专利名称：固态硬盘及其掉电保护方法、系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及固态硬盘及信息存储领域，尤其涉及一种固态硬盘及其掉电保护方法、系统。
背景技术：
现有固态硬盘所用Nand Flash芯片主要为MLC(Multi-Level Cell，多层单元) 型Nand Flash芯片，而对于大多数MLC型Nand Flash芯片而言，有两个显著的特点一、同一単元里的两个位被分配在不同的两个页中，从而这两个页具有强耦合性，如果破坏其中的高位页，那么低位页的数据也将被损毁。ニ、通过专用技术和软件管理技术可以将MLC型 Nand Flash 转化为 SLC (Single Layer Cell，单层单元)型 Nand Flash。目前固态硬盘都通过多个Nand Flash控制器作为多个通道并行使用，从而达到高数据吞吐量，同一时刻存在大量的Nand Flash读写操作。在系统意外掉电时，由于大量同 ー时刻存在大量的Nand Flash写操作，当电源不能保证Nand Flash写操作的完成时再断电，不仅会破坏当前写入页的数据完整性，而且会破坏跟当前页相关的耦合页的数据。为了解决该问题，出现了固态硬盘掉电保护机制。图1为传统掉电保护技术结构示意图，当固态硬盘所在系统主电源101上电后，系统进入工作状态，电源切換控制模块102被初始化在主电源工作状态，掉电检测模块103启动掉电检测，电源充电模块104控制备用电源105进入充电模式。当固态硬盘意外掉电吋， 掉电检测模块103会监测到该事件，电源切換控制模块102将固态硬盘供电切換到备用电源105，备用电源105将供电给固态硬盘，从而固态硬盘会将数据写入操作完成，避免写入操作被打断，从而保护数据完整性。但由于备用电源会产生意外失效的问题，为解决该问题现有技术提出了另外ー种掉电保护机制，即当ー级备用电源失效时，切換到ニ级备用电源，由ニ级备用电源为固态硬盘提供掉电保护。其虽然解决了因一级备用电源失效导致的问题，但也增加了固态硬盘的硬件成本和复杂度。而且ニ级备用电源同样存在失效问题，仍然存在破坏数据完整性。这类技术方案都集中解决系统中缓存的数据如何写入闪存的问题，且只能降低电源失效而导致数据破坏的几率，没有真正解决耦合页的数据被破坏的问题。综上可知，现有固态硬盘掉电保护机制在实际使用上，显然存在不便与缺陷，所以有必要加以改迸。
发明内容
针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供ー种固态硬盘及其掉电保护方法、系统， 其能在不增加硬件设计成本和复杂度的基础上，通过专用软件技术解决因异常掉电导致 Nand Flash中耦合页的数据被破坏的问题。为了实现上述目的，本发明提供一种固态硬盘掉电保护方法，所述方法包括如下步骤
固态硬盘写入数据时，进行自适应数据备份计算并判断是否进行数据备份；若需要进行备份，则将数据备份到SLC型存储区后再写入MLC型存储区，否则直接将数据写入MLC型存储区；固态硬盘上电时，根据数据备份信息进行数据恢复。根据本发明的固态硬盘掉电保护方法，所述进行自适应数据备份计算并判断是否进行数据备份具体为获取当前写入数据所对应的闪存阵列中的页号，并查询自适应数据管理表，若所述当前写入数据所对应闪存阵列的页为低位页则需要进行将数据备份，若所述当前写入数据所对应闪存阵列的页为高位页则不需要进行数据备份；所述自适应数据管理表记录了逻辑地址到物理地址的映射关系。根据本发明的固态硬盘掉电保护方法，将数据备份到SLC型存储区之前还包括 将特定MLC型存储区转换SLC型存储区，根据自适应数据管理表进行映射计算获得SLC型存储区的物理地址。根据本发明的固态硬盘掉电保护方法，所述根据数据备份管理表进行数据恢复包括扫描闪存阵列，获取闪存类型转换管理信息、数据备份信息以及异常中断信息；初始化闪存类型管理表以及数据备份管理表，所述闪存类型管理表记录了 MLC型存储区转换为SLC型存储区的转换信息，所述数据备份管理表记录了用于数据备份的物理页、所述物理页对应的逻辑地址、原始数据的物理地址以及备份状态信息；根据所述异常中断信息判断上次掉电是否为意外掉电，若是则根据所述数据备份管理表进行数据恢复，否则根据最后一次数据写入情况决定是否读取其中耦合页进行缓存。根据本发明的固态硬盘掉电保护方法，根据最后一次数据写入情况决定是否读取其中耦合页进行缓存具体为获取最后一次写入的物理页，如果为该物理页为耦合页的低位页，那么把该页读出来放入缓存，否则不进行操作。本发明还提供一种固态硬盘掉电保护系统，所述系统包括自适应数据备份管理模块，用于当固态硬盘写入数据时，进行自适应数据备份计算并判断是否进行数据备份；主通道闪存管理模块，用于需要进行备份时将数据备份到SLC型存储区后再写入 MLC型存储区，或者直接将数据写入MLC型存储区；主控制器，用于固态硬盘上电吋，根据数据备份管理信息进行数据恢复。根据本发明的固态硬盘掉电保护系统，所述自适应数据备份管理模块获取进行自适应数据备份计算并判断是否进行数据备份具体为获取当前写入数据所对应的闪存阵列中的页号，查询自适应数据管理表，若所述当前写入数据所对应闪存阵列的页为低位页则需要进行将数据备份，若所述当前写入数据所对应闪存阵列的页为高位页则不需要进行数据备份；所述自适应数据管理表记录了逻辑地址到物理地址的映射关系。根据本发明的固态硬盘掉电保护系统，所述固态硬盘掉电保护系统还包括
5
闪存类型转换管理模块，用于将特定MLC型存储区转换SLC型存储区，根据所述自适应数据管理表进行映射计算获得SLC型存储区的物理地址。根据本发明的固态硬盘掉电保护系统，所述主控制器包括获取单元，用于扫描闪存阵列，获取闪存类型转换管理信息、数据备份信息以及异常中断信息；初始化单元，初始化闪存类型管理表以及数据备份管理表，所述闪存类型管理表记录了 MLC型存储区转换为SLC型存储区的转换信息，所述数据备份管理表记录了用于数据备份的物理页、所述物理页对应的逻辑地址、原始数据的物理地址以及备份状态信息；数据恢复以及备份单元，根据所述异常中断信息判断上次掉电是否为意外掉电， 若是则根据所述数据备份管理表进行数据恢复，否则获取最后一次写入的物理页，如果为该物理页为耦合页的低位页，那么把该页读出来放入缓存，否则不进行操作。本发明还提供ー种包括上述掉电保护系统的固态硬盘。本发明通过在固态硬盘写入数据时，进行自适应数据备份计算并判断是否进行数据备份，若需要进行备份，则将数据备份到由MLC所转换的SLC型存储区后再写入MLC型存储区，否则直接将数据写入MLC型存储区，等到下次固态硬盘上电时，根据数据备份信息进行数据恢复。本发明通过将备份数据存储到由MLC存储区转换来的SLC型存储区，从而无需额外的SLC型Nand Flash存储器；通过“自适应数据备份技木”管理相应的逻辑物理映射表，记录备份数据的物理地址，同时通过自适应数据备份计算将耦合页中的低位页进行备份，在固态硬盘下次上电时，将丢失数据通过备份信息恢复出来，避免Nand Flash中耦合页的数据被破坏。借此，本发明能够在不増加硬件设计成本和复杂度的基础上，通过自适应备份技术解决因异常掉电导致Nand Flash中耦合页的数据被破坏的问题。
图1是现有技术中的固态硬盘掉电保护系统结构图；图2是本发明固态硬盘掉电保护系统的结构原理图；图3是本发明固态硬盘掉电保护方法的流程图；以及图4是本发明ー种实施例的固态硬盘上电及运行流程图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进ー步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。如图1所示，本发明ー种固态硬盘掉电保护系统100，用于对固态硬盘进行掉电保护，该系统可以是内置于固态硬盘的软件単元，硬件単元或软硬件结合单元。该系统100主要包括自适应数据备份管理模块10、主通道闪存管理模块20以及主控制器30。自适应数据备份管理模块10，用于当固态硬盘写入数据时，进行自适应数据备份计算并判断是否进行数据备份。具体的，自适应数据备份管理模块10获取当前写入数据所对应的闪存阵列中的页号，查询自适应数据管理表，若当前写入数据所对应闪存阵列的页为低位页则需要进行将数据备份，若当前写入数据所对应闪存阵列的页为高位页则不需要进行数据备份。其中，自适应数据管理表记录了逻辑地址到物理地址的映射关系，需要备份的数据可通过该自适应数据管理表分配其存放的物理地址，在数据恢复时候也可通过自适应数据管理表查询备份数据存放的物理地址。主通道闪存管理模块20，用于需要进行备份时将数据备份到由MLC型存储区转换的SLC型存储区后再写入MLC型存储区，或者直接将数据写入MLC型存储区。由于SLC型闪存的复写次数高达10000次，比MLC型闪存高3倍，且其存储速度较快，因此将SLC型存储区作为数据备份区域，可以提高备份速度以及数据恢复速度，提高固态硬盘的使用寿命。主控制器30，用于固态硬盘上电吋，根据数据备份管理信息进行数据恢复。即对整个系统进行初始化和上电数据恢复。系统运行时候，首先通过自适应数据备份计算判断当前写入数据对应闪存阵列的高位页还是低位页，若为低位页则将该页数据备份SLC型存储区，然后再将数据写入主通道数据存储器(MLC型存储区)中。当系统异常掉电吋，SLC型存储区不会发生耦合页的数据被破坏的问题。当掉电发生在写入SLC型吋，主存储区域(MLC型存储区)还未发生写入， 避免了主存储区发生耦合页的数据被破坏的问题。当掉电发生在写入主存储区域吋，虽然发生了耦合页的数据被破坏的情況，但是由于备份区的存在，可以恢复出被破坏的数据。本发明通过将备份数据存储到由MLC存储区转换来的SLC型存储区，从而无需额外的SLC型Nand Flash存储器；通过“自适应数据备份技木”管理相应的逻辑物理映射表， 记录备份数据的物理地址，同时通过自适应数据备份计算将耦合页中的低位页进行备份， 在固态硬盘下次上电时，将丢失数据通过备份信息恢复出来，避免Nand Flash中耦合页的数据被破坏。借此，本发明能够在不増加硬件设计成本和复杂度的基础上，通过自适应备份技术解决因异常掉电导致Nand Flash中耦合页的数据被破坏的问题。本技术方案的自适应数据备份技术具体为获取到当前写入数据所对应的闪存阵列中的页号后，自适应数据备份算法器根据自适应数据管理表的信息，计算出是否需要将当前页的数据进行数据备份。比如对于MLC型Nand Flash，如果写入页是UPPER PAGE (高位页)吋，则无需备份，而如果写入页是LOWER PAGE(低位页)时，则需要备份。当固态硬盘上电时，自适应数据备份算法器则获得管理信息，通过恢复算法将自适应数据管理表的信息恢复，并且根据最后写入数据的情况，进行数据恢复或者备份。当需要进行数据备份吋， 自适应数据备份算法器还会根据自适应数据管理表进行映射算法，计算获得实际的闪存的物理地址。优选的是，固态硬盘掉电保护系统100还包括闪存类型转换管理模块40，用于根据闪存转换命令将MLC型存储区转换SLC型存储区，根据自适应数据管理表进行映射计算获得SLC型存储区的物理地址。一般说来，闪存会提供闪存类型转换命令和步骤；如果不提供，则只使用低位页，不使用高位页。优选的是，主控制器30包括获取单元31、初始化单元32、数据恢复以及备份单元 33。获取单元31，用于扫描闪存阵列，获取闪存类型转换管理信息、数据备份信息以及异常中断信息。其中获取单元31在扫描闪存阵列时会获取管理信息，这些管理信息包括了逻辑页到物理页的映射关系表、wear-level (磨损平衡)管理信息、地址无效信息表、error log(错误日志)，以及前述的闪存类型转换管理信息、数据备份信息、异常中断信息等等。
初始化单元32，初始化闪存类型管理表以及数据备份管理表，闪存类型管理表记录了 MLC型存储区转换为SLC型存储区的转换信息，数据备份管理表记录了用于数据备份的物理页、所述物理页对应的逻辑地址、原始数据的物理地址以及备份状态信息。数据恢复以及备份单元33，根据异常中断信息判断上次掉电是否为意外掉电，若是则根据数据备份管理表进行数据恢复，否则获取最后一次写入的物理页，如果为该物理页为耦合页的低位页，那么把该页读出来放入缓存(即放入到SLC型存储区进行备份)为下次写操作做准备，否则不进行操作。根据本发明的一个实施例，固态硬盘主要包括主控制器30、自适应数据备份管理模块10、闪存类型转换管理模块40以及主通道闪存管理模块20。当固态硬盘上电时，主控制器30对整个系统进行初始化和上电数据恢复流程，即通过主通道闪存管理模块20对整个闪存阵列进行扫描，获取存储的管理信息。闪存类型转换管理模块40根据主控制器30中获得的管理信息，提取闪存类型转换管理的相关信息进行初始化管理表。自适应数据备份管理模块10根据主控制器30中获得的管理信息，初始化数据备份管理表，并且通过主通道闪存管理模块20读取最新的耦合页内的数据并且缓存起来。主控制器30根据管理信息判断是否上次掉电是否发生意外掉电，如发生意外掉电，则通过数据备份区将数据恢复出来。当固态硬盘开始工作吋，当数据读取吋，闪存类型转换管理模块40以及自适应数据备份管理模块10将不会进行相应工作。当数据写入吋，自适应数据备份管理模块10通过主通道闪存管理模块20提供的当前写入数据所对应的闪存阵列中的页号，查询自适应数据管理表，判断是否需要进行数据备份，其中查询自适应数据管理表，若当前写入数据所对应闪存阵列的页为低位页则需要进行将数据备份，若当前写入数据所对应闪存阵列的页为高位页则不需要进行数据备份；如果数据需要备份，则启动闪存类型管理模块40，对特定的区域的MLC类型的Nand Flash进行类型转换后，并根据自适应数据管理表的信息，给出对应的SLC型存储区后，通知主通道闪存管理模块20，将数据先写入该区域；主通道闪存管理模块完成该操作后，再将数据写入主通道数据区域中。当系统异常掉电吋，由于SLC型存储区不会发生耦合页的数据被破坏的问题。当掉电发生在写入SLC型存储区吋，主存储区域(MLC型存储区)还未发生写入，避免了主存储区发生耦合页的数据被破坏的问题。当掉电发生在写入主存储区域吋，虽然发生了耦合页的数据被破坏的情況，但是由于备份区的存在，可以恢复出被破坏的数据。本发明可以依据不同闪存的特征进行MLC转化SLC的管理工作，从而无需额外増加专门SLC型Nand Flash，减少设计和产品成本；利用SLC型Nand Flash写入速度快，非易失性，无耦合页问题的特性，作为高速缓存将MLC型Nand Flash的耦合页缓存起来，可以有效的恢复MLC型Nand Flash耦合页中被破坏的数据；同时，根据写人数据对应的MLC型闪存页的属性，通过独有的自适应算法来判断是否需要将该页的数据进行备份，从而有效减少写入放大的增加。如图3所示，本发明还提供一种固态硬盘掉电保护方法，其通过如图2所示的系统实现，该方法包括如下步骤步骤S301，固态硬盘写入数据时，进行自适应数据备份计算并判断是否进行数据备份。本步骤通过自适应数据备份管理模块10实现。本步骤具体为获取当前写入数据所对应的闪存阵列中的页号，并查询自适应数据管理表，若所述当前写入数据所对应闪存阵列的页为低位页则需要进行将数据备份，若所述当前写入数据所对应闪存阵列的页为高位页则不需要进行数据备份；所述自适应数据管理表记录了逻辑地址到物理地址的映射关承。步骤S302，若需要进行备份，则将数据备份到由MLC型存储区转换的SLC型存储区后再写入MLC型存储区，否则直接将数据写入MLC型存储区。本步骤通过主通道闪存管理模块20实现。步骤S303，固态硬盘上电时，根据数据备份信息进行数据恢复。本步骤通过主控制模块30实现。优选的是，在步骤S302中，将数据备份到SLC型存储区之前还包括将特定MLC型存储区转换SLC型存储区，根据自适应数据管理表进行映射计算获得SLC型存储区的物理地址。优选的是，步骤S303具体包括扫描闪存阵列，获取闪存类型转换管理信息、数据备份信息以及异常中断信息；初始化闪存类型管理表以及数据备份管理表，所述闪存类型管理表记录了 MLC型存储区转换为SLC型存储区的转换信息，所述数据备份管理表记录了用于数据备份的物理页、所述物理页对应的逻辑地址、原始数据的物理地址以及备份状态信息；根据所述异常中断信息判断上次掉电是否为意外掉电，若是则根据所述数据备份管理表进行数据恢复，否则根据最后一次数据写入情况决定是否读取其中耦合页进行缓存。根据最后一次数据写入情况决定是否读取其中耦合页进行缓存具体为获取最后一次写入的物理页，如果为该物理页为耦合页的低位页，那么把该页读出来放入缓存，否则不进行操作。图4是本发明一种实施例的固态硬盘上电及运行流程图，其包括如下步骤步骤S401，上电初始化，扫描闪存阵列。步骤S402，获取闪存类型管理表。步骤S403，获取数据备份管理表。步骤S404，从备份区恢复被破坏数据。在本步骤中，上次掉电没有数据被破坏的情况，则根据最后一次写入情況，决定是否读取其中耦合页的数据作为下次写备份准备。步骤S405，等待数据写入。步骤S406，判断是否需要备份，若需要备份则进入步骤S407，否则进入步骤S410。 当数据写入时候，固态硬盘进行自适应计算，计算出是否需要进行数据备份。步骤S407，启动闪存类型转换；步骤S408，获取备份区物理地址；步骤S409，写入备份数据；步骤S410，将数据写入主存储区，并回到步骤S405。本发明还提供一种固态硬盘，固态硬盘包括固态硬盘掉电保护系统100，固态硬盘掉电保护系统100的具体结构已在前文做详细描述，故在此不再赘述。综上所述，本发明通过在固态硬盘写入数据时，进行自适应数据备份计算并判断是否进行数据备份，若需要进行备份，则将数据备份到SLC型存储区后再写入MLC型存储区，否则直接将数据写入MLC型存储区，等到下次固态硬盘上电时，根据数据备份信息进行数据恢复。本发明通过将备份数据存储到由MLC存储区转换来的SLC型存储区，从而无需额外的SLC型Nand Flash存储器；通过“自适应数据备份技木”管理相应的逻辑地址到物理地址的映射表，记录备份数据的物理地址，同时通过自适应数据备份计算将耦合页中的低位页进行备份，在固态硬盘下次上电时，将丢失数据通过备份信息恢复出来，避免Nand Flash 中耦合页的数据被破坏。借此，本发明能够在不増加硬件设计成本和复杂度的基础上，通过自适应备份技术解决因异常掉电导致Nand Flash中耦合页的数据被破坏的问题。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种固态硬盘掉电保护方法，其特征在干，所述方法包括如下步骤固态硬盘写入数据时，进行自适应数据备份计算并判断是否进行数据备份； 若需要进行备份，则将数据备份到由MLC型存储区转换的SLC型存储区后再写入MLC 型存储区，否则直接将数据写入MLC型存储区；固态硬盘上电时，根据数据备份信息进行数据恢复。
2.根据权利要求1所述的固态硬盘掉电保护方法，其特征在干，所述进行自适应数据备份计算并判断是否进行数据备份具体为获取当前写入数据所对应的闪存阵列中的页号，并查询自适应数据管理表，若所述当前写入数据所对应闪存阵列的页为低位页则需要进行将数据备份，若所述当前写入数据所对应闪存阵列的页为高位页则不需要进行数据备份；所述自适应数据管理表记录了逻辑地址到物理地址的映射关系。
3.根据权利要求2所述的固态硬盘掉电保护方法，其特征在于，将数据备份到由MLC型存储区转换的SLC型存储区之前还包括根据闪存转换命令将MLC型存储区转换SLC型存储区，根据自适应数据管理表进行映射计算获得SLC型存储区的物理地址。
4.根据权利要求2所述的固态硬盘掉电保护方法，其特征在干，所述根据数据备份管理表进行数据恢复包括扫描闪存阵列，获取闪存类型转换管理信息、数据备份信息以及异常中断信息； 初始化闪存类型管理表以及数据备份管理表，所述闪存类型管理表记录了 MLC型存储区转换为SLC型存储区的转换信息，所述数据备份管理表记录了用于数据备份的物理页、 所述物理页对应的逻辑地址、原始数据的物理地址以及备份状态信息；根据所述异常中断信息判断上次掉电是否为意外掉电，若是则根据所述数据备份管理表进行数据恢复，否则根据最后一次数据写入情况决定是否读取其中耦合页进行缓存。
5.根据权利要求1所述的固态硬盘掉电保护方法，其特征在干，根据最后一次数据写入情况决定是否读取其中耦合页进行缓存具体为获取最后一次写入的物理页，如果为该物理页为耦合页的低位页，那么把该页读出来放入缓存，否则不进行操作。
6.一种固态硬盘掉电保护系统，其特征在干，所述系统包括自适应数据备份管理模块，用于当固态硬盘写入数据时，进行自适应数据备份计算并判断是否进行数据备份；主通道闪存管理模块，用于需要进行备份时将数据备份到由MLC型存储区转换的SLC 型存储区后再写入MLC型存储区，或者直接将数据写入MLC型存储区；主控制器，用于固态硬盘上电吋，根据数据备份管理信息进行数据恢复。
7.根据权利要求6所述的固态硬盘掉电保护系统，其特征在于，所述自适应数据备份管理模块获取进行自适应数据备份计算并判断是否进行数据备份具体为获取当前写入数据所对应的闪存阵列中的页号，查询自适应数据管理表，若所述当前写入数据所对应闪存阵列的页为低位页则需要进行将数据备份，若所述当前写入数据所对应闪存阵列的页为高位页则不需要进行数据备份；所述自适应数据管理表记录了逻辑地址到物理地址的映射关系。
8.根据权利要求7所述的固态硬盘掉电保护系统，其特征在干，所述固态硬盘掉电保护系统还包括闪存类型转换管理模块，用于根据闪存转换命令将MLC型存储区转换SLC型存储区，根据自适应数据管理表进行映射计算获得SLC型存储区的物理地址。
9.根据权利要求6所述的固态硬盘掉电保护系统，其特征在干，所述主控制器包括 获取单元，用于扫描闪存阵列，获取闪存类型转换管理信息、数据备份信息以及异常中断信息；初始化单元，初始化闪存类型管理表以及数据备份管理表，所述闪存类型管理表记录了 MLC型存储区转换为SLC型存储区的转换信息，所述数据备份管理表记录了用于数据备份的物理页、所述物理页对应的逻辑地址、原始数据的物理地址以及备份状态信息；数据恢复以及备份单元，根据所述异常中断信息判断上次掉电是否为意外掉电，若是则根据所述数据备份管理表进行数据恢复，否则获取最后一次写入的物理页，如果为该物理页为耦合页的低位页，那么把该页读出来放入缓存，否则不进行操作。
10.ー种包括如权利要求6 9任一项所述的系统的固态硬盘。
全文摘要
本发明适用于固态硬盘及信息存储领域，提供了一种固态硬盘及其掉电保护方法、系统，所述方法包括固态硬盘写入数据时，进行自适应数据备份计算并判断是否进行数据备份；若需要进行备份，则将数据备份到由MLC型存储区转换的SLC型存储区后再写入MLC型存储区，否则直接将数据写入MLC型存储区；固态硬盘上电时，根据数据备份信息进行数据恢复。借此，本发明能够在不增加硬件设计成本和复杂度的基础上，通过自适应备份技术解决因异常掉电导致Nand Flash中耦合页的数据被破坏的问题。
文档编号G06F11/14GK102591748SQ20111045223
公开日2012年7月18日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者方浩俊 申请人:记忆科技(深圳)有限公司