专利名称：固态硬盘及处理其管理数据的方法
技术领域：
本发明涉及通信电子领域，尤其涉及一种固态硬盘及处理固态硬盘中管理 数据的方法。
背景技术：
随着电子技术的发展，中央处理单元(Central Processing Unit, CPU)运行 频率在20年间增加了 600倍，而存储器的容量更是增加了上万倍。然而，伴随 着数据容量的爆炸性增长，存储器读取数据速度的瓶颈效应越来越明显，传统 的磁记录存储技术仍没有取得重大突破。近年来一些厂商开始积极开发可以取 代磁记录的存储技术和产品，如基于闪存(flash)的固态硬盘(Solid State Disk, SSD)。由于采用flash存储介质，它内部没有机械结构，因此没有数据查找时间、 延迟时间和寻道时间，读取速度有了极大的提高。目前市场上主要有NOR和NAND两类flash,英特尔(Intel)公司于1988 年首先开发出NOR flash技术，1989年，东芝公司发表了 NAND flash结构， 强调降低每比特的成本及更高的性能，并且跟磁盘一样可以通过接口轻松升级。 NOR的特点是芯片内执行，这样应用程序可以直接在闪存内运行，不必再把代 码读到系统内存中。NOR的传输效率很高，在1-4MB的小容量时具有很高的 成本效益，但是其很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。NAND结构能 提供极高的单元密度，可以达到高存储密度，并且写入和擦除的速度也很快。 不管是NOR flash还是NAND flash,都有块的概念，整个flash在逻辑上由块组 成， 一块的容量大小不固定，可以有8KB、 16KB等。由于NAND flash在高密度方面比NOR flash有明显的优势，所以一般都选 用NAND flash来做SSD。但是应用NAND的困难在于flash的管理，其中一个 问题就是坏块管理。NAND flash阵列分为 一 系列128kB的区块，由于NAND flash 的工艺不能保证其所有的块在生命周期内的可靠性，在出厂时可能就存在随机 分布的坏块，所以需要坏块标记，管理软件负责根据坏块表来映射坏块并由好
的存储块取而代之。另外在使用中也可能产生新的坏块，这时候需要建立新的 坏块表来描述。除了坏块表之外还必须有巻信息、^"写信息、分配表等来管理NAND flash，这些管理信息对NAND flash来说是极为重要的。目前一般使用NAND flash的SSD把上述的管理信息都存放在SSD本身的 NANDflash上。如图1所示，固态硬盘与前插服务器板连接，所述前插服务器 板上运行操作系统及SSD驱动等程序。所述前插服务器板通过一条4X的快速 外围部件互连(Peripheral Component Interconnect Express, PCIE)总线与一个 PCIE到外围部件互连(Peripheral Component Interconnect, PCI )总线的PCIE-PCI 桥连接，该PCIE-PC桥实现从PCIE总线到PCI总线的转化。所述PCIE-PC桥 通过PCI总线与4个4吏用PCI接口的现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array, FPGA)芯片连接，每个FPGA集成了 8个NAND flash的控制器，每个 控制器控制4个NAND flash芯片。如图2所示，NAND flash芯片的各种管理信息(如出厂坏块表、运行坏 块表、映射关系信息、擦写信息、备份信息等)和存储业务数据的数据块一起 存放在NAND flash芯片里面。发明人在实现本发明的过程中发现，现有技术把 NAND flash的管理数据和业务数据都存放在NAND flash里面会导致用户在对 业务数据进行擦写操作时会误把管理数据擦除，导致SSD不可用，使得SSD可 靠性较低。发明内容本发明实施例提供了 一种固态硬盘及处理固态硬盘中管理数据的方法，避免用户误操作把管理数据擦除，提高了固态硬盘的可靠性。一方面，本发明实施例提出了一种固态硬盘，其包括一数据接口单元，通过第一总线与处理板上的操作系统交换数据； 至少一个闪存控制单元，通过第二总线与所述数据接口单元连接，且每一个所述闪存控制单元控制着至少一个闪存芯片；一独立于所述固态硬盘中的闪存芯片的管理数据存储单元，通过第二总线 与所述数据接口单元连接，用于存储所述闪存芯片的管理数据。另一方面，本发明实施例还提供了一种处理固态硬盘中管理数据的方法， 包括 获得固态硬盘中闪存芯片的管理数据；将所述固态硬盘中的管理数据存储到 一独立于所述固态硬盘中的闪存芯片的管理数据存储单元；根据驱动程序的控制命令更新所述管理数据存储单元中的管理数据。 综上所述，本发明实施例提供的一种固态硬盘及其管理方法通过单独利用一个管理数据存储单元存储管理数据，将管理凄t椐和业务数据分开，使得用户在对业务数据的操作过程中，不会由于误操作而将管理数据擦除，减小了固态硬盘不可用的风险，提高了固态硬盘的可靠性。
图1是现有固态硬盘与前插服务器板连接的结构示意图；图2是现有固态硬盘中闪存的块结构示意图；图3是本发明实施例的一种固态硬盘的结构示意图；图4是本发明实施例中固态硬盘的闪存芯片的块结构示意图；图5是本发明实施例中固态硬盘的管理数据存储单元的数据结构示意图；图6是本发明实施例的一种固态硬盘与前插服务器板连接的结构示意图；图7是本发明实施例的一种处理固态硬盘中管理数据的方法的流程图；图8是图7所述的步骤S73的具体流程图；图9是步骤S73的具体流程图。
具体实施方式
下面结合附图具体阐述本发明实施例提供的一种固态硬盘及处理固态硬盘 中管理数据的方法的技术方案。参考图3，图示了本发明实施例的一种固态硬盘的结构示意图。所述固态硬 盘包括一数据接口单元31,通过第一总线与处理板(如前插服务器板)连接，所 述固态硬盘通过该数据接口单元与运行在处理板上的操作系统交换数据；一个闪存控制单元33,通过第二总线与所述数据接口单元31连接，且每一 个所述闪存控制单元控制着多个闪存芯片34;一管理数据存储单元32,通过第二总线与所述数据接口单元31连接，用于 存储所有闪存芯片34的管理数据，所述管理数据具体可以包括出厂坏块表、运行坏块表、映射关系信息、擦写信息、备份信息等。其中，所述第一总线为PCIE总线，第二总线为PCI总线；所述数据接口单元31为PCIE-PCI桥，用于实现从PCIE总线到PCI总线的转化。其中，所述管理数据存储单元32的存储介质具体可以为闪存或磁盘。 以上是本发明一个实施例而已，根据具体容量的要求， 一个固态硬盘可以包括多个闪存控制单元33,每一个闪存控制单元33下面可以控制一个或多个闪存芯片34。值得说明的是，如图4所示，在本发明中，闪存芯片34的块结构不再包括 管理数据，仅仅包括不可用的坏块和存储业务数据的数据块。而管理数据则存 储在管理数据存储单元32中，如图5所示，管理数据存储单元32的数据结构 包括出厂坏块表、运行坏块表、映射关系信息、擦写信息及备份信息等。为了进一步说明本发明实施例的固态硬盘的技术方案，下面提出了另 一具 体实施例。如图6所示，固态硬盘60与前插服务器板连接，所述固态硬盘60包括 数据接口单元31，其具体可以为PC正-PCI桥，通过一条4X的PC正总线 连接到前插服务器板(SSD软件运行子系统运行环境)，实现PCIE总线到PCI 总线的转化，固态硬盘可通过所述PCIE总线与运行在前插服务器板上的操作系 统交换数据。数据接口单元31通过PCI A 64bit@66M (位宽为64bit，频率为66MHz的 PCI总线A)连接设置在扣板上的2个使用PCI接口的FPGA芯片，通过PCI B 64bit@66M (位宽为64bit，频率为66MHz的PCI总线B )连接设置在底板上的 2个使用PCI接口的FPGA芯片，将扣板和底板扣合在一起则构成一个SSD产 品。其中，每个FPGA芯片上集成了 8个闪存控制器33 (具体可以为8个NAND flash控制器)，每个闪存控制器33下控制着4个闪存芯片34(具体可以为NAND flash芯片)。每个闪存芯片34的块结构不再包括管理数据，仅仅包括不可用的 坏块和存储业务数据的数据块。同时，在数据接口 31上连接一个管理数据存储单元32，用于存储固态硬盘 中闪存芯片的管理数据，具体可以由NOR flash芯片实现，当然也可以由其它存 储介质实现，如磁盘等。管理数据存储单元32的数据结构包括出厂坏块表、
运行坏块表、映射关系信息、擦写信息及备份信息等。上面具体阐述了本发明实施例的一种固态硬盘的技术方案，下面结合图7 详细阐述本发明实施例的一种处理固态硬盘中管理数据的方法的技术方案。如图7所示，图示了本发明实施例的一种处理固态硬盘中管理数据的方法 的流程图；所述方法包括步骤S71，获得固态硬盘中闪存芯片的管理数据；步骤S72,将所述固态硬盘中的管理数据存储到 一独立于所迷固态硬盘中的 闪存芯片的管理数据存储单元；S73，根据驱动程序的控制命令更新所述管理数据存储单元中的管理数据。其中，所述管理数据存储单元中存储有该固态硬盘的管理数据，如出厂 坏块表、运行坏块表、映射关系信息、擦写信息及备份信息等。步骤S71具体包括所述出厂坏块表信息从闪存芯片中获取，以及所述运行坏块表、映射关系信息、擦写信息及备份信息由上层软件(如驱 动程序)生成。开始在初始化过程中，驱动程序从管理数据存储单元(如NOR flash芯片) 中取出映射关系信息，并在内存中建立索引，当内存中的索引更新时将写回更 新后的索引信息写回所述管理数据存储单元。以处理固态硬盘的管理数据中的擦写信息为例，如图8所示，图7所述的 步骤S73具体包括步骤S1，根据驱动程序判断是否对闪存芯片(如NAND flash芯片)进行 擦写操作，如杲是，则执行步骤S3，否则执行步骤S2;步骤S2，退出对闪存芯片的操作；步骤S3，对所述闪存芯片进行擦写操作，并更新管理数椐存储单元中的擦 写信息中块的擦写次数；步骤S4，根据所述管理数据存储单元中的擦写信息，判断所述闪存芯片某 一块的擦写次数是否达到一阈值，如果未达到所述阈值，则执行步骤S5，否贝'J， 执行步骤S6;步骤S5，正常操作闪存芯片；步骤S6,根据磨损平衡机制选择另一擦写次数未达到所述阈值的块进行擦写操作(具体为用纟察写次数较少的块替代擦写次数较多的块)； 步骤S7,更新管理数据存储单元中的映射关系信息。以处理固态硬盘的管理数据中的运行坏块表信息为例，如图9所示，图7 所述的步骤S73具体包括步骤S81,检测是否出现擦写错误，如果是，则执行步骤S83，否则执行步 骤S82;步骤S82,正常净喿作闪存芯片；步骤S83,判断是否由坏块导致擦写错误，如果是，则执行步骤S84,否贝'J， 执行步骤S82;步骤S84,更新管理数据存储单元中的运行坏块表信息； 步骤S85,利用一个保留块替换所述坏块，同时更新管理数据存储单元中的 映射关系信息。综上所述，本发明实施例提供的一种固态硬盘及处理固态硬盘中管理数据 的方法，通过单独利用一个管理数据存储单元存储管理数据，将管理数据和业 务数据分开，使得用户在对业务数据的操作过程中，不会由于误操作而将管理 数据擦除，减小了固态硬盘不可用的风险，提高了固态硬盘的可靠性，同时由 于采用单独的管理数据存储单元来存储管理数据，这样有利于管理数据实现冗 余备份。以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发 明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的 范围。
权利要求
1、一种固态硬盘，其特征在于，包括一数据接口单元，用于通过第一总线与处理板上的操作系统交换数据；至少一个闪存控制单元，通过第二总线与所述数据接口单元连接，且每一个所述闪存控制单元控制着至少一个闪存芯片；一独立于所述固态硬盘中的闪存芯片的管理数据存储单元，通过第二总线与所述数据接口单元连接，用于存储所述闪存芯片的管理数据。
2、 如权利要求1所述的固态硬盘，其特征在于，所述管理数据存储单元中 存储的管理数据包括出厂坏块表、运行坏块表、映射关系信息、擦写信息、 骑信息。
3、 如权利要求1或2所述的固态硬盘，其特征在于，所述第一总线为PCIE 总线，所述第二总线为PCI总线。
4、 如权利要求3所述的固态硬盘，其特征在于，所述数据接口单元为 PCIE-PCI桥。
5、 如权利要求3所述的固态硬盘，其特征在于，所述管理数据存储单元的 存储介质具体为闪存或磁盘。
6、 一种处理固态硬盘中管理数据方法，其特征在于，包括 获得固态硬盘中闪存芯片的管理数据；将所述固态硬盘中的管理数据存储到 一独立于所述固态硬盘中的闪存芯片 的管理数据存储单元；根据驱动程序的控制命令更新所述管理数据存储单元中的管理数据。
7、 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述管理数据包括出厂坏块 表、运行坏块表、映射关系信息、擦写信息、备份信息。
8、 如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述获取固态硬盘中闪存芯片 的管理数据的步骤包括所述出厂坏块表信息从闪存芯片中获取，以及所述运行坏块表、映射关系信息、擦写信息及备份信息由上层软件生成。
9、 如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述根据驱动程序的控制 命令更新管理数据存储单元中的管理数据的步骤具体包括根据驱动程序判断是否对闪存芯片进行擦写操作，如果是，则更新管理数 据存储单元中的擦写信息中块的擦写次数，否则，退出对闪存芯片的操作；判断所述管理数据存储单元中的擦写信息中块的擦写次数是否达到一阈 值，如果未达到所述阚值，则正常操作闪存芯片，否则，进入下一步骤；根据磨损平衡机制使用另 一块替换擦写次数达到所述阚值的块，并更新管 理数据存储单元中的映射关系信息。
10、 如权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述根据驱动程序的控 制命令更新管理数据存储单元中的管理数据的步骤具体包括检测是否出现擦写错误，如果未出现擦写错误，则正常操作闪存芯片，否 则，进入下一步骤；判断是否由坏块导致擦写错误，如果不是，则正常操作闪存芯片，否则， 更新管理数据存储单元中的运行坏块表信息，并利用 一个保留块替换所述坏块， 同时更新管理数据存储单元中的映射关系信息。
全文摘要
本发明公开了一种固态硬盘，其包括一数据接口单元，通过第一总线与处理板连接，所述固态硬盘通过该数据接口单元与运行在处理板上的操作系统交换数据；至少一个闪存控制单元，通过第二总线与所述数据接口单元连接，且每一个所述闪存控制单元控制着至少一个闪存芯片；一独立于所述固态硬盘中的闪存芯片的管理数据存储单元，通过第二总线与所述数据接口单元连接，用于存储所述闪存芯片的管理数据。相应地，本发明还公开了一种处理固态硬盘中管理数据的方法。根据本发明的一种固态硬盘及其管理方法，可将管理数据和业务数据分开存储，避免了用户误操作把管理数据擦除，提高了固态硬盘的可靠性。
文档编号G06F3/06GK101149664SQ200710031078
公开日2008年3月26日 申请日期2007年10月26日 优先权日2007年10月26日
发明者张少林, 李敏秋, 剑 杨, 王少勇, 磊 石, 宣 陈, 林 陶, 兴 饶, 颜 龚 申请人:华为技术有限公司