一種提高nftl算法讀寫性能的方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種提高NFTL算法讀寫性能的方法，可以降低NFTL算法中額外的數(shù)據(jù)讀取造成的時間消耗，提升NandF Iash讀寫效率，可廣泛應用于片上系統(tǒng)的NandF I ash存儲器的管理。
【背景技術(shù)】
[0002]半導體行業(yè)的蓬勃發(fā)展，出現(xiàn)了高性能的存儲器NandFlash，NandFlash存儲器使用半導體作為存儲介質(zhì)，具有高速，低能耗和防震等優(yōu)點。NandFlash最典型的應用就是固態(tài)硬盤SSD (Solid State Disk)，是一種基于NandFlash芯片陣列的新型硬盤。固態(tài)盤沒有機械磁頭所以它也不會因為機械式的尋找數(shù)據(jù)而花費時間，它存取速度是普通磁盤的30倍。另外，固態(tài)存儲沒有普通磁盤的機械裝置而采用電子布線，所以在防震性、沖擊能力上也明顯好于普通磁盤，使它在惡劣環(huán)境下可以依然有很好的表現(xiàn)，因此軍事、航天和通訊等行業(yè)都對NandFlash存儲的研宄高度的重視。
[0003]NandFlash存儲本身也存在一些不足。首先，它的存儲塊的擦除次數(shù)是有限的；其次，NandFlash必須要擦除之后才能重新寫入，導致寫入性能較低。因此，磨損均衡顯得尤為重要，好的磨損均衡管理方法不但能夠提高NandFlash性能和效率，還能夠大大的延長NandFlash的使用壽命?；诖?，出現(xiàn)了專門為NandFlash存儲器所使用的文件系統(tǒng)，如JFFS，JFFS2，YAFFS, TrueFFS等，這些NandFlash專用的文件系統(tǒng)進行存儲管理為NandFlash設備提供專門的驅(qū)動和更好的數(shù)據(jù)管理。但是對于一個小型的S0C，由于資源的限制，想采用以上的文件系統(tǒng)對NandFlash進行管理不太現(xiàn)實，所以亟需一個輕量級的管理方法，能夠在有限資源的條件下，滿足對NandFlash的磨損均衡控制。目前對于小型的系統(tǒng)，常采用的管理方法為FTL(Flash Translat1n Layer)及NFTL(NAND FlashTranslat1n Layer)兩種管理機制。
[0004]如圖1所示，F(xiàn)TL管理機制是采用以頁為單位進行存儲管理的方式，它采用的是物理頁地址與邏輯頁地址來進行一一對應。利用FTL管理機制，讀寫存取操作都是按頁進行，數(shù)據(jù)存儲時首先存儲在空白的頁面存儲區(qū)中，不可以對已經(jīng)寫有數(shù)據(jù)的頁上進行寫操作?；厥詹僮鲿r需要更新地址映射表中的轉(zhuǎn)換信息。這種管理算法比較直接，但是由于采用的頁映射機制，對于容量小、頁數(shù)少的存儲器，是極為方便的一種方法。但是，對于大容量NandFlash來說，就顯得比較吃力，例如，對于美光公司的MT29F32G08CBACA這個型號的NandFlash來說，共有4096個物理塊，每塊有256頁，按頁進行映射共需要4096*256*4=4MB的內(nèi)存空間來保存當前的映射表，對于片上系統(tǒng)來說內(nèi)存消耗過大。為了解決這個問題，提出了 NFTL算法，它是基于塊及頁的混合映射的機制。如圖2所示，每當寫入數(shù)據(jù)時，會查詢該鏈表中所有頁的狀態(tài)，當找到頁為空閑時就將數(shù)據(jù)寫入該頁，當遍歷所有塊之后，仍然沒有找到可以寫入頁時，會重新分配一個新的塊，加入鏈表，然后將數(shù)據(jù)寫入其中。因為NFTL算法只需要記錄塊的狀態(tài)，同樣對于美光公司的MT29F32G08CBACA這個型號的NandFlash來說，只需要4096*4B = 16KB的空間，大大降低了內(nèi)存消耗。但是對于NFTL算法來說，寫入或者讀取數(shù)據(jù)時，需要找到最近的數(shù)據(jù)則需要多次的查詢。例如，對于塊鏈長度為10的一個鏈表，最壞的情況下要獲取最新的數(shù)據(jù)需要讀取10頁的數(shù)據(jù)，大大降低了讀寫性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點，本發(fā)明提供了一種提高NFTL算法讀寫性能的方法，只需要讀取I次就能獲取最新數(shù)據(jù)所在的塊，從而降低了額外的數(shù)據(jù)讀取消耗，提升讀與性能。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種提高NFTL算法讀寫性能的方法，將記錄塊中每一頁最新數(shù)據(jù)所在塊編號的自定義數(shù)據(jù)存儲在NFTL塊鏈表的首塊中的每一頁的OOB區(qū)中；數(shù)據(jù)寫入時，在獲得最新數(shù)據(jù)所在的塊后，先判斷該塊是否為塊鏈的最后一塊:若否，則將需要寫入的數(shù)據(jù)寫入塊鏈表中的下一個替換塊中；若是，則重新分配一個新的塊加入到塊鏈中，將需要寫入的數(shù)據(jù)寫入新的塊中；最后更新鏈表首塊對應頁的OOB區(qū)信息。
[0007]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是:NFTL算法的讀、寫性能與塊鏈表的長度成線性降低的關系，即鏈表越長，讀寫性能越低。應用本發(fā)明可以將需要L-1(L為塊鏈表長度)次查詢簡化為I次查詢，提升了 NFTL算法的讀、寫的性能，為NFTL算法在高速設備上的應用提供了很好的解決方法，可廣泛應用于片上系統(tǒng)的NandFlash存儲器的管理。
【附圖說明】
[0008]本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中:
[0009]圖1是FTL管理機制映射不意圖；
[0010]圖2是NFTL算法示意圖；
[0011]圖3是NandFlash結(jié)構(gòu)不意圖；
[0012]圖4是本發(fā)明的OOB區(qū)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖5是本發(fā)明的數(shù)據(jù)讀取/寫入流程圖。
【具體實施方式】
[0014]在本發(fā)明中利用了 NandFlash的冗余數(shù)據(jù)區(qū)，稱OOB區(qū)。目前所有的NandFlash存儲設備的存儲區(qū)均由數(shù)據(jù)區(qū)和OOB區(qū)組成，OOB區(qū)可以存放校驗信息等數(shù)據(jù)，也可以存放用戶自定義的數(shù)據(jù)。本發(fā)明選用美光公司MT29F32G08CBACA型NandFlash作為試驗對象，該NandFlash物理結(jié)構(gòu)如圖3所示。每一頁除了 4096字節(jié)的數(shù)據(jù)區(qū)外，還有224字節(jié)的OOB區(qū)，在該區(qū)內(nèi)可以存儲數(shù)據(jù)。據(jù)此，本發(fā)明中設計了一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，存儲在OOB區(qū)中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖4所示。用16bit記錄塊中每一頁最新數(shù)據(jù)所在塊編號，存儲在NFTL塊鏈表的首塊中的每一頁的OOB區(qū)當中，假若塊鏈長度為64，一共需要16*64/8 = 128字節(jié)。
[0015]在本發(fā)明中，數(shù)據(jù)讀取流程如圖5所示，首先根據(jù)NFTL算法獲取塊鏈表的首地址，根據(jù)此塊地址和頁內(nèi)偏移量讀取OOB區(qū)信息，然后根據(jù)OOB區(qū)信息獲得最新數(shù)據(jù)所在的塊，直接讀取該塊當中的數(shù)據(jù)，結(jié)束讀流程。
[0016]在本發(fā)明中，數(shù)據(jù)寫入流程如圖5所示，包括如下步驟:
[0017]步驟一、首先根據(jù)NFTL算法獲取塊鏈表的首地址；
[0018]步驟二、根據(jù)首地址和頁內(nèi)偏移量讀取OOB區(qū)信息；
[0019]步驟三、根據(jù)OOB區(qū)信息獲得最新數(shù)據(jù)所在的塊；
[0020]步驟四、判斷該塊是否為塊鏈的最后一塊:
[0021]若否，則將需要寫入的數(shù)據(jù)寫入塊鏈表中的下一個替換塊中，然后進入步驟五；
[0022]若是，則重新分配一個新的塊加入到塊鏈中，將需要寫入的數(shù)據(jù)寫入新的塊中，然后進入步驟五；
[0023]步驟五、更新鏈表首塊對應頁的OOB信息。
[0024]在本發(fā)明中，數(shù)據(jù)讀取/寫入與塊鏈長度無關，讀取和寫入效率穩(wěn)定。設單頁讀取時間為R(單位ms)，寫入時間為W (單位ms)。對于NFTL算法，若塊鏈長度為64，讀取數(shù)據(jù)最壞的可能是需要經(jīng)過63次讀取，即需要耗時Rnftl= 63R。寫入數(shù)據(jù)最壞的可能是需要經(jīng)過63次讀取再加上I次寫入時間，即需耗時Wnftl= 63R+W。在本發(fā)明中，讀取一次數(shù)據(jù)消耗時間為2R，寫入一次數(shù)據(jù)的時間為2R+W，因此，本發(fā)明的性能遠遠優(yōu)于NFTL算法，當塊鏈長度越長時越性能提升越明顯。
【主權(quán)項】
1.一種提高NFTL算法讀寫性能的方法，其特征在于:將記錄塊中每一頁最新數(shù)據(jù)所在塊編號的自定義數(shù)據(jù)存儲在NFTL塊鏈表的首塊中的每一頁的OOB區(qū)中；數(shù)據(jù)寫入時，在獲得最新數(shù)據(jù)所在的塊后，先判斷該塊是否為塊鏈的最后一塊:若否，則將需要寫入的數(shù)據(jù)寫入塊鏈表中的下一個替換塊中；若是，則重新分配一個新的塊加入到塊鏈中，將需要寫入的數(shù)據(jù)寫入新的塊中；最后更新鏈表首塊對應頁的OOB區(qū)信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高NFTL算法讀寫性能的方法，其特征在于:所述最新數(shù)據(jù)的讀取流程為:首先根據(jù)NFTL算法獲取塊鏈表的首地址，再根據(jù)此塊地址和頁內(nèi)偏移量讀取OOB區(qū)信息，然后根據(jù)OOB區(qū)信息獲得最新數(shù)據(jù)所在的塊，直接讀取該塊當中的數(shù)據(jù)，結(jié)束讀流程。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高NFTL算法讀寫性能的方法，其特征在于:所述獲得最新數(shù)據(jù)所在的塊的方法為:首先根據(jù)NFTL算法獲取塊鏈表的首地址；然后根據(jù)首地址和頁內(nèi)偏移量讀取OOB區(qū)信息；最后根據(jù)OOB區(qū)信息獲得最新數(shù)據(jù)所在的塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高NFTL算法讀寫性能的方法，其特征在于:所述自定義數(shù)據(jù)為16bit。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高NFTL算法讀寫性能的方法，將記錄塊中每一頁最新數(shù)據(jù)所在塊編號的自定義數(shù)據(jù)存儲在NFTL塊鏈表的首塊中的每一頁的OOB區(qū)中；數(shù)據(jù)寫入時，在根據(jù)OOB區(qū)信息獲得最新數(shù)據(jù)所在的塊后，先判斷該塊是否為塊鏈的最后一塊：若否，則將需要寫入的數(shù)據(jù)寫入塊鏈表中的下一個替換塊中；若是，則重新分配一個新的塊加入到塊鏈中，將需要寫入的數(shù)據(jù)寫入新的塊中；最后更新鏈表首塊對應頁的OOB信息。本發(fā)明方法將查詢次數(shù)簡化為1次，提升了NFTL算法的讀、寫的性能，為NFTL算法在高速設備上的應用提供了很好的解決方法，可廣泛應用于片上系統(tǒng)的NandFlash存儲器的管理。
【IPC分類】G06F12-06
【公開號】CN104657283
【申請?zhí)枴緾N201510056423
【發(fā)明人】王志奇, 章睿, 任仕玖, 龔冰青
【申請人】成都三零嘉微電子有限公司
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年2月4日