[发明专利]四池闪存磨损均衡方法

说明书

技术领域

本发明是关于存储管理所提出的改进，具体是涉及与非闪存（NAND Flash，即与非快闪存储器，简称与非闪存）磨损均衡方法。

背景技术

随着数码技术的迅猛发展，应用于数码设备且具有非易失性、编程速度快、擦出时间段、省电且体积小特点的与非闪存得到了广泛的应用。

公知的，与非闪存的读(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）。这里主要涉及磨损均衡方法。

国内外有很多关于磨损均衡算法的研究被提出，例如链表闪存磨损均衡方法，在静态文件与擦除次数最多的块之间进行文件搬移，在这样的过程中必然会增加块的擦写次数；且在给各块擦写次数排序的过程中，增加了内存的开销，进而影响了闪存的写入速度。

两池闪存磨损均衡方法是把闪存存储数据分成热数据池和冷数据池，该方法在两池数据转换过程中会增加了闪存块的擦写次数，并且不能及时的处理坏块，同时垃圾回收机制也不太好，缺少灵活性。

三池闪存磨损均衡法将闪存的物理块分成冷数据池、普通数据池和热数据池；并对静态均衡部分进行了改进，降低了额外的磨损，而且提高了闪存总体的执行效率和速度。

中国CN101266573B提出了一种允许覆盖的闪存均衡磨损循环队列方法，在这样的方法中涉及一个记录点或称之为写指针和一个读点或者称之为读指针，通过对记录点和读点的处理，实现对闪存数据的均匀处理，达到均衡磨损的目的，同时在空间不够时对最早的数据进行覆盖。这种循环队列方式使用起来非常简单，但显然的一点这种存储管理方式可能会导致比较重要的数据的丢失。另一方面，为了避免较少使用数据的丢失，又不得不附加其他的管理策略，看似简单的实现方式，在要求相对较高的条件下，管理方法实现起来反而很困难。

一种闪存的磨损平衡方法公开在中国CN102081576A发明专利申请公开中，其说明书第0003段对所述两池闪存磨损均衡方法中关于冷、热数据对与非闪存使用寿命的影响的机理进行了系统说明，其中的Hot pool（热池）和Cold pool（冷池）即为存储管理中的两池。基于两池磨损均衡方法的缺陷，该CN102081576A提出了通过精确定义冷热数据和闪存特别是大容量闪存产生的可扩展性问题。所提出的方案中是在两池磨损方法的基础上，维持一个已擦除次数统计表（Erase Count Table），对被分类的冷池和热池进行了更具体的区分，在每个池中又分成了若干个存储子区域，在存储子区域间通过令牌方式实现磨损均衡。在所提供的方案中系统通过已擦除次数统计表来查看每个物理快的磨损情况，为每一个存储子区域维持热数据队列，冷数据队列，空闲块队列和垃圾块队列，具备四池磨损均衡机制的雏形。但其存储区域的分配方式相对零散，管理开销大。另外，该方案存储管理的依据仅限于单纯的对磨损均衡的考量，没有考虑影响数据存储稳定性的数据出错概率。

另外，与非闪存厂商在与非闪存的生产制造过程中会专门分配一个备用池（一个存储区域，Spare area）来标识坏块，出于制造成本的考虑，坏块在与非闪存出厂前就已经部分（小于与非闪存总容量的2%）存在，该部分用户不可见，可以不考虑。不过需要进行磨损均衡的与非闪存存储区域是使用过程中出现的坏块，已擦出此处统计表在与非闪存中都已存在，同时也都会存在一个坏块列表，CN102081576A所提到的坏快池已经存在，坏块列表用于追踪记录那些在使用中发现的坏块。

发明内容

如果与非闪存的物理存储单元块中的错误位数超过了纠错码设定的最大纠错位数，纠错码是纠不出错误的，所以此块存储数据不可信，此块就不可用了；显然，若不考虑在闪存控制芯片中纠错码纠不出来码字的情况，只根据擦写次数来判定磨损阈值是有瑕疵的。

另外，需要注意，由于与非闪存当前存在三种类型，不同类型的与非闪存可擦写次数和出错概率不一致，尤其是某些类型的与非闪存寿命比较短，也容易出错。