升性能一致性的方法。

背景技術

圖1是典型的NAND組成結構示意圖；NAND由多個塊Block組成，每個Block又由多個頁Page組成。DIE是該NAND FLASH可支持的獨立并發操作的單元；塊Block可獨立擦除的單元，其內各個物理位置的數據寫入后在下一次寫之前必須要將整個Block擦除，才可寫入新的數據；頁Page是讀寫的單元，也就是向FLASH中寫入或讀出數據必須以頁為操作單位進行。

由于NAND的原理決定了，存在如下的特性和限制：典型的，一個Block擦除需要10幾個毫秒；寫一個Block數據大約需要幾個毫秒；而讀一個Block的數據僅僅只需要幾十個微秒；進一步地，同一時間內，單個DIE只能執行一種類型的操作。

隨著消費類領域SSD的廣泛應用，由于SSD的隨機訪問性能高，功耗低，環境穩定性強等特點，在企業級也逐步引入SSD。

與消費類SSD更關注峰值性能不同的是，企業級更關心性能的一致性，典型如讀延最大在500us內，寫延遲最大在10ms內。

由于NAND的特性，擦除和編程操作需要耗費較長的時間，例如擦除需要15ms,編程需要2-4ms等。在此期間，當有讀寫請求時，會因為其他耗時更長的操作引發阻塞，增加了命令響應延遲。

圖2是主機請求被內部操作阻塞的示意圖，主機請求被內部操作阻塞而延遲響應的場景：

當主機發起讀、寫請求時，SSD內部正執行耗時較長的擦除操作,這時讀、寫請求需要延遲到Block擦除才能響應讀、寫請求，因此存在較大的延遲。

當主機發起讀請求時，SSD內部正在執行耗時較長的寫操作，這時讀操作必須要延遲到寫操作完成才能響應讀請求，因此存在較大的延遲。

發明內容

針對以上缺陷，本發明目的是如何根據主機的讀、寫和擦除的差異，合理定義優先級別，提升固態硬盤對外性能表現的一致性。

為了解決以上問題本發明提出了一種固態硬盤提升性能一致性的方法，其特征在于固態硬盤控制器將操作NAND的操作命令進行優先級別定義，并根據操作命令的優先級別動態調整操作命令的執行順序，當出現高優先級別的新命令，則掛起低優先級別的操作命令，優先執行高優先級別的命令，相同優先級別的命令按照命令生成時間的先后順序執行；將主機下發的讀操作命令初始定義為第一優先級；將主機下發的寫操作命令初始定義為第二優先級；將固態硬盤控制器內部觸發產生的讀操作命令、寫操作命令和擦除操作命令初始定義為第三優先級。

所述的固態硬盤提升性能一致性的方法，其特征在于固態硬盤控制器上還設有優先級調整模塊，所述優先級調整模塊記錄所有未執行的操作命令的生成時間，定期檢查各個未執行的操作命令的等待時間，當未執行的操作命令的等待時間超過預先設定的時間閥值時，將對應的未執行的操作命令得優先級提高一個級別。

所述的固態硬盤提升性能一致性的方法，其特征在于在準備執行第二優先級或第一優先級的操作命令前需增加關聯性檢測，所述關聯性檢測通過檢索當前未執行的操作命令隊列，根據操作命令的地址信息檢查是否存在相同地址信息的操作命令，如果存在則進一步比較相同地址信息的操作命令的命令生成時間，如果當前準備執行的操作命令的生成時間早于未執行的操作命令隊列中的相同地址信息的操作命令的命令生成時間，則繼續執行當前準備執行的操作命令；如果當前準備執行的操作命令的生成時間晚于于未執行的操作命令隊列中的相同地址信息的操作命令的命令生成時間；則先執行未執行的操作命令隊列中的相同地址信息的操作命令，后再執行當前準備執行的操作命令。

所述的固態硬盤提升性能一致性的方法，其特征在于在固態硬盤控制器中創建3個隊列，分別為第一優先級隊列，第二優先級隊列和第三優先級隊列；將分別將不同優先級的操作命令按命令生成時間順序執行入隊操作。

所述的固態硬盤提升性能一致性的方法，其特征在于在主機下發給固態硬盤的命令攜帶的信息中增加命令優先級定義，缺省設置為低優先級，當固態硬盤的控制器接收到主機下發的命令判斷命令優先級別為低優先級別時，則將按照固態硬盤內部的優先級別定義調度處理；如果主機認定操作命令需要高優先級別時，將命令攜帶的信息中的命令優先級定義為高優先級，當固態硬盤的控制器接收到主機下發的命令判斷命令優先級別為低高優先級別時，則在根據固態硬盤內部的優先級別定義對該命令設定初始優先級別的基礎上上調一個優先級別。