[发明专利]闪存存储装置中保护数据安全的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体存储领域，更具体的来讲，是一种闪存存储装置中保护数据安全的方 法，它能使基于闪存的固态盘的可靠性得到显著的提高。

背景技术

闪存因为其具有高密度、大容量、较低的读写操作耗时，非易失性等特点而越来越广泛 地被应用于各种领域；和机械磁盘相比，闪存固态盘优点在于它本身的优越的抗震动性，更快 的随机存取速度(每秒10兆字节)，更低的耗电量，更大的工作温度范围。但是，闪存芯片自身 存在的一些缺陷限制了这类存储器的应用。其一，由于闪存芯片单片密度(通常只有几千个 兆字节)还是远远小于机械磁盘(通常几十万个兆字节)，所以大容量的闪存盘必须由很多闪 存芯片(闪存阵列)组成，才可以用来作为主要数据存储器，以替代机械磁盘。

尽管现有闪存盘的存取速度已经比机械磁盘快了很多，但单片闪存芯片或单个闪存总线 的读写速度大约受限于每秒25兆字节，同存储媒体的接口技术(光纤接口每秒200至400兆 字节，串行ATA接口每秒150至300兆字节，串行SCSI接口每秒300至600兆字节)相比， 还相差甚远。另外，在写闪存芯片之前，闪存芯片必须被擦除并确认其成功的擦除，写闪存 芯片相对比较慢，这也会显著的降低系统的性能。

闪存芯片由多个块存储单元组成，而每个块存储单元由多个页存储单元组成。闪存芯片 的擦除以闪存块为单元，而读写则以闪存页为单元。每个闪存块单元只有有限的擦除和写入 的次数，这次数基本上决定了闪存盘的寿命。所以，一个闪存系统通常采用一种均衡算法， 致使闪存芯片内的所有闪存块具有大约一致的擦除和写入次数，以避免过分擦除和写入部分 闪存块，从而达到延长闪存盘寿命的目的。

闪存芯片的某些块单元可能在闪存厂家出厂时已受到损坏，不能用来存储数据，在闪存芯片 的使用过程中，也可能受到损坏，所以，一个闪存系统通常需要管理受到损坏的闪存块单元。 总上，一个闪存系统需要有效的管理闪存阵列，以提高闪存盘的性能和容量，并同时提高可 靠性和寿命。

本专利的申请者正在申请的美国专利(60,875,328)提供了一种有效的闪存阵列管理 办法。该专利系统主要包括一个微处理器、闪存阵列控制器、内部高速缓存和闪存芯片阵列。 不同的闪存控制器用来控制不同的闪存列，而每一闪存控制器用一个共享的闪存总线，通过 芯片片选来控制这列之内的所有行闪存芯片。

该管理系统采用了诸多的闪存数据管理表格，这包括以下表格：

1、逻辑地址到物理地址之影射表

2、物理地址表，用于管理闪存块单元的均衡算法

3、闪存块擦除队列，用于存储将需要擦除的闪存块单元

4、闪存块就绪队列，用于存储可以写入新数据的闪存块单元

5、冗余闪存块清单，用于替换损坏的闪存块单元

6、损坏的闪存块单元清单，用于管理已损坏的闪存块单元

由于主机用逻辑地址对数据进行块操作，闪存管理系统对主机的文件系统没有任何知识， 所以，闪存数据管理表格任何损坏，可能损坏诸多的系统或用户文件。所以在一个闪存管理 系统中，一个很重要的任务就是维护好闪存数据管理表格，使之不受到损坏，或是如果受到 损坏，闪存管理系统应该提供一种办法可以恢复受到损坏的表格。维护好闪存数据管理表格， 对提高闪存盘的可靠性起着决定性的作用。

中国专利200710072980.6等提供的闪存管理办法，可以保证闪存数据管理表格被正确的 写入闪存，但如果闪存数据管理表格在写入之后受到损坏，而不能正确的读出，这些专利未 能提供办法来避免闪存数据损坏。

对于U盘一类的闪存盘，维护好闪存数据管理表格并没有很重要的意义，因为U盘是可 移动盘，人们并不依赖于它来存储重要的系统和用户数据。然而，为了能够替代机械磁盘， 其可靠性的设计必须超过或达到机械磁盘的标准。

众所周知，存储冗余的数据管理表格是提高闪存盘的可靠性简单而有效的办法，如果单 个闪存芯片的出错率是1/10000，那么，采用在另一闪存芯片上存储冗余数据管理表格的办法， 会将出错率降至1/10000000。

现有的技术中，主要由嵌入式软件来管理闪存数据管理表格，因此，如果由软件来管理 冗余的数据管理表格，将会增加嵌入式软件的复杂度，并降低系统的性能。