CN112015338A - 一种非易失性存储器查表巡检方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种非易失性存储器查表巡检方法,本方法适用于SSD后台全盘巡检方案,需要在SSD的GC模块建立一部分区域存储导入的前期错误偏向特性数据。前期测试数据可以是SSD前期在线收集的数据,也可以在出厂时根据前期测试预先导入。本发明最大的亮点在于:摒弃常规巡检的顺序巡检方案,在GC模块中建立一张可靠性风险等级表,在扫描每一个Block期间,按照导入的可靠性风险等级表进行查表扫描,能够最高效的判断当前Block是否达到GC标准,做到扫描尽量少的Page就触发GC,提高了巡检的效率和灵活性。
Description
技术领域
本发明涉及一种非易失性存储器查表巡检方法,本方法是基于非易失性存储器错误偏向特征而涉及的高效巡检方法,属于非易失性存储器固件应用技术领域。
背景技术
非易失性存储器不同于随机存储器(DRAM和SRAM)掉电之后数据会随之丢失的特点,非易失性存储器的数据可以做到离线保存。在信息社会高速发展的当今时代,大容量存储的场景越来越多:大数据、移动通信、人工智能等,这使得非易失性存储器的应用越来越广泛。
非易失性存储的种类繁多,包括PROM、EEPOM、EPROM和闪存存储器(Flash Memory)等。随着人们对于高速存储的不断要求,以闪存存储器为存储介质的存储***已经成为非易失性存储器市场的核心。
闪存存储器包括NAND型闪存存储器和NOR型闪存存储器,以NAND型闪存存储器为存储介质的SSD正逐渐成为当今存储市场的主流存储***。
SSD,全称为Solid State Disk,中文名称为固态硬盘。SSD具有高速,静音,抗震等优点,广泛应用于当今存储领域。图1为SSD的典型架构。从图中可以看出,SSD分为两大部分,一部分是存储阵列,目前大部分SSD的存储介质都是NAND闪存颗粒;另一部分为闪存控制器,主要对NAND闪存颗粒在生命周期内进行调节、管理和优化。在使用相同工艺层次的NAND闪存存储器的基础上,如何对其进行科学与高效的管理,是SSD性能的重要体现。
从图1可以看出,SSD控制器存在一个垃圾回收(GC)模块,这个模块的主要用来对用户数据进行搬移和更新,从而清理出无效区域,进行擦除,释放存储空间。做GC时SSD需要进行后台巡检,一但发现存在Page错误情况超出纠错码(ECC)的纠错能力范围或整个巡检区域的无效数据达到规定的‘水线’,就会进行GC,并将这些块标记坏块或者进行擦除。SSD的常规巡检依照Page号顺序扫描,通常要占用大量的后台资源。
发明内容
由于闪存存储器的工艺缺陷以及其内部的物理机制,发生的读写错误在Page/Word-Line(WL)维度上分布并不是均匀的,总存在一定区域的错误情况相对于其他区域来说更严重一些。基于闪存存储器的错误偏向信息,建立可靠性风险等级表,在SSD进行后台巡检时根据此表对巡检区域进行分层扫描,能够最高效发现错误无法纠正的Page或者最先达到Block的无效数据水线,最高效的判断当前巡检区域是否达到GC标准,做到扫描尽量少的区域就能够触发GC,提前跳出巡检,节省后台资源,提升SSD的整体性能。
所以本发明旨在提供一种基于非易失性闪存存储器错误偏向特征设计的高效查表巡检方法。
针对现有的SSD常规巡检方式,提供一种节省后台资源的高效查表巡检方式,根据前期收集的非易失性闪存存储器错误偏向特征数据形成可靠性风险等级表,在SSD的GC模块中建立一块存储区域将此表导入。在对每个区域进行巡检时查找此表进行分层扫描,最高效地做出GC判断。
为了解决所述技术问题,本发明采用的技术方案是:
一种非易失性存储器查表巡检方法,如图2所示,包括以下步骤:
S01)、在SSD控制器的GC模块预先建立一块区域,向此区域导入page可靠性风险等级表,page可靠性风险等级表基于非易失性闪存存储器的错误偏向特征数据形成;
S02)、等待当前巡检时间节点,达到后查找page可靠性风险等级表,开始巡检第一个block;
S03)、在GC模块查找可靠性等级最高的区域,在当前block中扫描此区域,判断扫描page的错误情况是否超出纠错码规定的纠错预警线,是则执行步骤S06,否则执行步骤S04;
S04)、判断当前block是否扫描完毕,是则执行步骤S08,否则执行步骤S05;
S05)、在GC模块查找可靠性风险低一级的区域,在当前block中扫描此区域,判断扫描page的错误情况是否超出纠错预警线,是则执行步骤S06,否则执行步骤S04;
S06)、将对应page的数据进行纠错和搬移,判断当前的block是否达到了GC标准,是则执行步骤S07,否则执行步骤S04;
S07)、跳出当前block的巡检,将此block标记为坏块或者进行擦除,更新page可靠性风险等级表;
S08)、判断全盘扫描是否完毕,是则执行步骤S09,否则开始巡检下一个block,然后执行步骤S03;
S09)、结束此轮巡检,更新GC模块中的可靠性风险等级表,等待下一轮巡检。
进一步的,非易失性闪存存储器的错误偏向特征数据通过SSD前期在线收集形成或者在出厂时根据前期测试导入。
进一步的,得出page可靠性风险等级表的过程为:对具有不同磨损次数的block进行测试,测试条件是数据保持时间,从而统计具有不同磨损次数的block在相应数据保持时间下出现最大比特错误的page,即在不同的磨损次数和保持时长情况下统计最大错误码字的位置分布,根据本测试结果划分不同page区域并统计区域内page出现最大比特错误的概率,从而形成page可靠性风险等级表。
进一步的,步骤S06中的GC标准为:page的错误情况超过当前纠错码最大纠错能力或者当前block的无效数据达到了擦除标准,超出纠错预警线的page会被设定为无效数据进行搬移,纠错码的最大纠错能力高于纠错预警线。
进一步的,前期的可靠性风险等级区域划分用当前区域出现可靠性最差Page的概率近似表征。
进一步的,若SSD的纠错码长度打不到整个page的长度,判断page的错误情况与判断page包含的所***字的错误情况含义一致。
进一步的,可靠性风险等级表在每一轮巡检过程中都不断更新。
本发明的有益效果:本发明适用于SSD后台全盘巡检方案,需要在SSD的GC模块建立一部分区域存储导入的前期错误偏向特性数据。前期测试数据可以是SSD前期在线收集的数据,也可以在出厂时根据前期测试预先导入。本发明最大的亮点在于:摒弃常规巡检的顺序巡检方案,在GC模块中建立一张可靠性风险等级表,在扫描每一个Block期间,按照导入的可靠性风险等级表进行查表扫描,能够最高效的判断当前Block是否达到GC标准,做到扫描尽量少的Page就触发GC,提高了巡检的效率和灵活性。
附图说明
图1是SSD的经典架构示意图;
图2是本发明方法的流程图;
图3是整个Block中字线(Word-Line,包含三个Page的数据)的错误分布图;
图4是错误情况最差的Page分布散点图;
图5是基于图4的概率分布饼图;
图6是基于图5建立的可靠性风险等级表;
图7为实施例1的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例1
闪存存储器存在错误偏向特征,在图3所示的基于三维NAND闪存存储器Block区域的Word-Line(包含三个Page的数据)错误分布图中可以看到,对于前面和后段的Word-Line的错误情况比中间的Word-Line出错情况更严重一些。图4收集了更为详细的数据,将一个Page划分为对应于纠错码长度的四个码字,在不同的磨损次数和保持时长情况下统计最大错误码字所处page的位置分布,图4中右边的数据标签含义为Block号-磨损次数,根据图4进行风险等级区域划分并得出不同page区域出现最大比特错误的概率,本实施例中,采用图5所示的错误分布概率饼图表示不同page区域出现最大比特错误的概率。
基于收集的数据,建立如图6的Page可靠性风险等级表。该表中,Page550-page576区域出现最大比特错误的概率最高,所以其风险等级最高,N=1,page1-page20区域出现最大比特错误的概率次高,其风险等级第二,N=2。以此类推,page401-page549、page301-page400、page21-page300区域的风险等级依次减小。
根据本发明的发明内容,实施案例以如下步骤进行(图7):
步骤1、将建立好的图6的Page可靠性风险等级表导入GC模块;
步骤2、从巡检区域的Block(0)开始巡检;
步骤3、查找可靠性风险等级表中风险等级N=1的Page区域,在当前Block对此区域的第一个Page(550)开始进行扫描;
步骤4、判断Page的错误情况超出纠错码规定的纠错预警线,是则执行步骤8,不是则执行步骤5;
步骤5、当前风险等级区域的所有Page是否扫描完成,是则执行步骤6,不是则Page(n)=Page(n+1),然后执行步骤4;
步骤6、判断当前Block所有区域是否扫描完成,是则执行步骤10,不是则执行步骤7;
步骤7、查找可靠性风险等级表中风险等级N=N+1的Page区域,在当前Block对此区域的第一个Page开始进行扫描,然后执行步骤4;
步骤8、将对应Page的数据进行纠错和搬移,判断当前Block是否达到了GC标准,是则执行步骤9,不是则执行步骤5;
步骤9、跳出当前Block的扫描,将此Block标记为坏块或擦除,更新模块中的可靠性风险等级表;
步骤10、判断全盘巡检是否结束,是则执行步骤11,不是则Block(n)=Block(n+1),然后执行步骤3;
步骤11、结束此轮巡检,更新模块中的Page可靠性风险等级表,等待下一轮巡检。
本实施例中,GC标准为:page的错误情况超过当前纠错码最大纠错能力或者当前block的无效数据达到了擦除标准,超出纠错预警线的page会被设定为无效数据进行搬移,纠错码的最大纠错能力高于纠错预警线。
巡检中,SSD的纠错码长度往往达不到整个Page的长度,判断Page的错误情况与判断Page包含的所***字的错误情况含义一致。
本实施例中,在SSD的GC模块中导入的可靠性风险等级表在每一轮巡检过程中都不断更新,以便在接下来的查表巡检中参考的表是最全面的。
本实施例所述方法根据可靠性风险等级表,在扫描每一个Block时,根据错误的严重程度依次从最差的区域到表现最好的区域进行分层扫描,能够以最高效的方式判断整个Block是否达到GC标准,并做到扫描尽量少的Page就能够触发GC。在扫描每一个Block过程中,都能及时更新可靠性风险等级表,最到科学的查表巡检。
以上描述的仅是本发明的基本原理和优选实施例,本领域技术人员根据本发明做出的改进和替换,属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种非易失性存储器查表巡检方法,其特征在于:包括以下步骤:
S01)、在SSD控制器的GC模块预先建立一块区域,向此区域导入page可靠性风险等级表,page可靠性风险等级表基于非易失性闪存存储器的错误偏向特征数据形成;
S02)、等待当前巡检时间节点,达到后查找page可靠性风险等级表,开始巡检第一个block;
S03)、在GC模块查找可靠性风险等级最高的区域,在当前block中扫描此区域,判断扫描page的错误情况是否超出纠错码规定的纠错预警线,是则执行步骤S06,否则执行步骤S04;
S04)、判断当前block是否扫描完毕,是则执行步骤S08,否则执行步骤S05;
S05)、在GC模块查找可靠性风险程度低一级的区域,在当前block中扫描此区域,判断扫描page的错误情况是否超出纠错码规定的预警线,是则执行步骤S06,否则执行步骤S04;
S06)、将对应page的数据进行纠错和搬移,判断当前的block是否达到了GC标准,是则执行步骤S07,否则执行步骤S04;
S07)、跳出当前block的巡检,将此block标记为坏块或者进行擦除,更新page可靠性风险等级表;
S08)、判断全盘扫描是否完毕,是则执行步骤S09,否则开始巡检下一个block,然后执行步骤S03;
S09)、结束此轮巡检,更新GC模块中的可靠性风险等级表,等待下一轮巡检。
2.根据权利要求1所述的非易失性存储器查表巡检方法,其特征在于:非易失性闪存存储器的错误偏向特征数据通过SSD前期在线收集或者在出厂时根据前期测试导入。
3.根据权利要求1或2所述的非易失性存储器查表巡检方法,其特征在于:得出page可靠性风险等级表的过程为:对具有不同磨损次数的block进行测试,测试条件是数据保持时间,从而统计具有不同磨损次数的block在相应数据保持时间下出现最大比特错误的page,即在不同的磨损次数和保持时长情况下统计最大错误码字的位置分布,根据本测试结果划分不同的page区域并统计区域内page出现最大比特错误的概率,从而形成page可靠性风险等级表。
4.根据权利要求1所述的非易失性存储器查表巡检方法,其特征在于:步骤S06中的GC标准为:page的错误情况超过当前纠错码最大纠错能力或者当前block的无效数据达到了擦除标准,超出纠错预警线的page会被设定为无效数据进行搬移,纠错码的最大纠错能力高于纠错预警线。
5.根据权利要求1所述的非易失性存储器查表巡检方法,其特征在于:前期的可靠性风险等级区域划分用当前区域出现可靠性最差page的概率近似表征。
6.根据权利要求1所述的非易失性存储器查表巡检方法,其特征在于:若SSD的纠错码长度打不到整个page的长度,判断page的错误情况与判断page包含的所***字的错误情况含义一致。
7.根据权利要求1所述的非易失性存储器查表巡检方法,其特征在于:可靠性风险等级表在每一轮巡检过程中都不断更新。
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