[發明專利]一種基于eMMC的NVMe存儲設備的數據傳輸優化方法

在審

• 申請號: 202110706005.6
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113590026A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 樊凌雁;高琦
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G06F3/06
• 分類號: G06F3/06;G06F12/02;G06F13/16
• 代理公司: 浙江永鼎律師事務所 33233
• 代理人: 陸永強

本發明公開了一種基于eMMC的NVMe存儲設備的數據傳輸優化方法，包括在SSD NVMe控制器中建立映射表Command Data Table，該表是從主機Host存入Data Buffer中命令和數據塊的映射，該表維護了Data Buffer中命令和數據塊的相關狀態；在上電初始化之前，先在配置文件中設置eMMC通道允許命令和數據塊操作執行的最大時間閾值；在每個eMMC從Data Buffer中獲取要執行的命令和數據塊時，先在Command Data Table中查找其對應的狀態；只有操作狀態為待執行狀態時，命令和數據塊才可被eMMC讀取；當命令和數據塊被eMMC讀取后，操作狀態由待執行狀態轉換為執行成功狀態。本發明解決了因eMMC處理數據的Busy時間的不可預知性而導致的通道堵塞問題，從而提高了數據傳輸速率，減少了時延。

技術領域

本發明屬于數據存儲技術領域，涉及一種基于eMMC的NVMe存儲設備的數據傳輸優化方法。

背景技術

NVMe協議是INTEL為了統一接口協議建立生態，在2011年發布的。NVM Express(NVMe)，或稱非易失性內存主機控制器接口規范(英語：Non Volatile Memory HostController Interface Specification，縮寫：NVMHCIS)，是一個邏輯設備接口規范。它是與AHCI類似的、基于設備邏輯接口的總線傳輸協議規范(相當于通訊協議中的應用層)，用于訪問通過PCI Express(PCIe)總線附加的非易失性存儲器介質(例如采用閃存的固態硬盤驅動器)。NVMe采用了多命令隊列(最大65536個命令隊列)，每個命令可變數據長度(512B到2MB),同時數據塊在Host端內存中記錄檢索支持Physical Region Page和ScatterGather List兩種方式。NVMe協議支持命令間的亂序執行，也支持命令內數據塊的亂序傳輸，同時支持命令隊列間的可變權重處理。

為了提高固態硬盤的容量、傳輸速率和減少時延，一種基于RAIM(RedundantArray of Independent Module，獨立冗余內存陣列)構架的固態硬盤被提了出來，其內部架構參見圖1。

在該構架的存儲設備中，固態硬盤主控(SSD Controller)中帶一個數據緩沖區(Data Buffer)，用于緩存主機(Host)發送的數據；eMMC Host模塊再將Data Buffer中的數據取出，寫入各自的eMMC中。

eMMC在其內部集成了Flash Controller，用于完成擦寫均衡、壞塊管理、ECC校驗等功能。相比于直接將NAND Flash接入到Host端，eMMC屏蔽了NAND Flash的物理特性，可以減少Host端軟件的復雜度，讓Host端專注于上層業務，省去對NAND Flash進行特殊的處理。但是其缺點也很明顯：

1、eMMC處理數據的Busy時間是不可預知的，并且隨著時間年限的增長，eMMC不斷的進行擦寫，其處理數據的速度也在變慢，時長最高可以達到100ms以上，從而很容易導致數據傳輸阻塞。

2、當主機(Host)發出存儲操作命令以后，因為NVMe協議支持命令間的亂序執行，也支持命令內數據塊的亂序傳輸，存儲主控接受主機發送的命令，然后將接受的命令暫存在緩沖區(Data Buffer)中。緩沖區(Data Buffer)中的命令和數據會根據通道(Channel)是否空閑，來選擇發送給空閑的eMMC。因為eMMC處理數據的Busy時間是不可預知，當有一通道處理數據時間特別長，那么這一通道的數據就會一直阻塞，無法寫入到eMMC中，這樣就會造成性能和傳輸速率的降低。參見圖2。

發明內容

為解決上述問題，本發明提出了一種基于eMMC的NVMe存儲設備的數據傳輸優化方法，包括在SSD NVMe控制器中建立映射表Command Data Table，該表是從主機Host存入Data Buffer中命令和數據塊的映射，該表維護Data Buffer中命令和數據塊的狀態，該表包括五個部分，分別為命令的地址、數據塊的地址、操作狀態、有效位和保留位；