[发明专利]嵌有阶段性动态阈值损耗均衡模块的NAND Flash主控芯片

说明书

本发明属于计算机技术领域，具体涉及一种嵌有阶段性动态阈值损耗均衡模块的NAND Flash主控芯片。本发明主控芯片会依据闪存块的磨损程度划分闪存芯片的寿命阶段，推迟损耗均衡处理的开始时间，减少了一定的损耗均衡处理到来的额外开销。动态阈值计算单元的加入可以确保闪存芯片在擦除次数处于不同数值范围对磨损不均衡度有不同程度的控制，而不是只能控制在一个固定的较大的范围内，提高了闪存芯片在使用后期时的利用率。此外，数据迁移单元提供的数据迁移机制可以保护擦除次数较大的闪存块，降低它们被垃圾回收模块选中擦除的概率。

技术领域

本发明属于计算机技术领域，具体涉及一种嵌有阶段性动态阈值损耗均衡模块的NAND Flash主控芯片。

背景技术

随着计算机技术的发展，以闪存为存储介质的固态存储设备以其优良的性能逐渐取代了传统的机械存储设备，NAND Flash被广泛应用于数码产品和嵌入式的开发。

NAND Flash颗粒不同于传统的机械硬盘可以直接被主机识别使用，需要闪存主控芯片对物理地址和逻辑地址进行一些列的映射操作才能实现数据的读取。同时由于自身存在的物理特性，闪存采用异地更新的存储策略和先擦后写的操作方式，并且闪存块具有一定的擦除次数上限，因此NAND Flash主控芯片还需要加入损耗均衡模块、垃圾回收模块和坏块管理模块来提升存储设备的使用性能。

损耗均衡模块作为闪存主控芯片中保障闪存芯片正常运行和提升性能的关键处理模块之一，目前国外已经有许多值得借鉴的研究成果，其中的一类为通过固定阈值触发的损耗均衡模块，把闪存块之间的磨损不均衡程度控制在该阈值内。采用这一类处理方法的损耗均衡模块实现简单，可操作性强，但最终的损耗均衡效果和系统对阈值的设定有很大的关系，设置过大或过小都会影响NAND Flash主控芯片的使用性能。

损耗均衡处理的根本目的是充分利用闪存芯片内的各个闪存块，使闪存块的擦除次数尽可能的平均化，保证芯片中不会出现局部块被频繁擦除提前“出局”，采用的基本思想是将擦除次数较大的块合理的保护起来，把冷数据存放到上面抑制无效页的产生或是直接控制这些块不被使用。

目前大多NAND Flash主控芯片采用都是阈值触发机制的损耗均衡模块，这样损耗均衡模块需要从Flash存储设备投入使用时就实时监控，并且阈值固定不变，也就是说触发损耗均衡处理的阈值决定了芯片使用过程中闪存块之间损耗程度差距的大小。阈值设计的过大，损耗均衡处理触发的次数就会相对较少，而损耗程度的差距也会相对较大；阈值设计的过小就会导致损耗均衡模块被频繁激活，虽然各个块之间的擦除次数会相对更加均匀化，但同时也会带来额外的开销，影响Flash主控芯片的性能。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供一种嵌有阶段性动态阈值损耗均衡模块的NAND Flash主控芯片。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种嵌有阶段性动态阈值损耗均衡模块的NANDFlash主控芯片，所述主控芯片包括：地址映射模块1、垃圾回收模块2、损耗均衡模块3、坏块管理模块4、闪存寿命阶段判定单元、系统数据表维护单元、上层接口7、Flash阵列接口8；其中，

所述地址映射模块1用于实现逻辑地址和物理地址之间的相互转换；

所述垃圾回收模块2用于释放被无效数据占据的存储空间；

所述损耗均衡模块3用于根据损耗均衡预处理信号控制闪存块之间的磨损不均衡程度；

所述坏块管理模块4用于对出厂坏块及使用过程中产生的坏块进行管理；

所述闪存寿命阶段判定单元用于根据擦除次数表来判断闪存芯片当前使用寿命，若判断结果为磨损过度则向损耗均衡模块3发出损耗均衡预处理信号；