[发明专利]数据存储装置及使用不可用页表或不可用块表的读写方法

说明书

本发明提供一种数据存储装置，包括主机接口、主控芯片、用于存储数据的一个或多个NAND芯片以及MRAM，NAND芯片、MRAM分别与主控芯片连接，MRAM包括写缓存或读写缓存，MRAM还包括擦除次数表与不可用页表，擦除次数表用于存储NAND芯片中每个块的擦除次数，不可用页表包括NAND芯片中出厂时的坏块中的页、后续读写使用过程中出现的坏块中的页以及它们的替换页。本发明提供的数据存储装置及使用不可用页表/不可用块表的读写方法，MRAM包括写缓存或读写缓存，既保证读写性能，又减少擦除NAND的次数，延长数据存储装置的寿命；维护每个块的擦除次数表与不可用页表/不可用块表，不再采用异地写入的NAND管理技术，无需保存占用大量空间的逻辑地址与物理地址对照表，不仅节省了存储空间，而且无需复杂的处理，进一步提高了读写性能。

技术领域

本发明涉及数据存储领域，尤其涉及一种数据存储装置及不可用页表或不可用块表的读写方法。

背景技术

当前，NAND闪存技术的发展推动了SSD产业。

如图1所示，SSD与主机之间使用高速串行接口如SATA，PICe等技术。内部由用于存储数据的一组NAND芯片，用于支持计算和缓存数据的DDR DRAM(内存)，以及一个主控芯片(SSD Controller)组成，NAND中还存储逻辑地址与物理地址对照表。有时候还需要断电保护系统。

NAND是一种整块读写的存储设备，最小可读取的单元叫page，最小可擦除的单元叫block，一个block往往由很多page组成，block擦除后里面的page可以进行单独的写入操作。写入操作很慢，比读取慢得多，而擦除操作又比写入更加慢得多。

如图2所示，手机与计算机的文件操作方式如下：

(1)应用软件向操作系统发出打开、关闭、读、写文件指令；

(2)操作系统中的文件系统部分把读、写文件的指令转化为读、写存储块的指令；

(3)NAND驱动与管理软件接受读写存储块区的指令，进行缓存、写均衡等优化，向芯片发出读page，写block等指令。

在手机中，NAND驱动与管理软件通常作为与操作系统紧密相关的软件模块，在主机芯片上运行；在计算机中，NAND驱动与管理软件通常在固态硬盘的主控芯片上运行。

NAND闪存的一个问题是NAND具有有限的寿命。里面的每一个page经过一定次数的擦写以后，就会永久失效不能继续使用。目前的产业发展趋势是NAND的容量和数据密度增长非常快，但却是以降低寿命为代价。可擦写次数从最初的10万次降低到目前的3000次左右。

NAND闪存一般在出厂时就有一些损坏的块，使用过程中坏块可能还会不断出现，因此所有的NAND闪存都伴随着一个坏块表，一般会被存储在NAND闪存的指定区域或者在坏块上做标记。

因为NAND闪存的以上特性，SSD内部的NAND管理软件比较复杂。为了不使某些经常发生写操作的块提前损坏，需要进行写均衡处理。文件系统软件所识别的逻辑地址和物理地址是不同的，需要一个表把二者对应起来。由于NAND擦除太慢，一般修改一内容时不在原来的块区更新，而是把新的内容写到一个新的块区，旧块区标记为无效，等CPU空闲下来再擦除它。这样，逻辑地址物理地址的对照表是不断动态更新的。这个表正比于SSD的总容量，存在DDR DRAM里，另外在NAND里面也有相应的标记。随着市场上SSD容量的迅速增加，这个表成为DRAM最大的消耗者。

由于NAND的读写速度比DRAM慢得多，还可以利用一部分DRAM空间作读、写的缓存(Cache)，提高整个SSD的性能。然而引入写缓存产生了新的问题:一旦发生断电，DRAM缓存中尚未写入NAND的内容会丢失，造成系统丢失数据甚至整个文件系统的损坏。所以必须同时使用昂贵的、体积大的断电保护系统(一般由电池或者大量的电容器组成)。而逻辑-物理地址对照表，在发生断电后，是可以利用NAND中的数据重新构造的，尽管很费时间。