[发明专利]一种存储设备控制芯片、存储设备及存储设备管理方法

说明书

本发明提供一种存储设备控制器芯片，包括CPU、NAND控制器以及主机接口，存储设备控制器芯片还包括MRAM，MRAM中设置有存储地址表，存储地址表用于记录逻辑物理地址对照表每一页在NAND中的存储位置，逻辑物理地址对照表记录供系统软件使用的数据/文件页存储的逻辑地址与数据/文件实际存储的物理NAND页地址的对应关系。本发明还提供一种存储设备以及存储设备管理方法。本发明提供的存储设备控制芯片、存储设备及存储设备管理方法，使用MRAM中的存储地址表管理逻辑物理地址对照表的实际存储位置，而不必将逻辑物理地址对照表存储在NAND中的固定地址，避免原地修改这样非常耗时的操作，提高存储设备的系统性能，且延长NAND的使用寿命；由于MRAM能够断电保存，使得在突然断电的情况下逻辑物理地址对照表是安全的。

技术领域

本发明涉及存储设备领域，具体涉及一种存储设备控制芯片、存储设备及存储设备管理方法。

背景技术

NAND闪存技术的发展推动了SSD产业。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，以及一个主控芯片(SSD Controller)组成。大多数都还有用于支持计算和缓存数据的DDR DRAM(内存)，有时候还需要断电保护系统。

手机上使用的eMMC、SD、UFS等存储卡，架构类似，同样是以一个控制芯片为核心，使用NAND做存储介质。只是大部分不含外置DRAM存储，而使用控制芯片内部的SRAM。与接口的接口和SSD不同。

NAND是一种整块读写的存储设备，最小可读取的单元叫页(page)，最小可擦除的单元叫块(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(program)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。

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。

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。

关于MRAM技术：

本发明的背景是MRAM技术的成熟。MRAM是一种新的内存和存储技术，可以像SRAM/DRAM一样快速随机读写，还可以像Flash闪存一样在断电后永久保留数据。

它的经济性相当地好，单位容量占用的硅片面积比SRAM有很大的优势，比在此类芯片中经常使用的NOR Flash也有优势，比嵌入式NOR Flash的优势更大。它的性能也相当好，读写时延接近最好的SRAM，功耗则在各种内存和存储技术最好。而且MRAM不像DRAM以及Flash那样与标准CMOS半导体工艺不兼容。MRAM可以和逻辑电路集成到一个芯片中。