专利名称：辅助上位机检索页映射单元块中空闲块的装置的制作方法
技术领域：
本发明属于闪存(FlashMemory,简称 Flash,全称 Flash EEPROM Memory)数据存储与管理技术领域。
背景技术：
Flash的读(Read)、写(Program)和擦除(Erase)操作中读和写的基本单位是页， 擦除的基本单位是块。对flash的写操作只能在尚未写入的空闲页上进行，并且只能按照从低地址页到高地址页顺序写。如果想要修改某个已经写过的页，只能先擦除整个物理块， 然后再写入。然而Flash的物理特征决定了它的可擦写次数是有限的，当前技术条件下块的擦除次数多在10万次到100万次之间，只要有一个块的擦除次数达到了上限，数据存储就变得不可靠，会影响整个闪存的读写效率和性能。为延长flash的使用寿命目前我们主要采用两者策略，一种是应尽量减少对块的擦除次数，即当整个块中的页都被标记为空闲页时再擦除。另一种策略是采用高效的磨损均衡处理(wear-levling)。这里主要涉及减少对块的擦除次数的策略。基于Flash的上述特点，需要进一步了解逻辑物理地址映射策略，地址映射包括块映射和页映射，以及以这两种地址映射为基础的混合映射策略。页映射单元块是特指 flash中用于使用页映射进行组织的块。因Flash中块数量固定，块映射可以使用SRAM
(Static Random Access Memory,静态随机存储器)实现--对应的逻辑物理地址映射。而
针对于页映射，因每个块中包含许多页，从而，若对每个块都进行固定的一一对应的页映射则需要占用大量内存。在减少擦除块的条件下，能够为系统所使用是非空闲块，因此，只需要将非空闲的块的页映射保存在内存中即可。类似于windows的碎片整理，空闲块的页映射区域可以作为新的块映射地址用，这样可以保证在宝贵的SRAM存储空间当中动态随机实现非空块的页映射。当前Flash的存储管理主要集中在文件系统的应用中，对空闲块的管理采用软件形式。通常的做法是在Flash上建立闪存物理特性开发的文件系统，让该文件系统通过硬件驱动程序直接管理Flash上的数据。据以产生存储管理手段都是采用日志记录的方法来管理闪存设备。其工作原理是党项闪存写入新数据时，系统并不立即将原来的数据直接就擦除，而是写入闪存的空闲块中生成新的数据节点，并且每次写入的操作都将进入日志，原有的数据节点变成过时的或者无效的，此方法被称为非本地更新。影响其效率的因素之一是空闲块的查找和管理，日志记录提高闪存文件系统健壮性的同时，上位机通过按位运算进行多次的循环比较获取空闲块。该工作需要耗费大量的时钟周期，导致整体擦写时间延长。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种辅助上位机检索页映射单元块中空闲块的基于硬件实现的装置，使得对空闲块的管理效率大大提高。为了解决上述问题，所采用的技术方案为
一种辅助上位机检索页映射单元块中空闲块的装置，包括
寄存器组，用于存放页映射单元块空闲标志位；
检索器，为总线设备，连接所述寄存器组，依据空闲标志位检索空闲块。依据本发明的辅助上位机检索页映射单元块中空闲块的装置通过硬件方式实现对页映射单元块中空闲块进行管理，使用寄存器存放页映射单元块的状态，然后通过检索器检索该状态，如I为非空闲，0表示空闲，则检索时检索到第一个0值即结束，保存在0值对应的页映射空闲块地址。较之软件方式实现的或者说文件系统中实现的检索方式速度大约有几十倍的提升，使得对空闲块的管理效率有大幅提升。另一方面，关于成本控制，由于Flash中页映射单元块的数量并不多，只需要消耗极少的寄存器，对芯片面积几乎不构成影响，成本增加极其有限，综合速度的提升，使用成本大幅下降。上述辅助上位机检索页映射单元块中空闲块的装置，所述检索器包括
数据读取单元，连接所述寄存器组，取出所述空闲标志位；
比较器，连接所述数据读取单元，用于生成空闲标志位的状态；
状态机，连接所述数据读取单元，在比较器检得一页映射单元块为空闲块时，状态机保存该空闲块地址；
AHB设备接口，用于检索器挂到AHB总线上；以及
控制寄存器，连接所述AHB设备接口及所述状态机，用于配置检索器且控制状态机内寄存信息的传输。上述辅助上位机检索页映射单元块中空闲块的装置，所述检索器还包括一计数单元，连接所述比较器，以对比较器检得非空状态的寄存器数目进行累加；且该计数单元还连接所述控制寄存器。上述辅助上位机检索页映射单元块中空闲块的装置，所述寄存器组按照上位机位宽分组，并行连接所述检索器。上述辅助上位机检索页映射单元块中空闲块的装置，所述寄存器组包含5X上位机位宽个寄存器。
图I为依据本发明的一种辅助上位机检索页映射单元块中空闲块的装置的结构原理框图。
具体实施例方式参照说明书附图1，图中右边为寄存器组，用于存放页映射单元块的空闲标志位， 占用一位，因此，电路实现方面比较简单。假设某页映射单元块k目前为空闲，则与其对应的寄存器k置0 ;若某页映射单元块m目前为非空闲，则对应的寄存器m置I。那么，参见图1，一种辅助上位机检索页映射单元块中空闲块的装置，包括
寄存器组，用于存放页映射单元块空闲标志位；检索器，为总线设备，连接所述寄存器组，依据空闲标志位检索空闲块。关于检索器，由于目标物是位，只需要读出位的状态(0或者1)，判断该状态就可以知道页映射单元块的空闲与否，因此，对检索器来讲，由于逻辑非常简单，电路消耗也比较小。另一方面，检索命中所消耗的时间跟电路的复杂程度也有关系，显见，依据上述结构，其检索效率远高于软件实现的检索。一种较佳的结构是，所述检索器包括
数据读取单元，连接所述寄存器组，取出所述空闲标志位；读寄存器电路是计算机电路中的基本电路，尤其是对位的读取，实现较为容易；
比较器，连接所述数据读取单元，用于生成空闲标志位的状态，如I或0，可以考虑后续连接的电路；
状态机，连接所述数据读取单元，在比较器检得一页映射单元块为空闲块时，状态机保存该空闲块地址，供上位机提取；
AHB设备接口，用于检索器挂到AHB总线上；以及
控制寄存器，连接所述AHB设备接口及所述状态机，用于配置检索器且控制状态机内寄存信息的传输。那么依据上述结构，若需输出的是1，表示空闲，或者说高电平，一个简单的与非门就可以实现。由于有时需要知道各页映射单元块是否都已经写有数据，以进行其他的操作，为此，所述检索器还包括一计数单元，图中非空闲块求和，指的是非空闲块个数累计数；该计数单元或者说计数器连接所述比较器，以对比较器检得非空状态的寄存器数目进行累加； 且该计数单元还连接所述控制寄存器，以供上位机读取。进一步地，所述寄存器组按照上位机位宽分组，并行连接所述检索器，以提高检索的效率。较佳地，所述寄存器组包含5X上位机位宽个寄存器，电路消耗比较小的情况下， 满足当前Flash的高速页映射单元块检索的需要。参见说明书附图I的结构，为上位机提供非空块的步骤如下
I.将页映射单元块(T159的值(标志位)求出，写入其对应的(T159个寄存器。2.对所有寄存器按0 31，32 63，64 95，96 127，128 159分五组，求出每组寄存器中寄存器值为I (依据前述定义，表示为对应的页映射单元块为非空闲)的寄存器个数， 即对每组寄存器中存放值为I的所有寄存器值累加求和。3.将上述五个和值送入检索器求和得到非空块的总数。也可以直接遍历整个寄存器组，直接通过计数器累加获得非空块的总数。参见说明书附图I的结构，提供空闲块映射地址的步骤如下
I.将页映射单元块(T159的值(标志位)求出，写入其对应的(T159个寄存器。2.对所有寄存器按0 31，32 63，64 95，96 127，128 159分五组，将五组寄存器顺序并行送入检索器。3.检索器检索到第一个0值即结束，保存该0值对应的页映射单元块的地址。具体过程是首先比较(T31这第一组寄存器值，若检测到0则停止，将该地址保存，检索结束。否则检测32飞3这组寄存器值，检测到0即停止，保存该地址。否则继续检索直至第一次检索到0值，然后保存该0值对应的页映射单元块的地址。上述寄存器的分组方式是面向32位架构的上位机而设定。
权利要求
1.一种辅助上位机检索页映射单元块中空闲块的装置，其特征在于，包括寄存器组，用于存放页映射单元块空闲标志位；检索器，为总线设备，连接所述寄存器组，依据空闲标志位检索空闲块。
2.根据权利要求I所述的辅助上位机检索页映射单元块中空闲块的装置，其特征在于，所述检索器包括数据读取单元，连接所述寄存器组，取出所述空闲标志位；比较器，连接所述数据读取单元，用于生成空闲标志位的状态；状态机，连接所述数据读取单元，在比较器检得一页映射单元块为空闲块时，状态机保存该空闲块地址；AHB设备接口，用于检索器挂到AHB总线上；以及控制寄存器，连接所述AHB设备接口及所述状态机，用于配置检索器且控制状态机内寄存信息的传输。
3.根据权利要求2所述的辅助上位机检索页映射单元块中空闲块的装置，其特征在于，所述检索器还包括一计数单元，连接所述比较器，以对比较器检得非空状态的寄存器数目进行累加；且该计数单元还连接所述控制寄存器。
4.根据权利要求I至3任一所述的辅助上位机检索页映射单元块中空闲块的装置，其特征在于，所述寄存器组按照上位机位宽分组，并行连接所述检索器。
5.根据权利要求4所述的辅助上位机检索页映射单元块中空闲块的装置，其特征在于，所述寄存器组包含5X上位机位宽个寄存器。
全文摘要
本发明公开了一种辅助上位机检索页映射单元块中空闲块的装置，包括寄存器组，用于存放页映射单元块空闲标志位；检索器，为总线设备，连接所述寄存器组，依据空闲标志位检索空闲块。依据本发明的辅助上位机检索页映射单元块中空闲块的装置通过硬件方式实现对页映射单元块中空闲块进行管理，较之软件方式实现的或者说文件系统中实现的检索方式速度大约有几十倍的提升，使得对空闲块的管理效率有大幅提升。
文档编号G06F12/02GK102591793SQ20121003083
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月13日 优先权日2012年2月13日
发明者张洪柳, 李峰, 陆崇心 申请人:山东华芯半导体有限公司