CN107038131A - 固态硬盘断电保护装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种固态硬盘断电保护装置及方法，在固态硬盘的快闪存储器阵列中设置断电专区，保留断电备份独立的储存空间，发生电源中断时，停止与主机的作业，并在储备电力耗竭前，将暂存的数据，直接写入断电专区的空白断电区块，形成断电备份，且设置辅助记号作为确认最新断电备份。电源恢复后，至断电专区根据断电备份的最新断电辅助记号直接读出断电备份，恢复固态硬盘断电前的状态。

Description

固态硬盘断电保护装置及方法
技术领域
本发明有关一种固态硬盘，尤其关于固态硬盘在发生断电时，保护数据不流失的装置与方法。
背景技术
固态硬盘(Solid State Drive，简称SSD)整合数个非挥发性的快闪存储器(Flash Memory)成为单一储存装置。而快闪存储器需要利用电压进行编程以存取数据，一旦发生断电，极易损毁储存的数据。因此，保护数据不遗失成为固态硬盘重要课题。
现有技术的固态硬盘接收主机指令存取数据时，利用快闪存储器转换层(Flash Translation Layer，简称FTL)建立的逻辑-物理映射表(Mapping Table)，将存取数据的逻辑页地址(Logical Page Address,简称LPA)转换为物理页地址(Physical Page Address,简称PPA)，再传输至快闪存储器。如图1所示，为现有技术的快闪存储器1，包含多个物理区块(Block)2，物理区块2内含复数个物理页3，物理区块2的物理页3一写入数据，就形成非空白的数据区块4，而未写入数据的物理区块2为空白区块(Free Block)5，作为写入数据的备用区块。快闪存储器1在写入数据时，以物理页为单位，但抹除数据则需以物理区块为单位才能一整区块抹除数据，恢复为空白区块5。
快闪存储器1在写入空白区块5的物理页的数据前，所有主机储存数据先暂存在固态硬盘的缓冲存储器。再由固态硬盘选取空白区块5的空白物理页3，将缓冲存储器的数据写入，更改逻辑-物理映射表的对应地址，并记录废弃原对应物理数据区块4的该逻辑页地址为无效物理页3，以待固态硬盘执行回收垃圾区块程序(Garbage Collection，简称GC)再回收利用。
现有技术的固态硬盘开始执行回收垃圾区块程序时，首先搜集数据区中超过预定数目废弃无效物理页3的数据区块4，如图示灰色数据区块作为垃圾区块6，复制垃圾区块6中有效物理页3的数据，写入至选取的空白区块5的空白物理页，复制完成后，抹除垃圾区块6中的全部数据，回收成新的空白区块5供写入数据备用。
固态硬盘另根据缓冲存储器的存储容量，设置足够备份的电容作为储备电力，以进行断电保护(Power Lost Protection，简称PLP)。如图2所示，为现有技术的快闪存储器1的数据存取过程。在固态硬盘存取过程中，例如使用快闪存储器1的空白区块写入数据A后，发生断电时，固态硬盘立即停止与主机作业，及停止进行中的回收垃圾区块程序。并在储备电力耗竭前，维持缓冲存储器的数据未消失时，将固态硬盘的缓冲存储器中的未写入的数据，写入选取快闪存储器1的空白区块形成断电备份A，并记录逻辑-物理映射表。
然而，在断电频繁的状态下，固态硬盘回收垃圾区块程序一再受到断电干扰而中止，无法正常回收垃圾区块增加空白区块备用。而空白区块(图示灰色数据区块)又被例如多次断电的写入数据A、B、C及断电备份A、B所占满时，将导致下次开电后没有空白区块可供写入，造成固态硬盘宕机。因此，固态硬盘在断电保护上，仍有问题亟待解决。
发明内容
本发明的目的提供一种固态硬盘断电保护的装置，借由在快闪存储器阵列中设置不受快闪存储器转换层管制的断电专区，保留断电备份独立的储存空间，以避免数据流失。
本发明另一目的在提供一种固态硬盘断电保护的方法，当断电或复电时，在断电专区直接读取或写入断电备份，以提高固态硬盘的作业效率。
本发明再一目的在提供一种固态硬盘断电保护的方法，在断电时，将断电备份写入断电专区，并设置辅助记号作为确认最新断电备份，以利固态硬盘正确恢复断电前的状态。
为了达到前述发明的目的，本发明固态硬盘断电保护的装置，利用控制器接收存取命令及写入数据，并控制缓冲存储器暂存数据，及控制快闪存储器阵列储存数据，快闪存储器阵列包含复数个非挥发性的快闪存储器，快闪存储器具有复数个数据区块，用以储存用户数据，并利用回收垃圾区块程序回收的空白区块，供写入数据备用，及由数个断电区块构成的断电专区，保留作为断电备份的独立储存空间。固态硬盘断电时，在储备电力耗竭前，由控制器控制将缓冲存储器暂存的数据，直接写入断电专区的空白断电区块，形成断电备份。复电时，直接至断电专区读取断电备份，恢复固态硬盘断电前原来缓冲存储器的状态。
本发明固态硬盘断电保护的装置，将断电专区设在各快闪存储器、部分的快闪存储器或单一的快闪存储器。断电专区另在断电区块物理页的备用字段设置辅助记号作为确认最新断电备份。
本发明固态硬盘断电保护的方法，发生电源中断时，停止与主机的作业，并在储备电力耗竭前，将暂存的数据，直接写入断电专区的空白断电区块，形成断电备份，且设置辅助记号作为确认最新断电备份。电源恢复后，至断电专区根据断电备份的最新断电辅助记号直接读出断电备份，恢复固态硬盘断电前的状态。
本发明固态硬盘断电保护的方法，在电源中断时固态硬盘停止进行中的回收垃圾区块程序。另对断电备份在写入的断电区块物理页的备用字段设置辅助记号。固态硬盘可不经转换层，直接至断电专区写入或读出断电备份。在读出断电备份后，直接抹除断电区块的断电备份的数据，形成空白断电区块回收再利用。
附图说明
图1是现有技术的快闪存储器的结构示意图。
图2是现有技术的快闪存储器的数据存取示意图。
图3是本发明使用的固态硬盘的结构图。
图4是本发明快闪存储器的结构示意图。
图5是本发明快闪存储器的断电保护的示意图。
图6是本发明固态硬盘断电保护方法的流程图。
具体实施方式
有关本发明为达成上述目的，所采用的技术手段及其功效，现举较佳实施例，并配合附图加以说明如下。
请同时参阅图3、图4及图5，图3是本发明使用的固态硬盘的结构图，图4是本发明快闪存储器的结构示意图，图5是本发明快闪存储器的断电保护的示意图。图3中本发明的固态硬盘(SSD)20作为电子装置10的储存装置，电子装置10的主机11设中央处理器(CPU)12及动态随机存储器(DRAM)13。由中央处理器12配合动态随机存储器13发出存取数据的逻辑地址至连接在传输接口14的固态硬盘20。
本发明固态硬盘20内设控制器21、缓冲存储器22、快闪存储器阵列23及转换层单元24。由控制器21接收主机11的存取命令及写入数据，暂存在缓冲存储器22。以存取命令的逻辑地址，根据转换层单元24针对快闪存储器阵列23建立的逻辑-物理映射表及管理转换层的参数，至快闪存储器阵列23相对逻辑地址的物理地址，将暂存的写入数据写入，或读取数据传输到动态随机存储器13，供主机11备用。
固态硬盘20的快闪存储器阵列23，包含复数个非挥发性的快闪存储器25。图4中快闪存储器25具有多个物理区块，物理区块内含复数个物理页。物理区块分为数据区块26、空白区块27及断电区块28，其中数据区块26用以储存用户数据(User Data)。空白区块27则为固态硬盘20利用回收垃圾区块程序，对无效的数据区块26形成的垃圾区块29回收的区块，并维持预定数量的空白区块27，以供固态硬盘20写入数据备用。而将复数个断电区块28构成断电专区30，保留作为断电备份的独立储存空间，且断电专区30不受转换层单元24管制。本实施例虽以在各快闪存储器25设断电专区30为例说明，但包含且不限于前述实施例，断电专区30也可视需要设置在部分或单一的快闪存储器25。
图5中本发明的固态硬盘20由控制器21接收主机11的写入数据A，暂存在缓冲存储器22。由固态硬盘20选取快闪存储器25的空白区块27，将缓冲存储器22的数据A写入，并在转换层单元24建立的逻辑-物理映射表记录对应地址。固态硬盘20在存取数据的空档，同时根据转换层单元24建立的逻辑-物理映射表及管理转换层的参数，对记录废弃的垃圾区块29，执行回收垃圾区块程序，保持不低于预定数量的备用空白区块27，以维持固态硬盘20的正常运作。
在存取数据的过程中，固态硬盘20一发生断电，固态硬盘20立即停止与主机10的作业，并停止固态硬盘20进行中的回收垃圾区块程序。在固态硬盘20储备电力耗竭前，选取断电专区30的空白断电区块28，将缓冲存储器22中的数据，不用记录逻辑-物理映射表，直接写入空白断电区块28，形成断电备份A，并在物理页的备用字段编码设置辅助记号*，作为确认最新断电备份。由于断电专区30专供储存断电备份，不会因固态硬盘20写入过多写入数据而被占满，也可确保及时储存断电备份，不让数据流失。
等待复电后，固态硬盘20不用查询逻辑-物理映射表，直接至断电专区30，根据最新断电备份的辅助记号，重新读出断电备份A，恢复固态硬盘20断电前原来缓冲存储器22的状态，并不经回收垃圾区块程序，直接抹除断电区块28的断电备份A的数据，形成空白断电区块28回收，以备断电再利用。由于断电专区30不须转换层单元24管制，且不用回收垃圾区块程序回收，不仅可提升固态硬盘20断电保护的效率，且可避免影响固态硬盘20正常作业。
假如固态硬盘20在断电频繁的状态下，回收垃圾区块程序一再受到断电干扰而中止，无法正常抹除断电备份的断电区块28或回收垃圾区块29备用。虽然空白区块27，可能被多次断电中过多的写入数据A、B、C所占满时，但本发明的断电专区30将提供独立保留的空白断电区块28，作为储存断电备份C，让最后的断电备份不影响空白区块27总数，以确保达到断电保护数据不流失且固态硬盘20正常运作。
如图6所示，为本发明固态硬盘断电保护方法的流程图。本发明固态硬盘断电保护方法的详细步骤说明如下:在步骤S1，固态硬盘一发生电源中断；步骤S2，固态硬盘立即停止与主机的作业，以及停止进行中的回收垃圾区块程序；步骤S3，在储备电力耗竭前，将暂存的数据，写入断电专区的空白断电区块，形成断电备份，并设置辅助记号作为确认最新断电备份；步骤S4，等待电源恢复后；步骤S5，根据最新断电备份的辅助记号，重新读出断电备份，恢复固态硬盘断电前原来缓冲存储器的状态。
因此，本发明固态硬盘断电保护的装置及方法，就可借由在固态硬盘的快闪存储器阵列中设置断电专区，保留断电备份独立的储存空间，让断电专区不受转换层单元管制，且不经回收垃圾区块程序回收，在电源中断时，将暂存数据直接写入断电专区，并设置辅助记号作为确认最新断电备份，防止过多的写入数据占满备份区而无法正常运作固态硬盘，达到提高断电保护的效率及避免固态硬盘宕机的目的。
以上所述者，仅为用以方便说明本发明的较佳实施例，本发明的范围不限于这些较佳实施例，凡依本发明所做的任何变更，在不脱离本发明的精神下，皆属本发明权利要求的范围。

Claims (11)

1.一种固态硬盘断电保护的装置，包含：
控制器，接收存取命令及写入数据；
缓冲存储器，受控制器控制暂存数据；
快闪存储器阵列，包含复数个非挥发性的快闪存储器，该快闪存储器包含复数个数据区块，用以储存用户数据，利用回收垃圾区块程序回收的空白区块，以供写入数据备用，以及数个断电区块构成的断电专区，不受转换层单元管制，保留作为断电备份的独立储存空间；
其中，固态硬盘断电时，在储备电力耗竭前，由控制器控制将缓冲存储器暂存的数据，直接写入断电专区的空白断电区块，形成断电备份，复电时，直接至断电专区读取断电备份，恢复固态硬盘断电前原来缓冲存储器的状态。
2.如权利要求1所述的固态硬盘断电保护的装置，其中该断电专区设在各快闪存储器。
3.如权利要求1所述的固态硬盘断电保护的装置，其中该断电专区设在部分的快闪存储器。
4.如权利要求1所述的固态硬盘断电保护的装置，其中该断电专区设在单一的快闪存储器。
5.如权利要求1所述的固态硬盘断电保护的装置，其中该断电专区设置辅助记号作为确认最新断电备份。
6.如权利要求5所述的固态硬盘断电保护的装置，其中该辅助记号设置在断电区块物理页的备用字段。
7.一种固态硬盘断电保护的方法，其步骤包含：
发生电源中断；
固态硬盘停止与主机的作业；
在储备电力耗竭前，将暂存的数据，直接写入断电专区的空白断电区块，形成断电备份，并设置辅助记号作为确认最新断电备份；
电源恢复；
至断电专区根据断电备份的最新断电辅助记号直接读出断电备份，恢复固态硬盘断电前的状态。
8.如权利要求7所述的固态硬盘断电保护的方法，其中电源中断时，固态硬盘停止进行中回收垃圾区块程序。
9.如权利要求7所述的固态硬盘断电保护的方法，其中断电备份在写入的断电区块物理页的备用字段设置辅助记号。
10.如权利要求7所述的固态硬盘断电保护的方法，其中固态硬盘不经转换层单元，直接至断电专区写入或读出断电备份。
11.如权利要求7所述的固态硬盘断电保护的方法，其中读出断电备份后，直接抹除断电区块的断电备份的数据，形成空白断电区块回收再利用。
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