CN113793636B - 一种闪存块磨损度的评估方法及固态硬盘 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种闪存块磨损度的评估方法及固态硬盘，获取闪存块在刚注入电子后的电子泄漏程度值；获取已注入电子的闪存块的电子泄漏趋向值；根据闪存块的电子泄漏程度值和电子泄漏趋向值，评估闪存块的磨损度。可见，本申请从闪存块的电子泄漏程度值和电子泄漏趋向值两个维度评估闪存块的磨损度，相比于单一擦除次数作为磨损评估指标，从两个维度评估磨损度更为全面和精准，使得磨损均衡效果较好，进而增加了固态硬盘的整体寿命。
Description
技术领域
本发明涉及固态存储领域，特别是涉及一种闪存块磨损度的评估方法及固态硬盘。
背景技术
闪存包含多个闪存块(Block)，每个闪存块包含多个闪存页(Page)。闪存块是闪存擦除的基本单位，当一个闪存页被写入数据后，只有在所在闪存块进行了擦除操作之后，才可进行新的写入操作。
目前，对于基于闪存的固态硬盘(采用闪存芯片作为存储介质的固态硬盘)，各闪存块的磨损均衡是保证固态硬盘存储可靠性的关键因素。为了实现对各闪存块的磨损进行均衡控制，需准确评估各闪存块的磨损度，这也有助于基于各闪存块的磨损度评估固态硬盘的寿命。
现有技术中，通常基于闪存块的擦除次数评估闪存块的磨损度，闪存块的擦除次数越多，闪存块的磨损情况越严重。但是，只有单一擦除次数作为磨损评估指标不够全面和精准，从而影响磨损均衡效果，进而影响固态硬盘的整体寿命。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域的技术人员目前需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种闪存块磨损度的评估方法及固态硬盘，从闪存块的电子泄漏程度值和电子泄漏趋向值两个维度评估闪存块的磨损度，相比于单一擦除次数作为磨损评估指标，从两个维度评估磨损度更为全面和精准，使得磨损均衡效果较好，进而增加了固态硬盘的整体寿命。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种闪存块磨损度的评估方法，包括：
获取闪存块在刚注入电子后的电子泄漏程度值；
获取已注入电子的所述闪存块的电子泄漏趋向值；
根据所述闪存块的电子泄漏程度值和电子泄漏趋向值，评估所述闪存块的磨损度。
优选地，获取闪存块在刚注入电子后的电子泄漏程度值，包括：
获取所述闪存块的擦除次数，并获取所述闪存块在刚注入电子后的初始错误比特评估值；
根据所述擦除次数和所述初始错误比特评估值，确定所述闪存块在刚注入电子后的电子泄漏程度值；其中，所述擦除次数和所述初始错误比特评估值与所述电子泄漏程度值之间呈正相关关系。
优选地，获取所述闪存块在刚注入电子后的初始错误比特评估值，包括：
获取所述闪存块在刚注入电子后的IRBER值或IFBC值，并获取所述闪存块在刚注入电子后的温度值；
根据所述温度值相应对所述IRBER值或IFBC值进行修正，得到所述闪存块在刚注入电子后的IRBER修正值或IFBC修正值，并将所述IRBER修正值或所述IFBC修正值作为所述初始错误比特评估值。
优选地，根据所述擦除次数和所述初始错误比特评估值，确定所述闪存块在刚注入电子后的电子泄漏程度值，包括：
根据LL＝EPC*δ*IRBER或LL＝EPC*δ*IFBC计算所述闪存块在刚注入电子后的电子泄漏程度值LL；
其中，EPC为所述擦除次数；δ*IRBER为所述IRBER修正值；δ*IFBC为所述IFBC修正值；δ为所述温度值对应的第一温度补偿系数。
优选地，获取已注入电子的所述闪存块的电子泄漏趋向值，包括：
获取已注入电子的所述闪存块在预设时间内的单位错误比特增长评估值，并获取所述闪存块在所述预设时间内的平均温度值；
根据所述平均温度值对所述单位错误比特增长评估值进行修正，得到所述闪存块在所述预设时间内的电子泄漏趋向值。
优选地，获取已注入电子的所述闪存块在预设时间内的单位错误比特增长评估值，包括：
获取已注入电子的所述闪存块在预设时间内的RBER增长量或FBC增长量；
将所述RBER增长量或所述FBC增长量除以所述预设时间，相应得到所述闪存块在单位时间内的RBER增长速率或FBC增长速率，并将所述RBER增长速率或所述FBC增长速率作为所述单位错误比特增长评估值。
优选地，根据所述平均温度值对所述单位错误比特增长评估值进行修正，得到所述闪存块在所述预设时间内的电子泄漏趋向值，包括：
判断所述平均温度值是否大于预设标准温度；
若是，则根据或/>计算所述闪存块在所述预设时间内的电子泄漏趋向值LT；其中，△t为所述预设时间；ΔRBER为所述RBER增长量；△FBC为所述FBC增长量；γ为所述平均温度值对应的第二温度补偿系数，γ＜1；
若否，则根据或/>计算所述闪存块在所述预设时间内的电子泄漏趋向值LT。
优选地，所述闪存块磨损度的评估方法还包括：
将所述闪存块对应的预设纠错能力阈值RBER'或FBC'相应减去所述闪存块当前的RBER值或FBC值，得到所述闪存块当前的RBER增长余量或FBC增长余量；
将所述闪存块当前的RBER增长余量或FBC增长余量相应除以所述闪存块当前的RBER增长速率或FBC增长速率，得到所述闪存块当前的数据剩余保持时间。
优选地，根据所述闪存块的电子泄漏程度值和电子泄漏趋向值，评估所述闪存块的磨损度，包括：
根据Pa＝(α*LL，β*LT)计算所述闪存块的磨损度Pa；其中，LL为所述闪存块的电子泄漏程度值；LT为所述闪存块的电子泄漏趋向值；Pa为LL和LT的二维值；α和β为用于调整LL和LT比例关系的比例因子；LL和LT越大，所述闪存块的磨损情况越严重。
为解决上述技术问题，本发明还提供了一种固态硬盘，包括：
闪存；
控制器，用于在执行所述计算机程序时实现上述任一种闪存块磨损度的评估方法的步骤。
本发明提供了一种闪存块磨损度的评估方法，获取闪存块在刚注入电子后的电子泄漏程度值；获取已注入电子的闪存块的电子泄漏趋向值；根据闪存块的电子泄漏程度值和电子泄漏趋向值，评估闪存块的磨损度。可见，本申请从闪存块的电子泄漏程度值和电子泄漏趋向值两个维度评估闪存块的磨损度，相比于单一擦除次数作为磨损评估指标，从两个维度评估磨损度更为全面和精准，使得磨损均衡效果较好，进而增加了固态硬盘的整体寿命。
本发明还提供了一种固态硬盘，与上述磨损度评估方法具有相同的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，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闪存块磨损度的评估方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种存储单元的电子泄漏示意图；
图3为本发明实施例提供的一种在相同DR条件和EPC下，不同闪存块的RBER对比图；
图4为本发明实施例提供的一种在相同EPC和不同温度下，同一闪存块的DR时间与RBER的关系示意图；
图5为本发明实施例提供的一种在相同EPC和不同DR条件下，不同闪存块的RBER对比图；
图6为本发明实施例提供的一种闪存块A和闪存块B在不同DR条件下的RBER对比图；
图7为本发明实施例提供的一种闪存块的DR时间和RBER的关系示意图；
图8为本发明实施例提供的一种闪存块的磨损度的二维图；
图9为本发明实施例提供的一种固态硬盘SSD的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的一种固态硬盘SSD的具体结构示意图；
图11为本发明实施例提供的一种固态硬盘SSD的概念图；
图12为本发明实施例提供的一种ΔRBER参数的获取原理图；
图13为本发明实施例提供的一种维护表的维护流程图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种闪存块磨损度的评估方法及固态硬盘，从闪存块的电子泄漏程度值和电子泄漏趋向值两个维度评估闪存块的磨损度，相比于单一擦除次数作为磨损评估指标，从两个维度评估磨损度更为全面和精准，使得磨损均衡效果较好，进而增加了固态硬盘的整体寿命。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1，图1为本发明实施例提供的一种闪存块磨损度的评估方法的流程图。
该闪存块磨损度的评估方法包括：
步骤S1：获取闪存块在刚注入电子后的电子泄漏程度值。
步骤S2：获取已注入电子的闪存块的电子泄漏趋向值。
步骤S3：根据闪存块的电子泄漏程度值和电子泄漏趋向值，评估闪存块的磨损度。
具体地，闪存是非易性存储介质，其使用非常广泛，适用于各种存储场合，就其架构来说，通常分为SLC(Single-Level Cell，单层存储单元，指的是1个存储单元可存放1个比特的数据，有0和1两种情况)、MLC(Multi-Level Cell，双层存储单元，指的是1个存储单元可存放2个比特的数据，有(11，10，01，00)四种情况)及TLC(Triple-Level Cell，三层存储单元，指的是1个存储单元可存放3个比特的数据，有(000，001，010，011，100，101，110，111)8种情况)三种。
对于SLC闪存，闪存块中每个闪存页用于存储单比特数据。对于MLC闪存，每个数据块内包含两大类页，分别称为MSB(Most Significant Bit，最高有效位)页和LSB(LeastSignificant Bit，最低有效位)页，MSB页用于存储双比特位中的高比特位，LSB页用于存储双比特位中的低比特位；也就是说，MSB页和LSB页为一对页，MSB页中的高比特位和LSB页中与之对应的低比特位才能组成完整的双比特位。对于TLC闪存，每个数据块内包含三大类页，分别称为MSB(Most Significant Bit，最高有效位)页、CSB(Central SignificantBit，中央有效位)页及LSB(Least Significant Bit，最低有效位)页，MSB页用于存储三比特位中的高比特位，CSB页用于存储三比特位中的中间比特位，LSB页用于存储三比特位中的低比特位；也就是说，MSB页、CSB页及LSB页为一对页，MSB页中的高比特位、CSB页中与之对应的中间比特位及LSB页中与之对应的低比特位才能组成完整的三比特位。
闪存实际是在一个存储单元(Cell)内存储电子，存储电子的数量呈现为电压值，以通过电压值表达存储的比特值。闪存错误主要是由于电子泄漏使存储单元的电压发生变化而导致读误判，即出现错误比特值，如错误比特数大于读取装置的纠错能力，那么闪存不可用。
而磨损是影响存储单元的电子存储能力的主要因素。为了便于理解，如图2所示，存储单元相当于一个带有门的房间，写操作是注入电子，目标是注入100个电子，但由于磨损等原因，实际完成时只注入了90个电子(以TLC为例，此时读取这个存储单元的3个比特位，对外表现出1个比特位错误)，随着时间不断有电子逃逸，再读取时只剩余80个电子(此时读取这个存储单元的3个比特位，对外表现出2个比特位错误)。则可以理解的是，闪存块的磨损度可采用闪存块的电子泄漏程度值和电子泄漏趋向值两个维度来评估；其中，闪存块的电子泄漏程度值表征的是闪存块刚注入电子后的初始状态(电子注入的实际数量与预期注入数量的差异)，外在表现为闪存块刚写入数据后的初始错误比特数；闪存块的电子泄漏趋向值表征的是已注入电子的闪存块的状态变化(电子逃逸速度)，外在表现为在初始错误比特数的基础上，错误比特数不断增加。
基于此，本申请获取闪存块在刚注入电子后的电子泄漏程度值(每次刚注入电子后均可获取本次对应的电子泄漏程度值)，并获取已注入电子的闪存块的电子泄漏趋向值，然后根据闪存块的电子泄漏程度值和电子泄漏趋向值，评估闪存块的磨损度(闪存块的电子泄漏程度值和电子泄漏趋向值越大，闪存块的磨损情况越严重，一旦闪存块的电子泄漏程度值和电子泄漏趋向值发生改变，闪存块的磨损情况也随之发生变化)，从而实现固态硬盘内各闪存块的磨损度的均衡控制。
可见，本申请从闪存块的电子泄漏程度值和电子泄漏趋向值两个维度评估闪存块的磨损度，相比于单一擦除次数作为磨损评估指标，从两个维度评估磨损度更为全面和精准，使得磨损均衡效果较好，进而增加了固态硬盘的整体寿命。
在上述实施例的基础上：
作为一种可选的实施例，获取闪存块在刚注入电子后的电子泄漏程度值，包括：
获取闪存块的擦除次数，并获取闪存块在刚注入电子后的初始错误比特评估值；
根据擦除次数和初始错误比特评估值，确定闪存块在刚注入电子后的电子泄漏程度值；其中，擦除次数和初始错误比特评估值与电子泄漏程度值之间呈正相关关系。
具体地，考虑到闪存块的擦除次数与闪存块在刚注入电子后的电子泄漏程度值之间呈正相关关系，即闪存块的擦除次数越多，说明闪存块在刚注入电子后的电子泄漏程度值越大；闪存块在刚注入电子后的初始错误比特评估值与闪存块在刚注入电子后的电子泄漏程度值之间也呈正相关关系，即闪存块在刚注入电子后的初始错误比特评估值越大，说明闪存块在刚注入电子后的电子泄漏程度值越大，所以本申请获取闪存块的擦除次数，并获取闪存块在刚注入电子后的初始错误比特评估值，然后根据闪存块的擦除次数和闪存块在刚注入电子后的初始错误比特评估值，可确定出闪存块在刚注入电子后的电子泄漏程度值。
作为一种可选的实施例，获取闪存块在刚注入电子后的初始错误比特评估值，包括：
获取闪存块在刚注入电子后的IRBER值或IFBC值，并获取闪存块在刚注入电子后的温度值；
根据温度值相应对IRBER值或IFBC值进行修正，得到闪存块在刚注入电子后的IRBER修正值或IFBC修正值，并将IRBER修正值或IFBC修正值作为初始错误比特评估值。
具体地，如图3所示，在相同DR(Data Retention，数据保持)条件和EPC(Erase-Program Cycles，擦除次数)下，不同闪存块的RBER(Raw Bit Error Rate，原始比特错误率)有所不同。比如，在标称EPC下，闪存块B0、B1、B2的RBER不同，故而引入RBER作为磨损评估指标具有可行性：RBER体现不同闪存块的磨损情况。
对闪存特性进行研究发现，RBER在实际应用中，会与DR条件(包括但不限于存储时间和温度)强相关。如图4所示，同一闪存块在相同EPC、不同温度(T)下，DR时间(t)与RBER的关系示意图。从图4横轴可以看出，当闪存块的DR时间越长，闪存块的RBER越大，如在同一温度T0下，RBER(T0,t2)>RBER(T0,t1)>RBER(T0,t0)。从图4纵轴可以看出，闪存块的温度越高，闪存块的RBER越大，同时也是DR时间越短，如在同一时刻t0下，RBER(T2,t0)>RBER(T1,t0)>RBER(T0,t0)。
可见，如果用RBER作为磨损评估指标，必须要考虑DR条件的影响。如图5所示，从属性角度，RBER(BlockB)>RBER(BlockA)，但在不同DR条件(不同温度及不同时间)、不同闪存块下，读取RBER后比较：RBER(BlockB,T0,t2)>RBER(BlockA,T2,t0)>RBER(BlockB,T0,t0)>RBER(BlockA,T0,t0)，显然完全不同的结论。比如，如图6所示，闪存块A写入数据1天后，闪存块B有数据写入，且闪存块A写入数据的这1天内都是处于较高温度(50℃)，而闪存块B写入数据后1天都是处于常温(25℃)，此时闪存块A的RBER(BlockA)与闪存块B的RBER(BlockB)相比，极有可能RBER(BlockA)>RBER(BlockB)。因此，如果用RBER作为磨损评估指标，需要抽取出无DR条件影响的数值，或者基于同样的DR条件，才具有可比性和可用性，同时DR条件的影响具有时限性：重新擦除后DR条件的影响归零。如图7所示(横轴是数据保持时间，纵轴是RBER；当数据写入后，有IRBER(Initial Raw Bit Error Rate，初始原始错误比特率)，随着时间增加，错误比特增加，即体现为RBER增加，其增加曲线受温度影响，该图没有表达，温度部分参考图4)，在相同的EPC下，引入IRBER，可以极大的排除DR条件的影响，精确体现闪存块磨损基础程度。
基于此，本申请获取闪存块在刚注入电子后的IRBER值(刚写入数据后的初始RBER值)，并获取闪存块在刚注入电子后的温度值T1，然后根据温度值T1对应修正IRBER值(减少温度影响)，得到闪存块在刚注入电子后的IRBER修正值，闪存块在刚注入电子后的IRBER修正值即为闪存块在刚注入电子后的初始错误比特评估值。
则任一闪存块在刚注入电子后的电子泄漏程度值LL(Leakage Level，泄漏程度)的计算关系式可表示为：LL＝f(EPC)*f(f1(T1)*IRBER)，表示电子泄漏程度值LL是EPC和IRBER的函数关系，需要说明的是，闪存块的EPC和IRBER与LL之间呈正相关关系。另外，由于闪存块在刚注入电子后的IRBER值受温度影响，所以本申请还设置第一温度补偿系数f1(T1)，以通过第一温度补偿系数f1(T1)对IRBER值进行修正，从而尽可能减少温度对IRBER值的影响。
需要说明的是，闪存块的FBC(Failure Bit Counter，错误比特数量)和RBER具有类似意义，FBC与RBER的关系可以表达为FBC＝RBER*BitCNT，BitCNT为闪存块的总比特数。因此，本实施例中所提及的RBER均可用FBC替代表达，同理，IRBER也可用IFBC(InitialFailure Bit Counter，初始错误比特数量)替代表达。
作为一种可选的实施例，根据擦除次数和初始错误比特评估值，确定闪存块在刚注入电子后的电子泄漏程度值，包括：
根据LL＝EPC*δ*IRBER或LL＝EPC*δ*IFBC计算闪存块在刚注入电子后的电子泄漏程度值LL；
其中，EPC为擦除次数；δ*IRBER为IRBER修正值；δ*IFBC为IFBC修正值；δ为温度值对应的第一温度补偿系数。
具体地，闪存块在刚注入电子后的电子泄漏程度值LL的计算关系式具体为：LL＝EPC*δ*IRBER或LL＝EPC*δ*IFBC；其中，δ为温度值T1对应的第一温度补偿系数，如δ∈{1.1,1.2,1.3,1.4……}(T1＝40℃,50℃,60℃,70℃……)，即T1＝40℃时，δ取1.1；T1＝50℃时，δ取1.2；T1＝60℃时，δ取1.3；T1＝70℃时，δ取1.4……(当然，δ也可以进行其它补偿数值设置，根据实际需求设定)。
另外，闪存块在刚注入电子后的电子泄漏程度值LL的计算关系式也可为：LL＝EPC+k*(δ*IRBER)，k为预设系数；LL＝i*EPC+j(δ*IRBER)，i、j为预设系数，只要是表示EPC、IRBER(或IFBC)与LL之间呈正相关关系的关系式，均可以考虑。
作为一种可选的实施例，获取已注入电子的闪存块的电子泄漏趋向值，包括：
获取已注入电子的闪存块在预设时间内的单位错误比特增长评估值，并获取闪存块在预设时间内的平均温度值；
根据平均温度值对单位错误比特增长评估值进行修正，得到闪存块在预设时间内的电子泄漏趋向值。
具体地，闪存块的电子泄漏趋向值表征的是电子逃逸速度，而随着闪存块内电子逃逸，会出现越来越多的错误比特，所以可用闪存块在预设时间内的单位错误比特增长评估值来体现闪存块在预设时间内的电子逃逸速度。
基于此，本申请获取已注入电子的闪存块在预设时间内的单位错误比特增长评估值，并为减少温度影响，本申请还获取闪存块在预设时间内的平均温度值T2，然后根据闪存块在预设时间内的平均温度值T2对闪存块在预设时间内的单位错误比特增长评估值进行修正，修正结果即为闪存块在预设时间内的电子泄漏趋向值。
作为一种可选的实施例，获取已注入电子的闪存块在预设时间内的单位错误比特增长评估值，包括：
获取已注入电子的闪存块在预设时间内的RBER增长量或FBC增长量；
将RBER增长量或FBC增长量除以预设时间，相应得到闪存块在单位时间内的RBER增长速率或FBC增长速率，并将RBER增长速率或FBC增长速率作为单位错误比特增长评估值。
具体地，闪存块在预设时间内的单位错误比特增长评估值可表示为：ΔRBER为闪存块在预设时间Δt内的RBER增长量(ΔRBER的速度精确性取决Δt的取值，闪存块之间取Δt值保持一致性，其具体值由具体实施例业务类型所确定，比如24小时，甚至30天均可考虑)，即本申请获取已注入电子的闪存块在预设时间Δt内的RBER增长量，将RBER增长量除以预设时间Δt，得到闪存块在单位时间内的RBER增长速率，闪存块在单位时间内的RBER增长速率即为闪存块在预设时间内的单位错误比特增长评估值。
则任一闪存块在预设时间Δt内的电子泄漏趋向值LT(Leakage Trend，泄漏趋向)的计算关系式可表示为：LT＝f(ΔRBER/Δt)*f2(T2)，表示电子泄漏趋向值LT是ΔRBER/Δt(RBER增长速率)的函数关系，需要说明的是，闪存块的ΔRBER/Δt与LT之间呈正相关关系。另外，由于闪存块在预设时间Δt内的RBER增长量ΔRBER受温度影响，所以本申请还设置第二温度补偿系数f1(T2)，以通过第二温度补偿系数f1(T2)对ΔRBER值进行修正，从而尽可能减少温度对ΔRBER值的影响。
综上，为了精准评估错误比特数增加速度，上述排除DR条件(主要是时间和温度)影响的方式为：减少时间影响是通过引入这种单位时间内的增率来计算评估；减少温度影响是通过引入温度作为补偿系数因子来计算评估，如参考图4，/>表达的是图中阶段性的线斜率，温度越高，线的斜率会越大，故而用温度作为补偿系数因子来“拉回”因温度高带来的斜率变大。
需要说明的是，闪存块的FBC和RBER具有类似意义，因此，本实施例中所提及的RBER均可用FBC替代表达，同理，ΔRBER也可用ΔFBC替代表达。
作为一种可选的实施例，根据平均温度值对单位错误比特增长评估值进行修正，得到闪存块在预设时间内的电子泄漏趋向值，包括：
判断平均温度值是否大于预设标准温度；
若是，则根据或/>计算闪存块在预设时间内的电子泄漏趋向值LT；其中，Δt为预设时间；ΔRBER为RBER增长量；△FBC为FBC增长量；γ为平均温度值对应的第二温度补偿系数，γ＜1；
若否，则根据或/>计算闪存块在预设时间内的电子泄漏趋向值LT。
具体地，闪存块在预设时间Δt内的电子泄漏趋向值LT的计算关系式具体为：当闪存块在预设时间Δt内的平均温度值T2大于预设标准温度(25℃)时，或γ为平均温度值T2对应的第二温度补偿系数，γ＜1，如γ∈{0.9,0.8,0.7,0.6……}(T2＝40℃，50℃，60℃，70℃……)，即T2＝40℃时，γ取0.9；T2＝50℃时，γ取0.8；T2＝60℃时，γ取0.7；T2＝70℃时，γ取0.6……(当然，γ也可以进行其它补偿数值设置，只要是符合还原标准温度下的RBER增速均可考虑)；当闪存块在预设时间Δt内的平均温度值T2不大于预设标准温度时，/>或/>
作为一种可选的实施例，闪存块磨损度的评估方法还包括：
将闪存块对应的预设纠错能力阈值RBER'或FBC'相应减去闪存块当前的RBER值或FBC值，得到闪存块当前的RBER增长余量或FBC增长余量；
将闪存块当前的RBER增长余量或FBC增长余量相应除以闪存块当前的RBER增长速率或FBC增长速率，得到闪存块当前的数据剩余保持时间。
进一步地，闪存块的标称可靠性是指：在标称擦除次数和读取装置的纠错能力要求下具有的数据保持时间。所有闪存块都有标称最大保持时间，这因为RBER增加和时间是呈正比的，在足够长的时间下，RBER必然超过读取装置的纠错能力阈值(设为RBER')。
基于此，本申请将闪存块对应的纠错能力阈值RBER'减去闪存块当前的RBER值，得到闪存块当前的RBER增长余量，然后将闪存块当前的RBER增长余量除以闪存块当前的RBER增长速率，得到闪存块当前的数据剩余保持时间。
需要说明的是，闪存块的FBC和RBER具有类似意义，因此，本实施例中所提及的RBER均可用FBC替代表达，同理，RBER'也可用FBC'替代表达。
作为一种可选的实施例，根据闪存块的电子泄漏程度值和电子泄漏趋向值，评估闪存块的磨损度，包括：
根据Pa＝(α*LL，β*LT)计算闪存块的磨损度Pa；其中，LL为闪存块的电子泄漏程度值；LT为闪存块的电子泄漏趋向值；Pa为LL和LT的二维值；α和β为用于调整LL和LT比例关系的比例因子；LL和LT越大，闪存块的磨损情况越严重。
具体地，虽然闪存块的电子泄漏程度值LL与闪存块的电子泄漏趋向值LT之间有一定关联度，但不能通过简单数学表达，故以二维值表达磨损度Pa＝(α*LL，β*LT)，如图8所示。
需要说明的是，α和β是比例因子，用于调整LL和LT的比例关系。一般地，α＝1-β，α,β∈{0.1,0.2,0.3,0.4……0.9}；具体地，可以预设比例因子的大小，用于调整不同的设计需求，比如，有的闪存处于工作温度较高的场所，则电子泄漏趋向值LT占比需要调高，α<β，β取0.6,0.7等(可以根据温度高低设定比例)；有的闪存是新型的QLC(Quadriply-LevelCell，四层存储单元，指的是1个存储单元可存放4个比特的数据)，标称值较小，则电子泄漏程度值LL占比需要调高，α>β，α取0.6,0.7等。
另外，基于闪存的固态硬盘通常指的是SSD(Solid State Disk，固态驱动器)，如图9所示，固态硬盘SSD包括：1)SSD Controller(固态硬盘控制器)：作为控制运算单元，管理SSD内部***；2)NAND Flash Array(非易失性闪存阵列)：作为存储单元，存储数据(用户数据和***数据)，一般呈现多个闪存通道(Channel，简写为CH)，一个通道独立连接一组NAND Flash Array，如图9中CH0/CH1······CHx；其中，NAND Flash(闪存)的特性是写入之前必须进行擦除，且每个闪存擦除次数有限；3)DDR(Double Data Rate，双倍速率同步动态随机存储器)/DRAM(Dynamic Random Access Memory，动态随机存取存储器)：作为缓存使用；4)Connector(连接器)：用于连接主机，如PC(Personal Computer，个人计算机)或者服务器；5)其他***单元，如PMIC(Power Management IC，电源管理集成电路)、OSC(Oscillator，晶振)、JTAG(Joint Test Action Group，联合测试工作组)接口、SPI(SerialPeripheral Interface，串行外设接口)接口、Sensor(传感器)及UART(UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器)接口等。
需要说明的是，上述实施例所提供的闪存块磨损度的评估方法均可由基于闪存的固态硬盘中的控制器编程或者硬件逻辑电路实现。具体地，如图10所示，Sensor为温感Sensor，用于获取闪存工作温度；DDR用于存放实时的维护表(将计算公式所涉及的相关参数用表进行维护，称之为维护表)。固态硬盘控制器包括：1)CPU(中央处理器)：用于运行计算机程序，如计算公式的执行、闪存块擦除次数的统计记录、获取外部参数(温度、RBER及IRBER)、获取内部参数(定时)及维护表的更新等；2)I2C控制器：CPU通过I2C控制器读取温感Sensor，以获得闪存工作温度；3)DDR控制器：CPU通过DDR控制器读取DDR，以获得维护表；4)定时器：设定固定时间，用于周期性操作和记录；5)RAM(RandomAccess Memory，随机存取存储器)：用于存放计算机程序、中间变量及数据；6)ECC Engine(纠错引擎)：用于纠错编解码，同时计算和输出闪存块的RBER和IRBER；7)FLC(闪存控制器)：用于读写闪存。
如图11所示，是图10的概念图，其中，数据存放模块：包括闪存阵列和DDR，用于存放EPC计数及维护表等；闪存属性获取模块：读取RBER和IRBER；时间属性获取模块：读取时间数据；温度属性获取模块：读取温度数据；计算模块：基于相关参数进行Pa，LL，LT等值的计算。
对于ΔRBER这一关键参数的具体获取原理为：如图12所示，Δt＝t1-t0，则ΔRBER是在t0和t1时刻分别获取闪存块的RBER后进行相减得到，故而需要记录t0时刻闪存块的RBER(t0)及t1时刻闪存块的RBER(t1)，当t1读完计算结束后，RBER(t1)又可以直接作为下阶段的t0值。而且，记录闪存块的RBER(t0)，还可以用于评估闪存块当前数据的可靠性，以及通过RBER(t0)+ΔRBER/Δt*t<RBER(DRt)可以预测闪存块的数据剩余保持时间t＝(RBER(DRt)－RBER(t0))÷(ΔRBER/Δt)；其中，RBER(DRt)为已知值，即纠错能力阈值。如果t0为刚写入后时刻，则IRBER＝RBER(t0)。
对于DDR存放的维护表，至少包含两张表：1)Pa参数表：该表含有闪存块和磨损度Pa之间的关系，并含有与Pa相关的计算因子值，如下表1所示，Pa参数表记录了α、β、EPC、IRBER及RBER(t0)，其中，RBER(t0)还记录了该值发生的时间戳t0＝PTS0。
表1
2)时间戳温度表：记录了按照固定时间周期(比如4小时)和掉电周期(PowerCycle)作为时间戳(TimeStamp)追踪的温度表，如下表2所示。
表2
/>
则计算某闪存块的Pa时，按照闪存块查表获得：EPC、IRBER及RBER(t0)，还需要获得该闪存块的RBER(t1)和t0到t1的平均温度值T：RBER(t1)需要时读取RBER，再查表获得t1＝PTS1，计算t0到t1的平均温度值T，从而可计算得到该闪存块的Pa。
另外，参考图13，维护表的维护流程为：
步骤S11：恢复维护表：上电后从闪存中读取历史维护表，更新上电周期数，按照设定的周期设置和启动定时器。需要说明的是，如果是首次上电，需初始化时间戳温度表和Pa参数表；按照设定的周期设置和启动定时器具体是指根据设定的周期设置和启动温度更新周期定时器和LT更新周期定时器；其中，设定周期是预先设计确定，一般是工程经验值。
步骤S12：更新维护表：1)温度更新周期内，读取和更新温度；其中，温度更新周期是通过温度更新周期定时器触发，由程序控制下读取和更新时间戳温度表；2)当擦写闪存块时，更新EPC，并读取和更新IRBER；其中，更新EPC是每擦写一次闪存块，对应擦写的闪存块的EPC加1；读取IRBER是当闪存块每次写入结束后，立即读取闪存块的IRBER，并更新到Pa参数表；3)LT更新周期内，读取对应闪存块RBER(t1)，计算和更新LT，以及更新RBER(t0)；其中，LT更新周期是由LT更新周期定时器触发；读取对应闪存块的RBER(t1)是在t1时刻通过图10所示装置完成；更新LT和RBER(t0)是根据计算公式计算LT，更新所得值到Pa参数表，并将RBER(t1)作为新的RBER(t0)更新到Pa参数表；4)当2)、3)任一发生时，计算并更新Pa，具体是根据计算公式计算Pa，并更新所得值到Pa参数表。
步骤S13：保存维护表：当掉电发生时，将实时维护表写入非易失性存储器(闪存)。可以理解的是，实时维护表写入非易失性存储器后，该表作为下次上电的历史维护表。
本申请还提供了一种固态硬盘，包括：
闪存；
控制器，用于在执行所述计算机程序时实现上述任一种闪存块磨损度的评估方法的步骤。
本申请提供的固态硬盘的介绍请参考上述磨损度评估方法的实施例，本申请在此不再赘述。
还需要说明的是，在本说明书中，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。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业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，在其他实施例中实现。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公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (5)
1.一种闪存块磨损度的评估方法，其特征在于，包括：
获取闪存块在刚注入电子后的电子泄漏程度值；
获取已注入电子的所述闪存块的电子泄漏趋向值；
根据所述闪存块的电子泄漏程度值和电子泄漏趋向值，评估所述闪存块的磨损度；
其中，获取闪存块在刚注入电子后的电子泄漏程度值，包括：
获取所述闪存块的擦除次数，并获取所述闪存块在刚注入电子后的初始错误比特评估值；
根据所述擦除次数和所述初始错误比特评估值，确定所述闪存块在刚注入电子后的电子泄漏程度值；其中，所述擦除次数和所述初始错误比特评估值与所述电子泄漏程度值之间呈正相关关系；
其中，获取所述闪存块在刚注入电子后的初始错误比特评估值，包括：
获取所述闪存块在刚注入电子后的IRBER值或IFBC值，并获取所述闪存块在刚注入电子后的温度值；
根据所述温度值相应对所述IRBER值或IFBC值进行修正，得到所述闪存块在刚注入电子后的IRBER修正值或IFBC修正值，并将所述IRBER修正值或所述IFBC修正值作为所述初始错误比特评估值；
其中，根据所述擦除次数和所述初始错误比特评估值，确定所述闪存块在刚注入电子后的电子泄漏程度值，包括：
根据LL＝EPC*δ*IRBER或LL＝EPC*δ*IFBC计算所述闪存块在刚注入电子后的电子泄漏程度值LL；
其中，EPC为所述擦除次数；δ*IRBER为所述IRBER修正值；δ*IFBC为所述IFBC修正值；δ为所述温度值对应的第一温度补偿系数；
其中，获取已注入电子的所述闪存块的电子泄漏趋向值，包括：
获取已注入电子的所述闪存块在预设时间内的单位错误比特增长评估值，并获取所述闪存块在所述预设时间内的平均温度值；
根据所述平均温度值对所述单位错误比特增长评估值进行修正，得到所述闪存块在所述预设时间内的电子泄漏趋向值；
其中，获取已注入电子的所述闪存块在预设时间内的单位错误比特增长评估值，包括：
获取已注入电子的所述闪存块在预设时间内的RBER增长量或FBC增长量；
将所述RBER增长量或所述FBC增长量除以所述预设时间，相应得到所述闪存块在单位时间内的RBER增长速率或FBC增长速率，并将所述RBER增长速率或所述FBC增长速率作为所述单位错误比特增长评估值。
2.如权利要求1所述的闪存块磨损度的评估方法，其特征在于，根据所述平均温度值对所述单位错误比特增长评估值进行修正，得到所述闪存块在所述预设时间内的电子泄漏趋向值，包括：
判断所述平均温度值是否大于预设标准温度；
若是，则根据或/>计算所述闪存块在所述预设时间内的电子泄漏趋向值LT；其中，△t为所述预设时间；△RBER为所述RBER增长量；△FBC为所述FBC增长量；γ为所述平均温度值对应的第二温度补偿系数，γ＜1；
若否，则根据或/>计算所述闪存块在所述预设时间内的电子泄漏趋向值LT。
3.如权利要求1所述的闪存块磨损度的评估方法，其特征在于，所述闪存块磨损度的评估方法还包括：
将所述闪存块对应的预设纠错能力阈值RBER'或FBC'相应减去所述闪存块当前的RBER值或FBC值，得到所述闪存块当前的RBER增长余量或FBC增长余量；
将所述闪存块当前的RBER增长余量或FBC增长余量相应除以所述闪存块当前的RBER增长速率或FBC增长速率，得到所述闪存块当前的数据剩余保持时间。
4.如权利要求1-3任一项所述的闪存块磨损度的评估方法，其特征在于，根据所述闪存块的电子泄漏程度值和电子泄漏趋向值，评估所述闪存块的磨损度，包括：
根据Pa＝(α*LL，β*LT)计算所述闪存块的磨损度Pa；其中，LL为所述闪存块的电子泄漏程度值；LT为所述闪存块的电子泄漏趋向值；Pa为LL和LT的二维值；α和β为用于调整LL和LT比例关系的比例因子；LL和LT越大，所述闪存块的磨损情况越严重。
5.一种固态硬盘，其特征在于，包括：
闪存；
控制器，用于在执行所存储的计算机程序时实现如权利要求1-4任一项所述的闪存块磨损度的评估方法的步骤。
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