[发明专利]用于数据存储系统中增强的控制器架构的系统和方法

说明书

技术领域

本公开涉及包括但不限于闪存驱动器的非易失性存储系统。尤其是，本公开涉及用于固态驱动器中增强的控制器架构的系统和方法。

背景技术

存在用于控制闪存介质的各种控制器架构。开放式NAND闪存接口（ONFI）是规定快闪存储器制造商应当支持的某些公共命令集的标准接口。ONFI支持某些低级别的、基本的I/O操作，这些操作能够包括，例如页写入/读取和块擦除。不过，有效的闪存介质管理常常涉及例如逻辑-物理映射、垃圾回收和损耗均衡的高级别且可能处理密集的若干功能。这些功能超出ONFI的范围，因此，有效的控制器架构在给主机提供高水平数据吞吐性能的时候，需要处理这些需求。

发明内容

附图说明

现参考下列绘图具体描述体现本发明各种特征的系统和方法，其中：

图1A-1C示出几个固态驱动器（SSD）控制器架构。

图1D是示出根据一个实施例的控制器架构的框图。

图2A和2B是示出根据某些实施例的控制器架构的框图。

图3是示出根据一个实施例的、在控制器与桥装置之间的命令处理组件的框图。

图4是示出根据一个实施例的数据处理序列的流程图。

图5示出示例数据端口以及每个端口如何与不同命令标签相对应。

图6示出示例无序命令以及它们正在访问的闪存管芯。

具体实施方式

虽然描述了本发明某些实施例，但是仅仅呈现这些实施例作为例子，不是为了限制本发明的范围。实际上，本文描述的新颖方法和系统可以以各种其他形式体现出来。而且，可以对本文描述的方法和系统做出各种删减、替换和改变，而不脱离本发明的精神。

I．控制器/桥设计

图1A-1C示出若干SSD控制器架构。图1A示出包括ONFI（开放式NAND闪存接口）接口的SSD控制器。ONFI接口是提供基本命令支持，以使例如主机控制器的外部组件能够控制NAND中的操作的低级别并行I/O接口。图1A示出典型装备，其中例如计算机的主机装置包括SSD控制器，SSD控制器又包括用于控制支持ONFI的非易失性存储器（NVM）单元的ONFI接口。ONFI接口提供对操作的某个基本控制级别，例如页编程、页读取、块擦除等。ONFI的现行版本支持每管芯和平面一个命令，并且通过例如“读取多个”和“写入多个”命令的命令提供某些基本队列能力。不过，这可能没有不同命令类型的混合。此外，命令是被批处理的，这意味着必须在接受更多命令前，完全清除队列。这种方式的SSD控制器会执行高级别NVM管理功能，例如垃圾回收、损耗均衡、映射等。

图1B示出替代途径，其中NVM与执行NAND某级别的基本通道管理和信号处理的桥控制器/装置耦合。桥可以给SSD控制器提供ONFI或ONFI等价的接口。不过，这个接口可以从标准ONFI接口修改而来，并且可以支持例如支持多命令的附加功能。在这样的设计中，SSD控制器仍然可以执行例如垃圾回收的高级别NAND管理功能，并且通过ONFI或ONFI等价的接口与桥通信。

图1C示出NVM与存储系统中的桥耦合的第三种途径。在这个途径中，桥执行例如垃圾回收、损耗均衡和映射的高级别NVM管理功能，以及例如通道管理和信号处理的低级别功能。存储系统通过例如eMMC或UFS的高级别I/O接口与主机装置耦合。这是在很多存储卡产品中可见的常用设计。主机利用逻辑寻址给存储系统发送命令（例如读取和写入命令）。可支持例如高级命令排队、健康报告和详细错误报告的特征。

II系统概述

图1D是示出根据本发明某些实施例的控制器设计架构的框图。图1D示出执行例如垃圾回收、损耗均衡等高级别NVM管理功能的SSD控制器。在一个实施例中，SSD控制器通过例如PCIe和eMMC的高级别、高速接口与NVM存储系统耦合。代替PCIe或eMMC，可以扩展其他标准和/或专有接口用作这个总线接口。一个实施例中的NVM存储系统包括通过高级别、高速接口与SSD控制器通信并且以例如ONFI的低级别接口控制NAND存储器的桥。如图所示，可以通过高级别接口支持例如高级命令排队、健康报告以及详细错误报告的附加特征。