一種利用mram保護(hù)nand的方法及存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及固態(tài)硬盤，尤其涉及一種利用MRAM保護(hù)NAND的方法及存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)在的智能手機(jī)、平板電腦，以及越來越多的計(jì)算機(jī)中，用戶數(shù)據(jù)、文件被存在NAND閃存芯片中。
[0003]NAND是一種整塊讀寫的存儲(chǔ)設(shè)備，最小可讀取的單元叫page，最小可擦除的單元叫block，一個(gè)block往往由很多page組成，block擦除后里面的page可以進(jìn)行單獨(dú)的寫入操作。
[0004]NAND閃存技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了固態(tài)硬盤(SSD)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
[0005]如圖1所示，現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的一組NAND芯片，用于支持計(jì)算和緩存數(shù)據(jù)的DDR DRAM(內(nèi)存)，以及一個(gè)主控芯片(SSD Controller)組成。有時(shí)候還需要斷電保護(hù)系統(tǒng)。與主機(jī)之間通過高速串行接口如SATA，PICe等技術(shù)。
[0006]如圖2所示，現(xiàn)有的手機(jī)、平板電腦存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)包括:用于存儲(chǔ)代碼和用戶數(shù)據(jù)的NAND以及用于計(jì)算的DDR內(nèi)存(雙倍速率動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器，為DDR DRAM的簡稱，DoubleData Rate Dynamic Random Access Memory)，分別連接主機(jī)芯片。
[0007]如圖3所示，手機(jī)與計(jì)算機(jī)的文件操作方式如下:
[0008](I)應(yīng)用軟件向操作系統(tǒng)發(fā)出打開、關(guān)閉、讀、寫文件指令；
[0009](2)操作系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)部分把讀、寫文件的指令轉(zhuǎn)化為讀、寫存儲(chǔ)塊的指令；
[0010](3)NAND驅(qū)動(dòng)與管理軟件接受讀寫存儲(chǔ)塊區(qū)的指令，進(jìn)行緩存、寫均衡等優(yōu)化，向芯片發(fā)出讀page，寫block等指令。
[0011]在手機(jī)中，NAND驅(qū)動(dòng)與管理軟件通常作為與操作系統(tǒng)緊密相關(guān)的軟件模塊，在主機(jī)芯片上運(yùn)行；在計(jì)算機(jī)中，NAND驅(qū)動(dòng)與管理軟件通常在固態(tài)硬盤的主控芯片上運(yùn)行。
[0012]使用NAND閃存遇到的一個(gè)問題是NAND具有有限的壽命。里面的每一個(gè)block經(jīng)過一定次數(shù)的擦寫以后，就會(huì)永久失效不能繼續(xù)使用。
[0013]目前的產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢是NAND的容量和數(shù)據(jù)密度增長非常快，但卻是以降低壽命為代價(jià)。可擦寫次數(shù)從最初的10萬次降低到目前的3000次左右。其結(jié)果是，固態(tài)硬盤在經(jīng)過一段時(shí)間的使用后必須更換，手機(jī)則可能會(huì)提前報(bào)廢。
[0014]因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種保護(hù)NAND的方法和裝置，以延長NAND的使用壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種保護(hù)NAND的方法，以延長NAND的使用壽命。
[0016]本發(fā)明的背景是MRAM技術(shù)的發(fā)展，MRAM是一種新的內(nèi)存和存儲(chǔ)技術(shù)，可以像SRAM/DRAM—樣快速隨機(jī)讀寫，還可以像Flash閃存一樣在斷電后永久保留數(shù)據(jù)。不像NAND可擦寫次數(shù)有限，MRAM可以無限多次地擦寫。但預(yù)計(jì)未來相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi)，MRAM的容量比NAND低，成本比NAND高。
[0017]如果利用MRAM，將MRAM作為寫緩存，就能夠極大減少擦寫NAND的次數(shù)，從而保護(hù)NAND，延長NAND的使用壽命。
[0018]本發(fā)明提供一種利用MRAM保護(hù)NAND的方法，包括以下步驟:
[0019](I)收到寫NAND頁指令，在MRAM中的寫緩存表中查找MRAM中的寫緩存中是否存在NAND頁對應(yīng)的MRAM頁，如果不存在，執(zhí)行步驟⑵；如果存在，執(zhí)行步驟(3);
[0020](2)在寫緩存中查找空閑的MRAM頁，作為NAND頁對應(yīng)的MRAM頁；
[0021](3)將寫NAND頁指令中的數(shù)據(jù)寫入NAND頁對應(yīng)的MRAM頁，在清理寫緩存時(shí)，將NAND頁對應(yīng)的MRAM頁的數(shù)據(jù)寫入NAND頁。
[0022]采用本發(fā)明提供的方法，將寫入NAND的數(shù)據(jù)緩存在MRAM中，在清理寫緩存時(shí)才將緩存的數(shù)據(jù)最終寫入NAND，能夠極大減少擦寫NAND的次數(shù)，從而保護(hù)NAND，延長NAND的使用壽命。
[0023]進(jìn)一步地，步驟(I)中的寫緩存表包括NAND頁的地址以及與NAND頁對應(yīng)的MRAM頁的地址。
[0024]進(jìn)一步地，步驟(2)查找空閑的MRAM頁作為NAND頁對應(yīng)的MRAM頁還包括步驟:
[0025](21)將NAND頁的地址與NAND頁對應(yīng)的MRAM頁的地址構(gòu)成的記錄寫入寫緩存表。
[0026]進(jìn)一步地，步驟(3)中清理寫緩存，在寫緩存中空閑的MRAM頁的數(shù)量小于第一預(yù)警值的條件下啟動(dòng)，關(guān)機(jī)時(shí)不需要清理寫緩存，寫入的內(nèi)容仍然保留在所述MRAM頁中，在開機(jī)和加電時(shí)不需要重新載入寫緩存，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度。
[0027]進(jìn)一步地，步驟(3)中的清理寫緩存的方法包括以下步驟:
[0028](31)將寫緩存中MRAM頁的數(shù)據(jù)寫入對應(yīng)的NAND頁，并更新寫緩存表；
[0029](32)如果寫緩存中MRAM頁的數(shù)量大于或等于第二預(yù)警值，停止清理寫緩存。
[0030]進(jìn)一步地，步驟(31)將寫緩存中MRAM頁的數(shù)據(jù)寫入對應(yīng)的NAND頁，并更新寫緩存表的方法包括以下步驟:
[0031](311)寫緩存表包括還包括寫計(jì)數(shù)和/或上次寫入時(shí)間，將寫緩存中寫計(jì)數(shù)最少和/或上次寫入時(shí)間最早的MRAM頁的數(shù)據(jù)寫入對應(yīng)的NAND頁；
[0032](312)釋放所述MRAM頁，刪除寫緩存表中MRAM頁的地址與對應(yīng)的NAND頁的地址對應(yīng)的記錄。
[0033]進(jìn)一步地，步驟(311)中將寫緩存中寫計(jì)數(shù)最少和上次寫入時(shí)間最早的MRAM頁的數(shù)據(jù)寫入對應(yīng)的NAND頁的方法包括以下步驟:
[0034](3111)將寫緩存中寫計(jì)數(shù)最少的MRAM頁的數(shù)據(jù)寫入對應(yīng)的NAND頁；
[0035](3112)當(dāng)MRAM頁的寫計(jì)數(shù)相等時(shí)，將上次寫入時(shí)間最早的MRAM頁的數(shù)據(jù)寫入對應(yīng)的NAND頁。
[0036]本發(fā)明還提供一種利用MRAM保護(hù)NAND的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，包括NAND與MRAM，NAND用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，MRAM用于NAND的寫緩存。
[0037]進(jìn)一步地，MRAM包括寫緩存與寫緩存表，寫緩存用于緩存對應(yīng)的NAND頁，寫緩存表用于存儲(chǔ)寫緩存中MRAM頁地址與對應(yīng)的NAND頁地址。
[0038]進(jìn)一步地，MRAM通過DDR DRAM接口與主控芯片或CPU連接，或者M(jìn)RAM設(shè)置于固態(tài)硬盤中，通過DDR DRAM接口與固態(tài)硬盤的主控芯片連接。
[0039]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的利用MRAM保護(hù)NAND的方法及存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)具有以下有益效果:
[0040](I)將寫入NAND的數(shù)據(jù)緩存在MRAM中，在清理寫緩存時(shí)才將緩存的數(shù)據(jù)最終寫入NAND,能夠極大減少擦寫NAND的次數(shù)，從而保護(hù)NAND，延長NAND的使用壽命；
[0041](2)寫入MRAM的速度，比寫入NAND快上百倍，降低寫入NAND的頻率，有利于提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度；
[0042](3)將寫緩存中寫計(jì)數(shù)最少和/或上次寫入時(shí)間最早的MRAM頁的數(shù)據(jù)寫入對應(yīng)的NAND頁，需要頻繁寫入的存儲(chǔ)塊，都留在了 MRAM中進(jìn)行寫入操作，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度；
[0043](4)由于MRAM與NAND—樣在斷電后可以保持內(nèi)容，因而在關(guān)機(jī)和斷電時(shí)不需要清理寫緩存，在開機(jī)和加電時(shí)不需要重新載入寫緩存，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的運(yùn)行速度。
[0044]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的、特征和效果。
【附圖說明】
[0045]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中用于計(jì)算機(jī)的固態(tài)硬盤結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖2是現(xiàn)有技術(shù)中用于手機(jī)、平板電腦的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047]圖3是現(xiàn)有技術(shù)中文件操作流程圖；
[0048]圖4是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的利用MRAM保護(hù)NAND的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049]圖5是使用圖4所示的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，使用MRAM作為寫緩存寫入NAND的流程圖；
[0050]圖6是使用圖4所示的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，清理寫緩存的流程圖；
[0051 ] 圖7是本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的利用MRAM保護(hù)NAND的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0052]如圖4所示，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的利用MRAM保護(hù)NAND的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，包括NAND與MRAM，其中NAND用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，MRAM用于NAND的寫緩存。
[0053]MRAM設(shè)置于固態(tài)硬盤中，通過DDR DRAM接口與固態(tài)硬盤的主控芯片連接，也就是固態(tài)硬盤的主控芯片通過DDR DRAM接口操作MRAM中的寫緩存。
[0054]本實(shí)施例中的利用MRAM保護(hù)NAND的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)為用于計(jì)算機(jī)的固態(tài)硬盤。
[0055]本實(shí)施例