[发明专利]一种NAND闪存无效数据回收的掉电保护方法

说明书

技术领域

本发明涉及Nand闪存存储技术领域，特别涉及一种NAND闪存无效数据回收的掉电保护方法。

背景技术

Nand闪存由多个块组成，每个块又被划分为64、128或256个页。Nand闪存以页为单位读写，以物理块为单位擦除，由于Nand闪存的物理特性，一个页在写入数据后必须等所在块被擦除后才能被再次写入；若要更新所述页的数据，可以先把所述页所在块中的数据读到内存中，把所述页的更新数据到复制相应位置，然后擦除所述页所在块，最后再把内存中整个块的数据写回，这样的操作相当耗时，而且在操作过程中有掉电导致数据丢失的风险；因此通常的处理方式是把要写入所述页的更新数据写到另一个映射于相同逻辑地址的空白页中。上述处理方式使得同一个逻辑地址会对应多个版本的页数据，存储最新版本数据的页为有效数据页，而被取代的存放旧版本数据的页为无效数据页；所述处理方式需要一个辅助空间来实施，在使用过程中，随着数据更新操作持续增多，产生的无效数据页越来越多，可用的辅助空间也越来越少，为了维持正常的运行，需要有一个在适当的时候把无效数据页占用的空间回收的机制，这个机制称为无效数据回收。

多阶存储单元(MLC, Multi-Level Cell)的Nand闪存中一个存储单元可以存储多个位，每个位分布在同一个块的不同页中，这些页在电气上是相关联的，称为shared pages，若在写入某个页时异常掉电，与其相关联的页中的数据也可能会受到串扰而被破坏。Nand闪存的电气特性要求避免在写完一个页后马上写入与之相关联的页，因此Nand闪存厂商在对各个进行页物理编址时特意把它们隔开。从成本上考虑，嵌入式方案主要通过使用适当的软件策略来避免掉电时数据串扰造成的数据丢失。

现有的无效数据回收方式通常如图1描述：选择一个被回收的块B0，把被回收块B0中的有效数据页，LP3、LP1、LP7、LP0、LP9（LP的含义是逻辑页），复制到一空白块B1中，并擦除被回收块B0，被回收块B0中的无效数据页全部变为空白页，而所述空白块中剩余的空白页可用于存储新的数据，从而达到回收的目的。上述回收过程并没有考虑掉电时数据串扰的问题，若往所述空白块B1的空白页100写入数据的过程中异常掉电，与之关联的页101中的数据（即复制到空白块B1的LP1）也被破坏，而所述被回收块B0已经被擦除，LP1对应的数据就会永久丢失。由于所有块都有可能成为被回收的对象，因此所有数据都有被破坏的可能，影响范围很大。

而现有对掉电时数据串扰的问题的处理方式是：在写入数据时分别写入到两个分布于不同块的页中，两个块互为备份，从而保证掉电时至少有一个块中的数据是完好的。这样的方法应用于上述垃圾回收过程，可以避免掉电时数据串扰引起的数据丢失，但有很明显的缺点：每一份数据都要写两次，性能下降一半，擦写次数增加一倍。因此提出一种NAND闪存无效数据回收的掉电保护方法，以改善上述问题。

发明内容

本发明提出了一种NAND闪存无效数据回收的掉电保护方法，把无效数据回收时复制的数据与用户写入数据分开处理，能在不增加无效数据回收写入数据量的情况下避免被复制的有效数据因掉电时数据串扰的影响而丢失。本发明所述方法是针对MLC Nand闪存的物理特性操作的。

本发明采用技术方案是：把无效数据回收时复制的数据与用户写入的数据分开存放；在被回收块的数据页全部变为无效后，并不马上擦除被回收块，而是选择新的被回收块，继续复制有效数据，直到原被回收块中的数据不在掉电时数据串扰的影响范围，再擦除原被回收块，确保在任意时刻原被回收块中的有效数据至少有一个备份不受掉电时数据串扰影响。

把块分为两种数据类型，存放用户写入数据的块，称作写入块；存放无效数据回收时复制的数据的块，称作接收块。无效数据回收方式如图2，从被回收块B0中把全部有效数据页，LP3、LP1、LP7、LP0、LP9，复制到接收块B1中；所述被回收块B0中的有效数据都被复制后，所述被回收块B0中的所有数据变为无效，这时暂不擦除被回收块；选取新的被回收块B2，把新的被回收块B2中的有效数据复制到所述接收块B1中，让掉电时数据串扰的影响范围往后移，直到掉电时数据串扰的影响范围201不会影响到从被回收块B0中复制的有效数据200；然后再擦除被回收块B0。如果在写入接收块B1时异常掉电，假设接收块B1中对应于逻辑页LP1的数据受掉电时数据串扰影响而被破坏，在上电加载时，可以把逻辑页LP1重新映射到B0中对应于逻辑页LP1的页，这样就避免了数据丢失。