[发明专利]一种磨损均衡方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及存储技术领域，特别涉及一种磨损均衡方法及装置。

背景技术

目前，在计算机、通讯和消费电子产品中非易失性存储器得到了广泛的应用；例如，U盘、MP3、数码相机、移动通信终端、固态硬盘等产品中都使用非易失性存储器作为存储介质。随着这些产品对存储容量的要求不断提高，非易失性存储器的工艺尺寸不断缩小，导致非易失性存储器的可靠性面临着越来越严峻的挑战，尤其是非易失性存储器擦除操作的最小单位物理块的擦除次数有限，这对非易失性存储器的使用寿命会造成严重影响。对于物理块擦除次数有限的问题，现有技术的做法是对物理块进行磨损均衡，通过对物理块的擦除进行控制，尽量平均存储器中所有物理块的擦除次数，避免某些物理块擦除次数过高，比其它物理块提前到达擦除次数上限而失效，造成存储器在尚有很多物理块未达寿命的情况下整体失效。

磨损均衡包括针对数据写入过程中通过控制写入的物理块，动态均衡所有物理块擦除次数的动态磨损均衡，以及通过调整物理块上存储的冷、热数据(经常被擦写的数据为热数据，不经常被擦写数据为冷数据)的分布，静态地均衡所有物理块擦除次数的静态磨损均衡两大类。针对这两大类磨损均衡，现有技术已经提出了很多算法，但是这些算法一直没有很好地解决磨损均衡效果和降低因为磨损均衡算法本身带来的额外磨损之间的矛盾，而且现有磨损均衡算法的实现是基于保存每一个物理块的磨损信息，随着存储器容量增加，存储器中需要进行磨损均衡的物理块的数量大增，在执行磨损均衡算法时，搜索物理块磨损信息的速度也变得越来越慢。

下面以一种目前使用广泛的代表性磨损均衡算法“双池算法”为例，对现有技术加以详细说明。

如图1所示，该算法是一种结合了动态磨损均衡和静态磨损均衡的综合算法，该算法对物理块设置冷池和热池属性，并定义EC为物理块的总擦除次数；EEC为物理块的冷热池属性变化后重新开始累计的擦除次数(以下称为有效擦除次数)；PT为物理块的冷热池属性标记，该标记中，CP表示冷池，HP表示热池，每一个物理块需要记录的磨损信息包括EC、EEC和PT。

在该算法中，定义分别表示冷池中擦除次数队列，热池中擦除次数的队列，冷池中有效擦除次数的队列，热池中有效擦除次数的队列。定义H⁺(Q)和H^-(Q)分别为返回队列Q的最大值和最小值(具体物理块)的函数；EC(B)为返回物理块B的总擦除次数的函数；EEC(B)为返回物理块B的有效擦除次数的函数。

具体算法执行过程如图1所示，包括如下步骤：

步骤101，获取磨损信息；在执行双池算法前，需要先获取所有物理块的磨损信息，之后才能对物理块进行管理，这一获取磨损信息的步骤一般在存储器上电初始化的过程中完成，分两种情况，如果存储器非第一次使用，则磨损信息会在存储器上一次正常卸载时被记录在存储器中(如存储器中专门划分出来，用户不可见的用于保存管理信息的备份区)，在存储器上电初始化时，只需要读取存储器备份区的数据即可得到磨损信息；如果存储器是第一次使用，则备份区是没有数据的，此时需要构建磨损信息，即将EC、EEC置0，并对物理块标记冷热池属性，将物理块划分到冷池或热池；将物理块划分到冷池和热池的具体方法可以是任意的，例如随机划分。

步骤102，判断是否有写请求，如果是，进入步骤103，否则进入步骤117；

步骤103，判断分配给写请求的写入块是否已经写满，若是，则进入步骤104，否则进入步骤105；

步骤104，从预先设置的空白块队列中，按照新来新分配(FIFO)的方式(按照进入空白块队列的顺序，首先进入队列的空白块将首先分配出去)，为写请求分配空白块，进入步骤105；

步骤105，响应写请求，将数据写入分配的写入块；

步骤106，判断与之差是否超过设定的阈值TH，若是，则进入步骤107，否则进入步骤111；

步骤107，强制回收物理块，即将该物理块上保存的有效数据复制到其它物理块，并擦除上保存的数据。

步骤108，将物理块上的数据复制到物理块；

步骤109，擦除物理块上的数据，使之变为空白块；

步骤110，交换和物理块的冷热池属性；因冷热池属性变化，和物理块各自的EEC将清零，重新开始累计。

步骤111，判断和之差是否超过2倍阈值TH；若是，进入步骤112，否则进入步骤113；

步骤112，将物理块的PT从热池调整为冷池；

步骤113，判断和之差是否超过阈值TH；若是，则进入步骤114，否则进入步骤115；