[发明专利]一种闪存存储器的混合映射方法

说明书

技术领域

本发明属于固态存储领域，具体涉及一种固态存储设备(闪存)的混合映射方法。

背景技术

闪存是一种具有高密度，大容量，非易失性等特点的新型存储介质，与磁介质相比，它具有较低的读写延时和较低的能耗，越来越广泛的应用于各种领域。

闪存分为或非(NOR)型和与非(NAND)型两种。1988年英特尔公司开发出或非型闪存，1989年，东芝公司开发出与非型闪存。

本发明适用于与非型闪存，如无特别说明，本发明所述闪存均指与非型闪存。

闪存存储器是使用闪存芯片作为主要存储介质的存储器，其结构如图1所示，闪存存储器包括固态盘控制器、片上内存和多个闪存芯片。固态盘控制器负责管理和控制整个固态盘的运行，其中包括微处理器、主机接口控制器、片上内存控制器及多个相互独立的通道控制器；微处理器是闪存存储器的计算和处理单元，负责管理各部件的运行；主机接口控制器负责与主机进行通信；片上内存控制器用于控制片上内存的读写；在一个闪存存储器中，可以有多个通道(2^N个)，通道与通道之间相互独立，每个通道下连接着若干个(2^M个)闪存芯片，并由一个通道控制器进行控制。

闪存芯片的内部结构如图2所示，一个闪存芯片包含多个晶圆(die)，每个存晶圆包含多个(通常为2个)分组(plane)，每个分组包含多个物理块(block)，每个物理块包含多个页(page)。闪存介质必须先擦除后写入，页是闪存芯片中读操作和写操作的基本单位，物理块是闪存芯片中擦除操作的基本单位。在闪存中读操作可以任意读取任何一页的内容，但是对某一物理块中包含的页的写操作必须从其第一页开始顺序进行。例如，在图1中，如果闪存中晶圆0，分组0，物理块0中的页5已经被写入，则在擦除物理块0之前，其内部的页0～页4都不能被写入了。

为了方便描述本发明，作如下约定：

闪存存储器中的通道数为2^N，每个通道下包含的闪存芯片数为2^M，每个闪存芯片包含的晶圆数为2^P，每个晶圆包含的分组数为2^Q，每个分组下包含的物理块个数为2^R，每个物理块下包含的物理页个数为2^S。其中，N、P、Q、R、S均为非负的整数，且S＞N+P+Q；M为正整数。

2011年在会议Proceedings of the international conference on Supercomputing上公开的论文“Performance Impact and Interplay of SSD Parallelism through Advanced Commands,Allocation Strategy and Data Granularity”提出：在操作闪存存储器时，可以利用闪存存储器的结构特点并行地对闪存进行读写操作。闪存存储器可以开发四个层次的并行性：通道并行性，相同通道不同闪存芯片间的并行性，相同闪存芯片不同晶圆间的并行性，相同晶圆不同分组间的并行性。开发通道并行性要求操作对象处于不同的通道中，开发相同通道不同闪存芯片间的并行性要求操作对象处于同一通道中的不同闪存芯片中，开发相同闪存芯片不同晶圆间的并行性要求操作对象处于同一闪存芯片中的不同晶圆之中，开发相同晶圆不同分组间的并行性要求操作对象处于同一晶圆中的不同分组中，且在分组中的页号相等。

现代闪存芯片支持通过两种方式开发其内部并行性：晶圆间并行和分组间并行。晶圆间并行允许并行地操作同一闪存芯片中不同晶圆内的数据，分组间并行允许并行地操作同一晶圆内、不同分组中同一页号的数据。

在闪存存储器中，采用软件的方式使操作系统能够采用传统操作磁盘的方式操作闪存存储器，该软件就是闪存转换层(flash translation layer，FTL)。闪存转换层主要包括垃圾回收、损耗均衡和地址映射三个功能。其中地址映射的功能是将主机发来的请求中的页的逻辑页号转换成闪存存储器中页的物理页号。地址映射可以分为三类：页映射、块映射和混合映射。页映射使用一张映射表存放逻辑页地址到物理页地址之间的转化关系，其优点是转化速度快，但是缺点是映射表很大，需要占用大量缓存空间；块映射使用一张映射表存放逻辑块地址到物理块地址之间的转化关系，相比于页映射，其映射表空间较小，但其对闪存的寿命和性能具有较大的负面影响。