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CN108733318A - 一种tlc nand flash固态硬盘的写入方法 - Google Patents

一种tlc nand flash固态硬盘的写入方法 Download PDF

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徐暐淇
苏忠益
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Li Ding Technology (shenzhen) Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法。固态硬盘包括单层式储存单元和三层式储存单元，该方法包括：S1：固态硬盘的主控端发出写入指令，数据被写入SLC数据缓冲区；S2：当数据写满预设数量的单层式储存单元时，下发复制写回指令；S3：将预设数量的单层式储存单元内的数据写入三层式储存单元中；S4：更新三层式储存单元对应的物理对逻辑映像表。通过实施本发明，可加速主控端的数据写入速度，减少读取时间，同时减少固态硬盘垃圾收集的次数，改善固态硬盘的存取效能。

Description

一种TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法
技术领域
本发明涉及固态硬盘领域，更具体地说，涉及一种TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法。
背景技术
非挥发性闪存NAND Flash固态硬盘(SSD)相对于传统硬盘HDD有较快的随机访问时间、较低的读取延迟时间和更加一致的读写的性能，甚至有较低的功耗。然而，相对于HDD却需要较高的制造成本。
传统上利用SSD是基于单层式储存单元(Single-Level Cell，SLC)或多层式储存单元(Multi-Level Cell，MLC)所构成。单层式储存单元SLC只能储存一位(Bit)的信息，因此每个存储单元只有0或1两种状态。多层式储存单元MLC可以存储超过一位(Bit)信息，传统上MLC存储两位(bit)的信息，所以有四个可能的状态(即，00，01，10或11)。利用SLC的SSD更具其读写优势。尽管如此，储存兆字节(Megabyte)以上的数据，使用SLC的SSD成本极其昂贵。有鉴于此，市面上的固态硬盘多采用多层式储存单元为其制造SSD。
近年随着数据的发展，大储存容量的SSD需求逐年上升，在其效能与成本的衡量折衷之下，开始出现了以三层式储存单元(Triple-Level Cell，TLC)为其主要储存组件的SSD。然而TLC相对于MLC来说，其读写速度较为差劲且寿命更为短暂。
鉴于上述情况，有效的使用SLC来改善TLC的SSD是必要的技术。
现有技术上，对于基于TLC为其主要储存组件的SSD，其设计上会建立为数不多的SLC区块(Block)，让其当作数据缓冲区域。而当一定量的SLC区块已被用尽，此时会启动垃圾收集(Garbage Collection，GC)将其SLC区块内有效的数据搬移并写入TLC区块，并在写入过程中更新逻辑对物理映像表(Logical-to-Physical Table，L2P Table)。
现有技术的缺点：由于SLC Block写进TLC Block，是采用垃圾收集GC方式，且在其写入过程中并不做任何额外处理，单纯的只是将数据写入TLCBlock。但是主控端(Host)之后的数据写入也许会是大量连续区域写入，或小范围区域的写入存取行为，此作法会造成持续的GC行为，以至于SSD的读写效能低落，并且进一步的降低SSD的使用寿命。此外，此做法需要有大量的动态随机存取内存(Dynamic Random Access Memory，DRAM)支持，否则主控端当下的读取指令数据位于TLC区块内，会因为其数据写入不稳定，而无法读取其数据造成数据遗失。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述对写入过程不做处理，导致持续垃圾收集，降低固态硬盘寿命，同时还需要大量动态随机存取内存支持的缺陷，提供一种TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法，固态硬盘包括单层式储存单元和三层式储存单元，所述方法包括：
S1：所述固态硬盘的主控端发出写入指令，数据被写入SLC数据缓冲区；
S2：当所述数据写满预设数量的单层式储存单元时，下发复制写回指令；
S3：将所述预设数量的单层式储存单元内的数据写入所述三层式储存单元中；
S4：更新所述三层式储存单元对应的物理对逻辑映像表。
进一步，本发明所述的TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法，还包括：
S5：利用所述物理对逻辑映像表更新并存储对应的逻辑对物理映像表对应的群组。
进一步，本发明所述的TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法，还包括：
S6：记录更新后的所述逻辑对物理映像表的位置信息。
进一步，本发明所述的TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法，在所述步骤S1之前还包括：
S0：按照预设规则将所述逻辑对物理映像表分为多个逻辑对物理映像表群组。
优选地，本发明所述的TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法，所述步骤S3包括：
S31：将所述预设数量的单层式储存单元内的数据依照所述逻辑对物理映像表群组方式有序地写入所述三层式储存单元中。
优选地，本发明所述的TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法，在所述步骤S31包括：
S311：选取部分所述SLC数据缓冲区透过所述物理对逻辑映像表与所述逻辑对物理映像表群组比较，得到有效数据；
S312：将所述有效数据依照所述逻辑对物理映像表群组方式有序地写入所述三层式储存单元中。
优选地，本发明所述的TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法，所述步骤S312包括：
S3121：将所述有效数据依照所述逻辑对物理映像表群组方式有序地写入所述三层式储存单元的连续区域中。
优选地，本发明所述的TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法，所述步骤S3包括：
S32：在复制写回过程中，所述主控端发出读取指令；
S33：若所述读取指令对应的数据位于所述SLC数据缓冲区中，则从所述SLC数据缓冲区读取所述读取指令对应的数据。
优选地，本发明所述的TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法，所述步骤S2包括：
S21：当数据写满预设数量的单层式储存单元时，对底层的所述单层式储存单元下发复制写回指令。
优选地，本发明所述的TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法，选取所述固态硬盘内部分所述单层式储存单元作为所述SLC数据缓冲区。
实施本发明的一种TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法，具有以下有益效果：固态硬盘包括单层式储存单元和三层式储存单元，该方法包括：S1：固态硬盘的主控端发出写入指令，数据被写入SLC数据缓冲区；S2：当数据写满预设数量的单层式储存单元时，下发复制写回指令；S3：将预设数量的单层式储存单元内的数据写入三层式储存单元中；S4：更新三层式储存单元对应的物理对逻辑映像表。通过实施本发明，可加速主控端的数据写入速度，减少读取时间，同时减少固态硬盘垃圾收集的次数，改善固态硬盘的存取效能。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明一种TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法的流程示意图；
图2是本发明一种TLC NAND FLASH固态硬盘的分群结构示意图；
图3是本发明一种TLC NAND FLASH固态硬盘的写入过程示意图；
图4是本发明一种TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法中步骤S3的流程示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
图1是本发明一种TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法的流程示意图。
具体的，本发明的固态硬盘包括单层式储存单元和三层式储存单元，其中，选取固态硬盘内部分单层式储存单元作为SLC数据缓冲区，单层式储存单元的数量根据固态硬盘的存储容量以及存储需求选取，可根据需求进行适应性调整，在此不做数量限定。该方法包括：
S0：按照预设规则将逻辑对物理映像表分为多个逻辑对物理映像表群组。
具体的，参考图2，图2是本发明一种TLC NAND FLASH固态硬盘的分群结构示意图。
在图2中，逻辑对物理映像表(Logical-to-Physical Table，L2P)包括m个物理地址：L(0)、L(1)、L(2)、·······L(m)，按照预设规则将逻辑对物理映像表进行分群，分为n个群组：群组L2P1、群组L2P2、······群组L2Pn。
S1：固态硬盘的主控端发出写入指令，主控端的数据被写入SLC数据缓冲区。
具体的，参考图3，是本发明一种TLC NAND FLASH固态硬盘的写入过程示意图。如图3所示，主控端的数据被写入SLC数据缓冲区，再通过比较、排序等处理，写入三层式储存单元TLC中。
比较、排序过程为：
读取物理对逻辑映像表，依照逻辑地址读取的数据写入三层式储存单元TLC中。
S2：当数据写满预设数量的单层式储存单元时，下发复制写回指令。
优选地，步骤S2包括：
S21：当数据写满预设数量的单层式储存单元时，对底层的数个单层式储存单元下发复制写回指令(Copy-Back)。
S3：将预设数量的单层式储存单元内的数据写入三层式储存单元中。
参考图4，图4是本发明一种TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法中步骤S3的流程示意图。
优选地，步骤S3包括：
S31：将预设数量的单层式储存单元内的数据依照逻辑对物理映像表群组方式有序地写入三层式储存单元中。
优选地，本发明的TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法，在步骤S31包括：
S311：选取部分SLC数据缓冲区透过物理对逻辑映像表与逻辑对物理映像表群组比较，得到有效数据；
S312：将有效数据依照逻辑对物理映像表群组方式有序地写入三层式储存单元中。
优选地，本发明的TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法，步骤S312包括：
S3121：将有效数据依照逻辑对物理映像表群组方式有序地写入三层式储存单元的连续区域中。由于写入三层式储存单元的数据是有顺序性的，其数据极有机会将被排列成连续区域的数据写入三层式储存单元。此做法将有机会较少固态硬盘的垃圾收集次数，进一步降低写入放大和抹除次数，从而改善固态硬盘整体的存取效能。
优选地，步骤S3包括：
S32：在复制写回过程中，主控端发出读取指令；
S33：若读取指令对应的数据位于SLC数据缓冲区中，则从SLC数据缓冲区读取该读取指令对应的数据，而取代直接从三层式储存单元读取数据。此方式可以大幅缩短主控端读取延迟时间，并克服三层式储存单元无法读取和数据不稳定的问题。
S4：当单层式储存单元完成复制写回三层式储存单元后，更新三层式储存单元对应的物理对逻辑映像表。
S5：利用物理对逻辑映像表更新并存储对应的逻辑对物理映像表对应的群组。该方法可以预防在执行复制写回器件，不正常断电情形发生后数据无法读取的问题。
S6：记录更新后的逻辑对物理映像表的位置信息及其相关信息。
本发明的写入方法，其主控端的数据会先行进入SLC数据缓冲区，此方式可以加速主控端的数据写入效率。而在读取方面，假使当下资料恰是位于SLC数据缓冲区，可以直接透过读取单层式存储单元而取代读取三层式存储单元，解决数据写入不稳定无法读取问题，并缩减读取时间。而在写入三层式存储单元时，会透过内部的数据整理在将其数据复制并写回三层式存储单元，此作法将会有一定的机会减少固态硬盘的垃圾收集次数，改善整体固态硬盘(SSD)的存取效能。
以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法，其特征在于，固态硬盘包括单层式储存单元和三层式储存单元，所述方法包括：
S1：所述固态硬盘的主控端发出写入指令，数据被写入SLC数据缓冲区；
S2：当所述数据写满预设数量的单层式储存单元时，下发复制写回指令；
S3：将所述预设数量的单层式储存单元内的数据写入所述三层式储存单元中；
S4：更新所述三层式储存单元对应的物理对逻辑映像表。
2.根据权利要求1所述的TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法，其特征在于，还包括：
S5：利用所述物理对逻辑映像表更新并存储对应的逻辑对物理映像表对应的群组。
3.根据权利要求2所述的TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法，其特征在于，还包括：
S6：记录更新后的所述逻辑对物理映像表的位置信息。
4.根据权利要求2所述的TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法，其特征在于，在所述步骤S1之前还包括：
S0：按照预设规则将所述逻辑对物理映像表分为多个逻辑对物理映像表群组。
5.根据权利要求4所述的TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
S31：将所述预设数量的单层式储存单元内的数据依照所述逻辑对物理映像表群组方式有序地写入所述三层式储存单元中。
6.根据权利要求5所述的TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法，其特征在于，在所述步骤S31包括：
S311：选取部分所述SLC数据缓冲区透过所述物理对逻辑映像表与所述逻辑对物理映像表群组比较，得到有效数据；
S312：将所述有效数据依照所述逻辑对物理映像表群组方式有序地写入所述三层式储存单元中。
7.根据权利要求6所述的TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法，其特征在于，所述步骤S312包括：
S3121：将所述有效数据依照所述逻辑对物理映像表群组方式有序地写入所述三层式储存单元的连续区域中。
8.根据权利要求1所述的TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
S32：在复制写回过程中，所述主控端发出读取指令；
S33：若所述读取指令对应的数据位于所述SLC数据缓冲区中，则从所述SLC数据缓冲区读取所述读取指令对应的数据。
9.根据权利要求1所述的TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
S21：当数据写满预设数量的单层式储存单元时，对底层的所述单层式储存单元下发复制写回指令。
10.根据权利要求1所述的TLC NAND FLASH固态硬盘的写入方法，其特征在于，选取所述固态硬盘内部分所述单层式储存单元作为所述SLC数据缓冲区。
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