[發明專利]一種基于星載固態存儲系統自適應閃存轉換層的映射方法

有效

• 申請號: 202010054128.1
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111258924B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 張偉東;董振興;朱巖;安軍社
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家空間科學中心
• 主分類號: G06F12/02
• 分類號: G06F12/02;G06F12/1009
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 陳琳琳;武玥

本發明屬于航空、航天電子數據處理、存儲與傳輸技術領域，具體涉及一種基于星載固態存儲系統自適應閃存轉換層的映射方法，包括：主控CPU單元根據中斷類型發出對應的請求；當請求為寫地址請求或回放地址請求時，判斷空頁余量是否滿足當前寫地址請求或回放地址請求的要求；如果空頁余量滿足一個超級塊地址的余量要求，則主控CPU單元檢索超級塊映射表SMT，對應地檢索出要分配給寫地址請求或回放地址請求的超級塊號SBN，完成一級映射；根據檢索出的超級塊號SBN，檢索到相應的超級塊；利用主控CPU單元依次檢索頁映射表PMT和塊分配表BAT，完成二級映射，獲得物理頁碼PPN和物理塊號PBN；將得到的實際FLASH芯片中的物理塊地址和物理頁地址輸入至存儲控制單元。

技術領域

本發明屬于航天飛行器電子系統、星載固態存儲器、航空、航天電子數據處理、存儲與傳輸技術領域，具體涉及一種基于星載固態存儲系統自適應閃存轉換層的映射方法。

背景技術

目前，航天器上主流的存儲介質為NAND型FLASH。其具有如下突出的優點：數據非易失性，掉電數據不丟失；功耗小，不加電也可以長期保持數據；壽命長，擦寫次數可達10萬次；密度大，單芯片就能達1GB以上，單個疊裝模塊容量8GB以上。正是由于這些優點，NAND型FLASH被廣泛應用到星載固態存儲系統中。

星載固態存儲系統包括主機、閃存轉換層和FLASH芯片；其中，閃存轉換層位于主機和FLASH芯片之間，作為中間軟件層。星載固態存儲系統采用NAND型FLASH作為主存儲器介質，現場可編程邏輯陣列(Field Programmable Gate Array,FPGA)作為FLASH控制器，并配備中央處理器(Central Processing Unit,CPU)作為主控CPU單元負責地址管理和系統維護。

閃存轉換層(Flash Translation Layer,FTL)作為中間軟件層，位于主控CPU單元中，完成地址映射、垃圾回收和負載均衡等功能。地址映射將主控CPU單元中應用的邏輯地址轉換為FLASH芯片中的物理地址。垃圾回收為當收到數據寫入請求時，FTL尋找一個空頁用于寫入數據，若不存在空頁或空余頁余量不足，將會觸發垃圾回收并選擇一個完整的塊作為回收對象。垃圾回收通過擦除過時的數據塊來釋放存儲空間。負載均衡是在FLASH芯片的使用過程中，使其內部塊的磨損程度盡可能均衡。

頁級FTL、塊級FTL和頁塊混合級FTL是目前FTL設計中三種主要映射方案。頁級FTL以頁為單位將一個邏輯地址映射到一個物理地址，其優點為轉換效率高，但存儲在RAM中的地址映射表較大。塊級FTL以塊為單位進行邏輯地址到物理地址的映射，其基本思想是邏輯塊中的邏輯頁偏移量與物理塊中物理頁的偏移量相同。相比之下，塊級FTL的映射表要比頁級FTL映射表小得多，但塊級FTL的轉換效率較低。頁塊混合級FTL使用塊級映射技術來獲得相應的物理塊地址，使用頁級映射技術來定位可用的物理頁，頁塊混合級FTL在較長時間的極限工況下表現出較好的地址轉換效率。

目前，現有技術大多針對商用固態存儲系統的FTL算法，基于商用固態存儲系統設計的FLT算法管理復雜、處理器性能要求高、接口速率存在瓶頸，不適用于航天任務。此外，現有技術中的星載FTL算法大多采用頁級地址映射方式和固定分區的文件管理模式，存在著主機占用率高、系統響應時間長以及沒有充分考慮FLASH芯片的磨損均衡等問題。

發明內容

本發明的目的在于，為解決現的閃存轉換層算法存在上述缺陷，本發明提出了一種基于星載固態存儲系統自適應閃存轉換層的映射方法，具體涉及一種數據驅動的自適應超級塊閃存轉換層算法(DASFTL)。該算法采用自適應超級塊的分級地址映射方案，其中超級塊映射表(Superblock Mapping Table,SMT)作為一級映射，頁地址映射表(PageMapping Table,PMT)作為二級映射，以提高系統的響應速度；將超級塊作為FLASH地址管理的最小單元，以減少星載固態存儲系統對主機的依賴；引入動態塊回收權重W_Recy作為超級塊分組和目標回收塊選擇的標準，以均衡FLASH芯片內各物理塊的磨損程度，延長其使用壽命。