CN110597457A - 一种固态硬盘、固态硬盘的控制方法及控制器 - Google Patents

一种固态硬盘、固态硬盘的控制方法及控制器 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种固态硬盘、固态硬盘控制方法及控制器，固态硬盘包括控制器和存储器，存储器包括DRAM缓存单元和NAND闪存单元，其中DRAM缓存单元的内存大小可调。本申请实施例提供的固态硬盘通过设置内存大小可调的DRAM缓存单元，可以根据需求自行增大DRAM缓存单元的内存，DRAM缓存单元的内存增大后，就有更多的空间来给固态硬盘计算及管理数据，例如可以将主机经常存取的数据缓存到DRAM缓存单元中，这样就不需要去NAND闪存单元中取反复读取这些数据，避免了反复的读取造成的NAND闪存单元损坏，而且拉高了数据的命中率，还可以主机发送过来的数据先缓存到DRAM缓存单元中，然后再将数据写入到NAND闪存单元中，在实际应用中，可以避免对NAND闪存单元的重复写入。

Description

一种固态硬盘、固态硬盘的控制方法及控制器
技术领域
本申请涉及固态硬盘领域，尤其涉及一种固态硬盘、固态硬盘控制方法及控制器。
背景技术
现有的固态硬盘SSD通常将Host(主机)经常存取的数据存储在NAND闪存单元(NAND flash)中，在SSD使用过程中，需要反复存取这些数据，导致NAND闪存单元会因为Host的重复读取相同的位置，而长出坏块，而且现有的固态硬盘通常是接收到主机发送的数据后就将接收的数据直接写入NAND闪存单元，NAND闪存单元被反复写入，而反复的写入会导致NAND闪存单元中的数据摆放顺序杂乱。
发明内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种固态硬盘、固态硬盘控制方法及控制器。
第一方面，本申请提供了一种固态硬盘包括控制器和存储器；
所述存储器包括DRAM缓存单元和NAND闪存单元；
所述DRAM缓存单元的内存大小可调。
在一个可能的实施例中，所述DRAM缓存单元包括一个用于插取DRAM芯片的替换插槽，所述替换插槽与所述控制器通信连接，通过对替换插槽中的DRAM芯片进行替换，调整DRAM缓存单元的内存大小。
在一个可能的实施例中，所述DRAM缓存单元包括用于插取DRAM芯片的多个插槽，所述多个插槽均与所述控制器通信连接，通过对所述多个插槽中的至少一个插槽***的DRAM芯片内存的增大或减小，实现DRAM缓存单元的内存的增大或减小。
第二方面，本发明实施例还提供了一种固态硬盘的控制方法，应用于第一方面所述的固态硬盘，所述方法包括：
控制器将主机写入的数据缓存至DRAM缓存单元；
检测所述DRAM缓存单元中缓存的数据的数据量是否小于第一预设数据量；
若所述DRAM缓存单元中缓存的数据的数据量不小于第一预设数据量，则将所述DRAM缓存单元中缓存的数据以第二预设数据量为写入单位，写入所述固态硬盘的NAND闪存单元中，其中，所述写入单位为单次写入的数据量。
在一个可能的实施例中，所述方法还包括：
在将所述DRAM缓存单元中缓存的数据以所述第一预设数据量为写入单位，写入所述固态硬盘的NAND闪存单元中之前，检测所述固态硬盘是否符合预设的写入条件；
若所述固态硬盘符合所述预设的写入条件，则执行将所述DRAM缓存单元中缓存的数据以所述第二预设数据量为写入单位，写入所述固态硬盘的NAND闪存单元中的步骤。
在一个可能的实施例中，检测所述固态硬盘是否符合预设的写入条件，包括：
获取所述固态硬盘的运行状态；
判断所述固态硬盘的运行状态是否为空闲状态；
若所述固态硬盘的运行状态为空闲状态，则确定所述固态硬盘符合预设的写入条件。
第三方面，本发明实施例还提供了一种固态硬盘的控制器，应用于第一方面所述的固态硬盘，所述控制器包括：
存储模块，用于将待写入NAND闪存单元的数据存储至DRAM缓存单元；
数据量检测模块，用于检测所述DRAM缓存单元中缓存的数据的数据量是否小于第一预设数据量；
写入模块，用于若所述DRAM缓存单元中缓存的数据的数据量不小于第一预设数据量，则将所述DRAM缓存单元中缓存的数据以第二预设数据量为写入单位，写入所述固态硬盘的NAND闪存单元中。
在一个可能的实施例中，所述控制器还包括：
写入条件检测模块，用于在将所述DRAM缓存单元中缓存的数据以所述第二预设数据量为写入单位，写入所述固态硬盘的NAND闪存单元中之前，检测所述固态硬盘是否符合预设的写入条件。
在一个可能的实施例中，所述写入条件检测模块检测所述固态硬盘是否符合预设的写入条件，包括：
获取所述固态硬盘的运行状态；
判断所述固态硬盘的运行状态是否为空闲状态；
若所述固态硬盘的运行状态为空闲状态，则确定所述固态硬盘符合预设的写入条件。
与现有技术相比，本发明实施例提供了一种固态硬盘，固态硬盘包括控制器和存储器，存储器包括DRAM缓存单元和NAND闪存单元，其中DRAM缓存单元的内存大小可调。本申请实施例提供的固态硬盘通过设置内存大小可调的DRAM缓存单元，可以根据需求自行增大DRAM缓存单元的内存，DRAM缓存单元的内存增大后，就有更多的空间来给固态硬盘计算及管理数据，例如可以将主机经常存取的数据缓存到DRAM缓存单元中，这样就不需要去NAND闪存单元中取反复读取这些数据，避免了反复的读取造成的NAND闪存单元损坏，而且拉高了数据的命中率，还可以主机发送过来的数据先缓存到DRAM缓存单元中，然后再将数据写入到NAND闪存单元中，在实际应用中，可以避免对NAND闪存单元的重复写入。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种固态硬盘的示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种固态硬盘的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种固态硬盘的控制方法流程图；
图4为本发明实施例提供的一种控制器的框图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
SSD(Solid State Disk，固态硬盘)是一种基于永久性存储器，如闪存，或非永久性存储器，SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步动态随机存取存储器)的计算机外部存储设备。其具有读写速度快，低功耗，无噪音，抗震动，低热量，体积小，工作范围大的优点，广泛应用于各种领域。
现有的SSD通常包括控制器和存储器，其中存储器包括DRAM(Dynamic RandomAccess Memory，易失存储器)缓存单元和NAND闪存单元，其中DRAM缓存单元的内存是固定的，而且通常很小，导致主机经常存储的数据需要存储在NAND闪存单元中，这就导致存储有这些数据的NAND闪存单元由于经常被读取而容易损坏，而且由于DRAM缓存单元的内存太小，导致只要接收到主机发送的数据后就要马上写入到NAND闪存单元中，-这也就增加了NAND闪存单元的写入次数，导致NAND闪存单元很容易长出坏块，而且重复的写入还会导致写入到NAND闪存单元中的数据顺序摆放杂乱，从而需要启动GC(Garbage Collection，垃圾回收机制)进行垃圾回收。为了解决上述问题，现有技术通常是利用软件的方式，将DRAM缓存单元仿真成硬盘控制器即DRAM DISK来实现扩大用于缓存的内存，但是，从使用者的观点来看DRAM DISK是SSD之外的另一颗硬盘，也就是说存放在DRAM DISK内的数据需要由用户自行管控，决定何时写回SSD，无法有SSD的控制器直接控制，这就导致DRAM DISK内的数据很有可能会因为断电而导致数据流失。
为解决上述问题，本发明实施例提供了一种固态硬盘，图1为本发明实施例提供的一种固态硬盘的示意图，如图1所示，该固态硬盘可以包括：控制器110和存储器120，存储器120包括DRAM缓存单元121和NAND闪存单元122，其中DRAM缓存单元121的内存大小可调。
在本实施例中，控制器110分别与DRAM缓存单元121、NAND闪存单元122以及与所述固态硬盘连接的主机的主机接口连接。
其中，控制器110分别控制DRAM缓存单元121和NAND闪存单元122。
在本实施例中，DRAM缓存单元121的内存大小是可以调节的，也就是说可以根据具体的需求将DRAM缓存单元121的内存增大或减小，随着DRAM缓存单元121内存的增大，就有更多的空间来给SSD进行计算及管理数据，并可以将更多的Host经常存取的数据暂存于DRAM缓存单元中，这样就可以将数据的命中率拉的很高，还可以在NAND闪存单元需要写入大量数据时，由控制器110控制先将来不及写入NAND闪存单元的数据暂存在DRAM缓存单元中，除非有不得不立即写入的状况，不然可以等固态硬盘在空闲状态时再将暂存在DRAM缓存单元中的数据写入到NAND闪存单元中，这么一来，用户只需正常存取SSD就可享有与DRAMDISK相同的功能，不需再安装额外的软件，如果对性能有需求，增大DRAM缓存单元121的内存就等同于增大了DRAM DISK，就能享有与DRAM DISK相似的速度优势。
在本实施例中，可以通过将DRAM缓存单元121设置为可替换模组形式，即可以替换、增加或移除DRAM芯片的形式，例如将DRAM缓存单元121设置为用于插取(***和拔取)DRAM芯片的插槽形式，插槽的个数可以为1个或多个，其中多个包括2个。
在一个示例中，DRAM缓存单元121包括一个用于插取DRAM芯片的替换插槽1211(如图1所示)，所述替换插槽1211与所述控制器110通信连接，通过对替换插槽1211中的DRAM芯片进行替换，调整DRAM缓存单元121的内存大小，例如：替换插槽1211中原来***的DRAM芯片的内存为200MB，如果将替换插槽1211中原来***的内存为200MB的DRAM芯片替换成内存为1GB的DRAM芯片，就实现了对DRAM缓存单元121内存的增大，如果将替换插槽1211中原来***的内存为200MB的DRAM芯片替换成内存为100MB的DRAM芯片，就实现了对DRAM缓存单元121内存的减小，由此可知，通过对替换插槽1211内***的DRAM芯片进行替换，就可以实现对DRAM缓存单元121内存大小的调节。
在一个示例中，DRAM缓存单元121包括所述DRAM缓存单元包括用于插取DRAM芯片的多个插槽，例如插槽1、插槽2……插槽n(如图2所示)其中，n的取值根据需求设定，n个插槽可以任意排布，n个插槽均与所述控制器通信连接，通过对n个插槽中***的DRAM芯片内存的增大或减小，实现DRAM缓存单元121的内存的增大或减小。例如：在要减小DRAM缓存单元121的内存时，可以通过下述方式中的任意一种来实现：
方式1：通过将至少一个插槽内***的DRAM芯片替换为内存相对小的DRAM芯片，来实现减小DRAM缓存单元121的内存。
方式2:通过切断至少一个插槽与控制器110的通信连接来实现减小DRAM缓存单元121的内存。
方式3：通过将至少一个插槽内的DRAM芯片拔出的方式来实现减小DRAM缓存单元121的内存。除了上述三种方式还可以采用其他适用于本实施例提供的固态硬盘的方式来实现减小DRAM缓存单元121的内存。
在要增大DRAM缓存单元121的内存时，可以通过下述方式中的任意一种来实现：
方式1：通过将至少一个插槽内***的DRAM芯片替换为内存相对大的DRAM芯片，来实现减小DRAM缓存单元121的内存。
方式2：若存在与控制器110断开通信连接的插槽，则通过重新连通插槽与控制器110的通信连接，并在插槽内***DRAM芯片，来实现减小DRAM缓存单元121的内存。
方式3：若存在没有***DRAM芯片的插槽，则通过向没有***DRAM芯片的插槽内***DRAM芯片，来实现减小DRAM缓存单元121的内存。
本发明实施例提供了一种固态硬盘，固态硬盘包括控制器和存储器，存储器包括DRAM缓存单元和NAND闪存单元，其中DRAM缓存单元的内存大小可调。本申请实施例提供的固态硬盘通过设置内存大小可调的DRAM缓存单元，可以根据需求自行增大DRAM缓存单元的内存，DRAM缓存单元的内存增大后，就有更多的空间来给固态硬盘计算及管理数据，例如可以将主机经常存取的数据缓存到DRAM缓存单元中，这样就不需要去NAND闪存单元中取反复读取这些数据，避免了反复的读取造成的NAND闪存单元损坏，而且拉高了数据的命中率，还可以主机发送过来的数据先缓存到DRAM缓存单元中，然后再将数据写入到NAND闪存单元中，在实际应用中，可以避免对NAND闪存单元的重复写入。
本实施例提供的一种固态硬盘，通过将DRAM存储单元设置为可以插取DRAM芯片的可替换模组形式，在对DRAM存储单元的内存进行调整时，只需要替换、增加或减少DRAM芯片即可，操作方便。
本发明实施例还提供了一种固态硬盘的控制方法，应用于上述的固态硬盘，如图3所示，该控制方法包括：
S301.控制器将主机写入的数据缓存至DRAM缓存单元。
在本实施例中，固态硬盘的控制器与主机的接口连接，接收主机发送过来的要写入NAND闪存单元的数据，为了防止对NAND闪存单元的重复写入，控制器先将数据缓存至DRAM缓存单元中，然后通过步骤S302对数据进行检测后再将数据写入到NAND闪存单元中。
S302.检测所述DRAM缓存单元中缓存的数据的数据量是否小于第一预设数据量。
在本实施例中，通过检测所述DRAM缓存单元中缓存的数据的数据量是否小于第一预设数据量，来决定是否执行S303，也就是是否将DRAM缓存单元中缓存的数据写入到NAND闪存单元中。
其中第一预设数据量是根据需求设定的要求。
在一个示例中，因为NAND闪存单元的最小写入单位为Page，所以第一预设数据量可以是DRAM缓存单元中缓存的数据的数据量不小于NAND闪存单元中的Page(页面)的大小，例如Page的大小为16KB，则当DRAM缓存单元中缓存的数据的数据量不小于16KB时确定DRAM缓存单元中缓存的数据的数据量小于第一预设数据量，也就是当DRAM缓存单元中缓存的数据凑够16KB后，再执行S303。
因为时当DRAM缓存单元中的数据达到第一预设数据量时，再写入NAND闪存单元中，所以可大幅降低相同的Host LBA(Logical Block Address，逻辑区块地址)重复写入的情形发生，也就减少了NAND闪存单元的写读次数，进而降低了坏块的发生机率和GC(垃圾回收机制)的启动次数。
S303.若所述DRAM缓存单元中缓存的数据的数据量不小于第一预设数据量，则将所述DRAM缓存单元中缓存的数据以第二预设数据量为写入单位，写入所述固态硬盘的NAND闪存单元中。
其中，写入单元为单次写入的数据量，优选的为NAND闪存单元中的Page(页面)的大小。
其中，第一预设数据量大于等于第二预设数据量，优选的，第一预设数据量等于第二预设数据量。
在一个示例中，第一预设数据量等于第二预设数据量，均为NAND闪存单元中的Page(页面)的大小，例如为16KB，当确定DRAM缓存单元中缓存的数据的数据量不小于16KB时，将DRAM缓存单元中缓存的数据以16KB为写入单元写入到NAND闪存单元中，也就是当DRAM缓存单元中缓存的数据每凑够16KB就向NAND闪存单元中写入一次。
因为有时候固态硬盘可能在进行别的操作不方便写入数据，所以在一个实施例中，在将DRAM缓存单元中的数据写入到NAND闪存单元之前，检测所述固态硬盘是否符合预设的写入条件；若所述固态硬盘符合所述预设的写入条件，则执行将所述DRAM缓存单元中缓存的数据以所述第二预设数据量为写入单位，写入所述固态硬盘的NAND闪存单元中的步骤。
在一个示例中，检测所述固态硬盘是否符合预设的写入条件，包括：
获取所述固态硬盘的运行状态。
固态硬盘的运行状态可以通过获取固态硬盘的运行参数，对运行参数进行分析得到。
判断所述固态硬盘的运行状态是否为空闲状态。
固态硬盘的运行状态有好多种，例如：工作状态、空闲状态等，空闲状态就是指固态硬盘没有操作的状态。
若所述固态硬盘的运行状态为空闲状态，则确定所述固态硬盘符合预设的写入条件。
也就是，当固态硬盘在空闲状态下再将数据写入到NAND闪存单元中，这样就保证了写入时不会对固态硬盘的其他操作造成影响。
上述控制方法对应的程序存储在固态硬盘的控制器中，所述控制器执行与上述控制方法对应的程序从而实现上述控制方法。
本发明实施例还提供一种固态硬盘的控制器，应用于上述的固态硬盘，用于对存储器进行控制，如图4所示，该控制器400可以包括：
存储模块401，用于将待写入NAND闪存单元的数据存储至DRAM缓存单元；
数据量检测模块402，用于检测所述DRAM缓存单元中缓存的数据的数据量是否小于第一预设数据量；
写入模块403，用于若所述DRAM缓存单元中缓存的数据的数据量不小于第一预设数据量，则将所述DRAM缓存单元中缓存的数据以第二预设数据量为写入单位，写入所述固态硬盘的NAND闪存单元中。
所述控制器还包括：
写入条件检测模块，用于在将所述DRAM缓存单元中缓存的数据以所述第二预设数据量为写入单位，写入所述固态硬盘的NAND闪存单元中之前，检测所述固态硬盘是否符合预设的写入条件。
所述写入条件检测模块检测所述固态硬盘是否符合预设的写入条件，包括：
获取所述固态硬盘的运行状态；
判断所述固态硬盘的运行状态是否为空闲状态；
若所述固态硬盘的运行状态为空闲状态，则确定所述固态硬盘符合预设的写入条件。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种固态硬盘，其特征在于，包括控制器和存储器；
所述存储器包括DRAM缓存单元和NAND闪存单元；
所述DRAM缓存单元的内存大小可调。
2.根据权利要求1所述的固态硬盘，其特征在于，所述DRAM缓存单元包括一个用于插取DRAM芯片的替换插槽，所述替换插槽与所述控制器通信连接，通过对替换插槽中的DRAM芯片进行替换，调整DRAM缓存单元的内存大小。
3.根据权利要求1所述的固态硬盘，其特征在于，所述DRAM缓存单元包括用于插取DRAM芯片的多个插槽，所述多个插槽均与所述控制器通信连接，通过对所述多个插槽中的至少一个插槽***的DRAM芯片内存的增大或减小，实现DRAM缓存单元的内存的增大或减小。
4.一种固态硬盘的控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-3任一所述的固态硬盘，所述方法包括：
控制器将主机写入的数据缓存至DRAM缓存单元；
检测所述DRAM缓存单元中缓存的数据的数据量是否小于第一预设数据量；
若所述DRAM缓存单元中缓存的数据的数据量不小于第一预设数据量，则将所述DRAM缓存单元中缓存的数据以第二预设数据量为写入单位，写入所述固态硬盘的NAND闪存单元中，其中，所述写入单位为单次写入的数据量。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在将所述DRAM缓存单元中缓存的数据以所述第二预设数据量为写入单位，写入所述固态硬盘的NAND闪存单元中之前，检测所述固态硬盘是否符合预设的写入条件；
若所述固态硬盘符合所述预设的写入条件，则执行将所述DRAM缓存单元中缓存的数据以所述第二预设数据量为写入单位，写入所述固态硬盘的NAND闪存单元中的步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，检测所述固态硬盘是否符合预设的写入条件，包括：
获取所述固态硬盘的运行状态；
判断所述固态硬盘的运行状态是否为空闲状态；
若所述固态硬盘的运行状态为空闲状态，则确定所述固态硬盘符合预设的写入条件。
7.一种固态硬盘的控制器，其特征在于，应用于权利要求1-3任一所述的固态硬盘，所述控制器包括：
存储模块，用于将待写入NAND闪存单元的数据存储至DRAM缓存单元；
数据量检测模块，用于检测所述DRAM缓存单元中缓存的数据的数据量是否小于第一预设数据量；
写入模块，用于若所述DRAM缓存单元中缓存的数据的数据量不小于第一预设数据量，则将所述DRAM缓存单元中缓存的数据以第二预设数据量为写入单位，写入所述固态硬盘的NAND闪存单元中。
8.根据权利要求7所述的控制器，其特征在于，所述控制器还包括：
写入条件检测模块，用于在将所述DRAM缓存单元中缓存的数据以所述第二预设数据量为写入单位，写入所述固态硬盘的NAND闪存单元中之前，检测所述固态硬盘是否符合预设的写入条件。
9.根据权利要求8所述的控制器，其特征在于，所述写入条件检测模块检测所述固态硬盘是否符合预设的写入条件，包括：
获取所述固态硬盘的运行状态；
判断所述固态硬盘的运行状态是否为空闲状态；
若所述固态硬盘的运行状态为空闲状态，则确定所述固态硬盘符合预设的写入条件。
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