[发明专利]一种NandFlash地址映射及块管理方法

说明书

本发明提供一种NandFlash地址映射及块管理算法，是固态盘控制器固件设计的一部分，它主要起到以下作用：一是将主机发来的以扇区为单位的地址信息，翻译成NandFlash芯片的物理块、页地址；二是通过块管理算法尽量平均地使用NandFlash芯片的各个块，提高每一块的使用率，避免不必要的擦除操作，减少块被擦除的次数，也就是常说的负载均衡；三是管理使用过程中的出现的坏块，保证数据的可靠性；四是采用优化的NandFlash多通道地址映射设计，实现多通道的并行/流水操作。

技术领域

本发明涉及存储技术领域，具体涉及一种NandFlash地址映射及块管理方法。

背景技术

NANDFlash通过缩小工艺尺寸和采用多电平技术可大大降低了闪存单位比特的成本，但是这也同时带来其他的问题，主要表现为器件性能的退化：如访问速度下降、误码率上升、耐久度下降以及保持特性变差等。其中耐久度是指存储单元所能承受的最大编程和擦除次数(P/E Cycles)。之所以会存在最大的擦写次数，是因为闪存的编程和擦除操作都是通过电子隧穿机制进行的，大量的使用隧穿会对隧穿氧化层产生应力，导致浮栅层的电学性能退化，当超过进行了一定数量的擦写之后，最终会使存储单元失去编程和擦除的功能。多电平技术和工艺尺寸下降带来的这些问题，对闪存的应用管理提出了更高的要求。

由于NandFlash闪存器件特性的不断退化，主要在以下四个方面对闪存管理技术提出了挑战：

(1)NandFlash闪存最小的读写单元是页(Page)，最小的擦除单位是块(Block)，即“擦写操作粒度不对等”特性；

(2)NandFlash闪存在同一物理页更新数据时，必须先将该页所在的块擦除，再将数据写入，即“重写前须擦除”或“异地更新(out-of-place-update)”特性；

(3)NandFlash闪存一旦超过一定的擦除次数，其可靠性将无法满足要求，即“擦除次数有限”特性；

(4)NandFlash闪存器件的误码率不断上升。

针对以上的几个问题，在对NandFlash闪存进行管理时，出现了一系列的管理技术，主要包括：

(1)地址映射技术(Address Mapping)。地址映射主要是实现逻辑地址(LogicalSector Address,LSA)和物理地址(Physical Page Address,PPA)之间的映射。在机械硬盘(HDD)中，主机的逻辑地址和HDD的物理地址是一一对应且相等的，访问单位大小为一个扇区(Sector)。但是在SSD中，由于NandFlash闪存“异地更新”和“擦写操作粒度不对等”的特性，导致逻辑和物理地址不再相等。因此需要建立逻辑-物理地址的映射(LSA-PPAMapping)。目前地址映射方式主要有三种：页级映射(Page-level Mapping)、块级映射(Block-level Mapping)以及混合映射(Hybrid Mapping)。

(2)垃圾回收技术(Garbage Collection)。垃圾回收技术是针对NandFlash闪存“异地更新”以及擦除时间长的特性提出的。当数据需要更新时，将旧的数据标记为无效，再在其他空白区域写入新的数据，而无需进行擦除块的操作，从而大大提高存储器的写入性能。在特定的时候(系统空闲或者可写入块少于一定阈值)进行垃圾回收操作：把某一个物理块内的有效数据复制到空白块中，然后把该物理块擦除。