[发明专利]FTL快速访问方法与装置

说明书

提供了FTL快速访问方法与装置。所提供的访问FTL的方法，包括：发出对指定地址的FTL表项的预加载请求，以将指定的FTL表项加载到FTL表项存储部件由第一索引指示的存储位置；以及发出对第一索引的FTL表项的读请求，以从FTL表项存储部件获取第一索引的FTL表项。

技术领域

本发明涉及存储设备控制器，特别是存储设备控制器中用于加速对访问FTL(Flash Translation Layer)的访问的方法与装置。

背景技术

在固态存储设备中，利用FTL(Flash Translation Layer，闪存转换层)来维护从逻辑地址到物理地址的映射信息。逻辑地址构成了操作系统等上层软件所感知到的固态存储设备的存储空间。物理地址是用于访问固态存储设备的物理存储单元的地址。在现有技术中还可利用中间地址形态实施地址映射。例如将逻辑地址映射为中间地址，进而将中间地址进一步映射为物理地址。

存储了从逻辑地址到物理地址的映射信息的表结构被称为FTL表。FTL表是固态存储设备中的重要元数据。通常FTL表的数据项记录了固态存储设备中以数据页为单位的地址映射关系。固态存储设备的FTL表具有较大的尺寸，例如若干GB级。

FTL表包括多个FTL表条目(或称表项)。在申请号为201510430174.6的中国专利申请中提供了FTL表结构的示例。在一个例子中，每个FTL表条目中记录了一个逻辑页地址与一个物理页的对应关系。在又一个例子中，每个FTL表条目中记录了逻辑块地址与物理块地址的对应关系。在依然又一个例子中，FTL表中记录逻辑块地址与物理块地址的映射关系，和/或逻辑页地址与物理页地址的映射关系。FTL表条目也可以记录逻辑地址与一个或多个物理地址的映射关系。

在依然又一个例子中，在连续的内存地址空间中存储FTL表，每个FTL表条目中记录物理地址，而以每个FTL表条目自身的内存地址代表对应于物理地址的逻辑地址。FTL表条目的数量对应于固态存储设备逻辑地址空间的大小。

闪存控制器工作时需要频繁访问FTL。在读取闪存时，通过逻辑地址查询FTL以获得存储数据的闪存的物理地址。在写入闪存时，为写入的数据分配物理地址，并在FTL中记录写入的逻辑地址与物理地址的对应关系。在发生GC、擦除均衡等操作时，逻辑地址与物理地址的映射关系发生改变，需要更新FTL。

已经存在多种访问FTL的技术方案。

FTL的特点包括表项数量多(常见的SSD中要管理数亿条FTL表项)、每条表项的尺寸小(约几个到十几个字节)、随机性强(对FTL表项的访问分布在整个表项空间而缺乏局部性)。并且由于要支持大容量的FLASH，所以经常需要进行超过4GB的空间的访问。

为存储GB级的数据，一般采用DRAM。而DRAM的访问延迟无法匹配CPU等高速处理部件，并严重影响闪存控制器的处理性能。传统地，采用Cache作为存储中间层，通过缓存DRAM中的部分数据来为CPU提供高速数据访问能力。

但是，由于FTL表访问的随机性，即使使用Cache来缓存FTL表，也会由于频繁的换页引起Cache颠簸，并导致FTL访问能力无法显著提升。

例如，当访问FTL表项A时，首先读取DRAM中存储表项A的地址，FTL表项访问的随机性，表项A不太可能已经存在于缓存中，所以可以认为缓存总是缺失，需要将表项A从外部DRAM存储器读取到Cache中，此时延迟惩罚大约在100ns以上。

由于FTL表的存储，系统中的DRAM内存大小往往超过4GB，常用的32位地址访问方式无法访问超过4GB的地址空间，从而需要使用TLB。通过访问TLB来获得高位地址，并将地址组合来生成对DRAM的访问。而TLB访问与地址组合过程进一步增大了访问延迟。