[发明专利]一种采用数据区域切换指针缓冲硬盘驱动器的闪存卡

说明书

技术领域

本发明涉及一种硬盘非易失性缓存，具体来说是指一种使用闪存前台和后台数据区域技术的闪存(flash-memory)缓存控制器。

背景技术

硬盘目前被普遍应用于个人电脑、服务器、视频录像机和许多其他种类的用于大容量存储的电子设备。大容量存储通常用来存储大量的数据，通常被复制到更快的如动态随机存取存储器(DRAM)的随机存取存储器(RAM)来供处理器使用。由于处理器的DRAM是可任意读取的，而大容量存储设备是按照块读取的，因此需要从大容量存储设备中读取或写入的数据必须是一整块的，而RAM则允许读取和写入单独的字节或者4～8字节的字，而大容量存储设备则需要一个扇区或512字节甚至更多一起被读取或写入。

当大容量存储设备被使用时，由于存取的扇区查询时间由磁盘的盘片物理转速决定，而不是电子的移动速度，所以它们的速度比起处理器主要的DRAM的速度慢得多。此外扇区中的大量数据也会导致存取的延时。一个大容量存储设备如硬盘可以使用缓存来改善性能。一个DRAM或静态随机存取储存器(SRAM)可以存储即将被写入硬盘中的数据，最近存取的数据可以被存储于RAM缓存中，允许RAM缓存而不是更慢的硬盘提供读取。

闪存(Flash Memory)也可以代替硬盘用于大容量存储设备。闪存阵列也是按块访问的，但是比起诸如硬盘之类的转动介质来说具有更快的存取速度。尽管如此，由于闪存芯片也是按照块编址而不是任意读取的，所以若像DRAM/RAM一样用来作缓存并不容易。

由于在数据被复制回硬盘之前可能断电，而缓存无效后缓存的数据将被丢失或破坏，所以在忽然断电的情况下，DRAM和SRAM可以使用备用电池来提供足够的能源完成写回数据的过程。这样闪存或其他非易失性存储器就可以被用来完成数据缓存的功能。

这就需要一种使用闪存作为缓存存储的硬盘或其它转动大容量存储设备用的缓存，从而需要一种硬盘或其它转动大容量存储设备缓存数据用的闪存缓存控制器，进而需要一种分配闪存块到前台和后台区域的缓存技术。

发明内容

本发明提供了一种采用存储于RAM查询表的数据区域切换指针缓冲硬盘驱动器的闪存卡。

一种闪存缓存子系统(flash-memory cache sub-system)，包括：

一个由物理块地址(physical-block address，简称PBA))识别的闪存物理块闪存阵列，每个物理块包含多个页，每个页包含一个在物理块擦除前仅可写入一次任意数据的数据扇区；其中，数据扇区为块寻址而不是随机寻址，数据扇区中所有字节不能单独地以字节存取而必须以块为单位一起被存取；

第一数据区域，由闪存阵列中闪存第一物理块构成；

第二数据区域，由闪存阵列中闪存第二物理块构成；

其中，第一物理块和第二物理块中的每个页将来自主机的主机数据和逻辑扇区地址(logical-sector address，简称LSA))存储于该页的数据扇区，这个来自主机的逻辑扇区地址是主机数据的主机地址；

切换装置(toggle means)，当主机数据需被存储到一个已满无空页的物理块时被激活，用于通过从第一个已满物理块写数据扇区到外部大容量存储设备并擦除该块，将第一个已满物理块切换到后台区域，并选择空的第二个物理块来接收主机数据；

同时，也用于通过从第二个已满物理块写数据扇区到外部大容量存储设备并擦除该块，将第二个已满物理块切换到后台区域，并选择一空的第一个物理块来接收主机数据。

所述的闪存缓存子系统还包括：

一易失性查询表(volatile lookup table)，带有M个入口，其中，M个入口的每个入口可以存储一个映射到第一物理块或第二物理块的物理块地址；

一模发生器(modulo generator)，接收来自主机的逻辑扇区地址，用于对逻辑扇区地址进行模M的操作产生一个可确定易失性查询表中被选入口的余数，被选入口用于存储一个物理块地址映射(mapping)，该映射代表一个用于存储通过逻辑扇区地址识别的主机数据的物理块地址；

其中，切换装置还用于，在易失性查询表的被选入口中，使用第二物理块的物理块地址映射替换第一物理块的物理块地址映射；和，

在易失性查询表的被选入口中，使用第一物理块的物理块地址映射替换第二物理块的物理块地址映射；