[发明专利]一种基于数据交换区的NAND Flash闪存优化管理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种闪存的内部数据管理方法，尤其涉及的是一种基于数据交换区的NAND Flash闪存优化管理方法。

背景技术

现有技术中的闪存已经广泛应用于移动存储装置中，如U盘，SD卡，SSD固态硬盘；NOR和NAND Flash闪存是现在市场上两种主要的非易失闪存技术。Intel于1988年首先开发出NOR Flash技术，彻底改变了原先由EPROM和EEPROM一统天下的局面。1989年，东芝公司发表了NANDFlash结构，强调降低每比特的成本，更高的性能，并且象磁盘一样可以通过接口轻松升级。由于大多数情况下闪存只是用来存储少量的代码，这时NOR Flash闪存更适合一些，而NAND Flash闪存则是大容量数据存储的理想解决方案，因此很多硬件工程师常不能分辨两者之间的根本区别。

NOR Flash的特点是芯片内执行(XIP，eXecute In Place)，这样应用程序可以直接在Flash闪存内运行，不必再把代码读到系统RAM中。NOR Flash的传输效率很高，在1～4MB的小容量时具有很高的成本效益，但是很低的写入和擦除速度大大影响了它的性能。NAND Flash结构能提供极高的单元密度，并且写入和擦除的速度也很快，但应用NAND Flash的困难在于闪存内部的操作与管理并需要特殊的系统接口。

NAND Flash闪存是非易失存储器，可以对称为BLOCK块的存储器单元块进行擦写和再编程。任何NAND Flash器件的写入操作只能在空或已擦除的单元内进行，所以大多数情况下，在进行写入操作之前必须先执行擦 除的操作。

如图1所示，为现有技术的数据写入操作过程，假如块120和块130都为闪存中的一个标准大小的BLOCK块(块的定义可以参见图3)，其中BLOCK 120为已有数据存放区域，BLOCK 130为一个空置的区域，现要将数据块110(大小应该是小于或等于一个BLOCK)写入到BLOCK 120中的逻辑A地址区域(就是数据块110的大小)，在现有技术的NAND Flash闪存芯片中，在A区域的起始逻辑地址写入数据时，其操作过程包括：

A0、找到一个新的空置的BLOCK 130，将BLOCK 120的A区域以外的数据拷贝到BLOCK 130中相应位置；

B0、将要写入的数据块110直接写到BLOCK130的A区域。

以上步骤也可以先执行步骤B0，后执行步骤A0。也可以部分执行步骤A0，然后执行步骤B0，再执行步骤A0剩下的步骤。

在A0的步骤中，即先拷贝BLOCK 120的B区域到BLOCK 130的B区域，再拷贝BLOCK 120的C区域到BLOCK 130的C区域。

随着NAND闪存供应商采用越来越小的工艺尺寸，一些较小尺寸的SLC NAND闪存的可擦除次数则从10万次降低到了5万次，MLC NAND闪存的可擦除次数从1万次下降到5千次(某些情况下甚至降低到3千次)。

目前基于NAND Flash的文件系统中要写入一段数据时，首先要频繁的修改它的系统文件。例如普遍使用的FAT文件系统要写入一个文件，必须要先修改FAT表，FDT表，最后才是数据。事实上FAT表修改只是一个扇区，而FDT表也只是修改8个扇区，而且是连续修改几次后才写入真实数据，由于NAND Flash的特性，不能对同一页进行重复编程，必须整块先擦除后再编程(编程即数据写入)。但是在擦除一个BLOCK块时，必须先把块上的其他数据保存到新的(空置块)地址。

拷贝一个文件操作命令的数据流程如下代码所示：

CDB  2a 00 00 00-00 20 00 00-01 00    FAT    71us

CDB  2a 00 00 00-02 20 00 00-08 00    FDT    78us

CDB  2a 00 00 00-02 20 00 00-08 00    FDT    110us

CDB  2a 00 00 00-00 26 00 00-01 00    FAT    39us

CDB  2a 00 00 00-01 23 00 00-01 00    FAT    76us