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1、(10)申请公布号 CN 103970669 A (43)申请公布日 2014.08.06 C N 1 0 3 9 7 0 6 6 9 A (21)申请号 201310050270.9 (22)申请日 2013.02.06 G06F 12/02(2006.01) (71)申请人 LSI公司 地址美国加利福尼亚州 (72)发明人马利昭 董智敏 荣幸 袁戎 汪宁 (74)专利代理机构北京北新智诚知识产权代理 有限公司 11100 代理人王宏伟 周家欣 (54) 发明名称 用于加速在固态设备中的回收操作的物理到 逻辑地址映射 (57) 摘要 一种用于在固态设备中增加回收操作性能的 方法，包括以下步骤。
2、：(A)在存储器中创建一个具 有多个闲位置的空的物理到逻辑地址映射，(B) 将与每个将数据写入到块的写入操作相关联的物 理页面地址填充所述多个空闲位置的一个，其中 所述块具有多个页面；(C)在向所述块的倒数第 二页面写入的过程中，将所述物理到逻辑地址映 射写入到所述多个页面的最后一页；以及(D)通 过读取所述地址映射以确定所述多个页面是否包 含有效数据，从而开始所述块的回收操作。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书4页 附图5页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书4页 附图5页 (10)申请公布号 CN 103970669 A CN 。
3、103970669 A 1/2页 2 1.一种在固态设备中增加回收操作性能的方法，包括下列步骤： (A)在存储器中创建一个具有多个记录位置的空的物理到逻辑地址映射， (B)将与每个将数据写入到块的写入操作相关联的物理页面地址填充所述多个记录位 置的一个，其中所述块具有多个页面； (C)在向所述块的倒数第二页面写入的过程中，将所述物理到逻辑地址映射写入到所 述多个页面的最后一页；以及 (D)通过读取所述地址映射以确定所述多个页面是否包含有效数据，从而开始所述块 的回收操作。 2.如权利要求1所述的方法，进一步包括步骤： 确定包含有效数据的块的所有逻辑地址。 3.如权利要求2所述的方法，进一步包括。
4、步骤： 将所述有效数据移动到一第二块中。 4.如权利要求1所述的方法，进一步包括： 将所述块添加到一个可用块的群中。 5.如权利要求1所述的方法，其中所述固态设备包括多个NAND闪存模块。 6.如权利要求5所述的方法，其中所述NAND闪存模块是可移动的。 7.如权利要求1所述的方法，其中所述方法在控制器上存储的固件中实现。 8.如权利要求7所述的方法，其中所述控制器包括一固态设备控制器。 9.如权利要求1所述的方法，其中所述固态设备存储可被宿主设备访问的数据。 10.一种用于在固态设备中增加回收操作性能的装置，包括： 用于在存储器中创建一个具有多个记录位置的空的物理到逻辑地址映射的创建装 置；。
5、 用于将与每个将数据写入到块的写入操作相关联的物理页面地址填充所述多个记录 位置的一个的记录装置，其中所述块具有多个页面； 用于在向所述块的倒数第二页面写入的过程中，将所述物理到逻辑地址映射写入到所 述多个页面的最后一页的写入装置；以及 用于通过读取所述地址映射以确定所述多个页面是否包含有效数据，从而开始所述块 的回收操作的开始装置。 11.一种用于在固态设备中增加回收操作性能的装置，包括： 一存储器，被配置为存储一具有多个记录位置的物理到逻辑地址映射；以及 一控制器，被配置为(i)将与每个将数据写入到块的写入操作相关联的物理页面地 址填充所述多个空闲位置的一个，其中所述块具有多个页面，(ii。
6、)在向所述块的倒数第 二页面写入的过程中，将所述物理到逻辑地址映射写入到所述多个页面的最后一页；以及 (iii)通过读取所述地址映射以确定所述多个页面是否包含有效数据，从而开始所述块的 回收操作。 12.如权利要求11所述的装置，其中所述控制电路进一步被配置为确定包含有效数据 的块的所有逻辑地址。 13.如权利要求11所述的装置，其中所述控制电路进一步被配置为将所述有效数据移 动到一第二块。 权 利 要 求 书CN 103970669 A 2/2页 3 14.如权利要求11所述的装置，其中所述控制电路进一步被配置为将所述块添加到可 用块的群。 15.如权利要求11所述的装置，其中所述控制器通过。
7、宿主设备控制访问所述固态设 备。 权 利 要 求 书CN 103970669 A 1/4页 4 用于加速在固态设备中的回收操作的物理到逻辑地址映射 技术领域 0001 本发明一般涉及存储设备，更具体地，涉及用于实现物理到逻辑地址映射以加速 固态设备中的回收操作的方法和/或装置。 背景技术 0002 传统固态设备(SSD)与硬盘设备(HDD)操作不同。在HDD中，宿主想要写入的每 个逻辑块地址(LBA)具有用于该写入操作的固定物理地址空间。在SSD中，不具有LBA限 制。在传统NAND闪存中，数据按页面写入。如果一个页面已经写入了数据，新的数据需要 写入该页面。擦除操作需要在包含该页面的块上执行。
8、。擦除之后，新的数据可以在该页面 上写入。如果不再需要该块的一些页面上的数据(也叫做过期页面)，在该块中仅仅具有有 效数据的页面被读取和重新写入到其他先前擦除的空块中。此时没有移动过期数据而留下 的空闲页面对新数据是可用的。这叫做碎片收集。在传统系统中，碎片收集需要从一个块 的所有页面中查找，这很费时。 0003 期待在SSD中执行物理到逻辑地址映射来加速回收操作。 发明内容 0004 本发明涉及用于增加固态设备中的回收操作的性能的方法，包括步骤：(A)在存 储器中创建具有多个记录位置的空的物理到逻辑地址映射，(B)将与每个将数据写入到块 的写入操作相关联的物理页面地址填充到多个记录位置的一个。
9、，块具有多个页面，(C)在向 块的倒数第二页面写入的过程中，向多个页面中的最后的页面写入物理到逻辑地址映射， (D)通过读取地址映射确定所述多个页面是否包含有效数据，初始化块回收操作。 0005 本发明的特征和优点包括提供了物理到逻辑地址映射，其能够(i)加速SSD中的 回收，(ii)确定映射的块是否包含碎片数据，和/或(iii)易于实现。 附图说明 0006 本发明的这些和其他特征和优点将从随后的详细说明和所附的权利要求及附图 中显而易见，其中： 0007 图1是本发明的一个实施例的框图； 0008 图2是解释示范写入操作的示意图； 0009 图3是闪存结构的示意图； 0010 图4是回收操。
10、作的流程图。 0011 图5是解释物理到逻辑地址映射的示例的示意图。 0012 图6是实现回收操作的过程的示意图。 具体实施方式 0013 本发明的实施例涉及一种在固态设备(SSD)中将物理到逻辑地址映射而加速回 说 明 书CN 103970669 A 2/4页 5 收操作的方法。该物理到逻辑地址包括一个写入到该SSD的一个NAND闪存部分的数据表 格。在一个示例中，当该SSD开始回收操作时，SSD中的固件将首先读取该映射到一内部 RAM，然后决定哪个块需要被回收。通过使用物理到逻辑映射，该SSD固件仅仅读取该NAND 闪存的一些页面便可完成一个回收操作。 0014 参考图1，示出了解释本发明。
11、的一个实施例的装置80的框图。在一个示例中，装 置80可以实现为一个具有一非易失存储电路的设备，例如移动计算设备。但是，也可采用 其他类型的设备以符合特定实施例的设计标准。装置80通常包括一个块(或电路)82，块 (或电路)84以及块(或电路)86。电路84可包括块(或电路)100。块84显示为一个控 制器。块100可实现为一个存储器。存储器100可存储用于控制电路84的固件102，或其 他软件。固件102可操作该控制器并包括所描述的回收操作。存储器10可存储物理到逻 辑映射。 0015 信号(例如REQ)可由电路82产生。信号REQ可由电路84接收。信号REQ可以 是一个请求信号，其可用于访。
12、问来自电路86的数据。信号(例如I/O)可由电路84产生来 向电路86显示。信号REQ可包括一个或更多地址比特。信号(例如DATA)可以是一个或 更多由电路82接收的数据部分。 0016 图中示出了电路82实现为宿主电路。电路82从电路86读取和向电路86写入数 据。电路86通常实现为一个非易失存储电路例如NAND闪存。但是，也可实现为满足特定 实施例的设计标准的其他类型的存储器。电路86可包括多个模块90a-90n。模块90a-90n 可实现为NAND闪存芯片。在一些实施例中，电路86可以是NAND闪存设备。在其他实施例 中，电路84和/或电路86可以实现为具有一个或更多非易失设备的固态设备。
13、的所有或一 部分。电路86通常可操作地在非易失条件下存储数据。当从电路86读取数据，电路82可 访问信号REQ中识别出的数据集(例如多个比特)。在一个示例中，模块90a-90n可以是硬 连线到印刷电路板(PCB)的预制模块。在其他示例中，模块90a-90n可以是可移除模块，其 能够用于增加或减少电路86的总尺寸。在一个实施例中，电路86可包括可移除和/或不 可移除模块90a-90n。此外，模块90a-90n的每个可包括多个独立存储单元92a-92n。 0017 参考图2，示出了示例写入操作。在示出的示例中，向页面0写入LPA0示为“1”； 还示出了向页面1和2写入LPA4和10。如果宿主82请。
14、求到LPA0的另一写入，控制器82 需要写入到其他页面，例如到页面3，示为“2”。在这一的例子中，LPA0存储在页面3中。下 次宿主82读取LPA0，固件102须从页面3读取，而非页面0。这样的话，包含在页面0中的 LPA数据被叫做碎片，由于最新的数据存储在页面3中。当宿主82执行到介质86的一些 数据写入操作之后，许多LPA将重新写入，每次写到不同位置。固件102保持跟踪最新的位 置，然后控制器84包括“系统映射”以记录这一映像，如“3”所示。 0018 参考图3，示出了存储器86的结构示意图。数据以被叫做页面(由多个元组成) 的单元而写入存储器86。以更大的被叫做块(由多个页面组成)的单元。
15、擦除存储器86。如 果位于块的一些页面上的数据不再需要(也叫做过期页面)，在该块中仅具有有效数据的 页面被读取，并重新写入另一个先前擦除的空的块。没有移除过期数据留下来的空闲页面 此时可用于存储新的数据。在示出的例子中，四个页面(A-D)被写入块(X)。如果单独的页 面当前是空閑的(被擦除)，其可在任何时间被写入。四个新的页面(E-H)和四个替换页面 (A-D)被写入到块(X)。原始的A-D页面现在是无效(过期)数据，但是在该块被清空 说 明 书CN 103970669 A 3/4页 6 之前，不能被覆盖写入。为了将新的数据写入到具有过期数据(例如(A-D)的页面)，所有 有效页面(例如E-H。
16、和A-D)被读取和写入到一个新的块(例如Y)，此时旧的块(例如 X)被擦除。这一最后的步骤就是碎片收集。 0019 固件102列出了物理到逻辑地址映射以加速回收过程。回收过程包括写每个块的 物理到逻辑地址映射。一个例子中，物理到逻辑地址包含所有信息以确定该块是否包含碎 片数据。该物理到逻辑地址映射是一个包含“物理地址”到“逻辑页面地址”映射的特定表 格。下面的表1说明了这样的一个例子。 0020 表1 0021 物理地址逻辑地址 页面0 LPA30 页面1 LPA18 页面2 LPA22 页面3 LPA7 页面4 LPA9 页面5 LPA21 页面6 LPA22 0022 0023 在所示的例。
17、子中，每个块包括物理到逻辑地址映射。该映射记录了所有页面的所 有的LPA(例如一个块包括256个页面)。最后的页面包括一个物理到逻辑地址映射。在一 个例子中，根据这个块中的255个页面，该映射将具有255条记录，每条记录包括该页面的 LPA。然而，记录的具体数目可以变化(例如增加或删除)而满足特定实施例的设计标准。 0024 参考图4，示出了方法200。该方法200可被用于创建表1的物理到逻辑地址映射。 方法200通常包括步骤(或状态)202，步骤(或状态)204，步骤(或状态)206，步骤(或状 态)208，以及步骤(或状态)210。步骤202可分配一个存储器中的空的物理到逻辑地址。 步骤2。
18、04可将宿主数据写入存储器86。步骤206将宿主数据写入块X的一个页面，并添加 一条记录到物理到逻辑地址映射以记录写入到这一页面的LPA。步骤208确定控制器84是 否需要写入到该块的倒数第二页面。步骤210从存储器写入物理到逻辑地址映射。 0025 当数据写入到一个块，在存储器100中创建一个空的物理到逻辑地址映射。当数 据被写入到该块的一个页面上，在物理到逻辑地址映射中添加一条记录，其具有所写入的 物理页面地址和所存储的数据的逻辑页面地址。当向该块的倒数第二页面写入时，整个物 说 明 书CN 103970669 A 4/4页 7 理到逻辑地址映射表格被写入该块的最后页面。 0026 参考图。
19、5，示出了块300和物理到逻辑地址映射表格302的例子。在所示的例子 中，块300可包含9个页面。然而，为满足特定实施例的设计标准，页面的具体数目是可变 的。当宿主80开始一个写操作时，数据仅仅写入到前面的8页中。最后一页(例如页面9) 并不写入用户数据，而是写入具有已经写入到先前的页面的(例如先前的8个页面)用户 数据的逻辑地址的表格302的全部。块的最后一页(如页面9)此时成为物理到逻辑地址 映射页面。例如，该页面包含块300的所有物理地址以及对应的用户数据的逻辑地址。 0027 参考图6，示出了使用该物理到逻辑地址映射302来实现回收操作的过程的流程 图。为回收一个块(例如块300)，并。
20、不需要读取回收的块300的所有页面。将读取块X(例 如300)的最后一页。从表格302可检索到该回收的块中的页面的所有逻辑地址信息。映 射302中的逻辑地址信息被用于查找物理页面地址以确定该页面是否包含最新数据。所有 有效页面都被读取。有效页面中的数据此时被移动到另一块中。在移动操作之后，在意图 回收的块中不存在有效数据。块X被擦除，并置于空闲块群以备后续使用。 0028 一般来说，使用过程400，仅需要读取一个页面，便可得到回收块中的数据的所有 逻辑地址，这很省时。在典型的25nm NAND的例子中，一个页面典型的是8KB，一个块包含 256个页面。读取一个页面的最多的时间是75us。将8K。
21、B数据传递出去需要大约40us。典 型地，读取一页的数据并将数据传递出去需要100us。在普通回收例子中，第一步骤包括读 取255个页面，这将需要255100us25ms。使用控制器84，仅需要读取一个页面来回 收整个块，这花费大约100us。与传统方法相比，控制器84节省了大约99.6。 0029 术语“可以”和“通常”在此与“是”和动词一起使用时含义是表达这样的意图：该 说明是示范性的，并认为是足够宽泛到包含在本公开列举的特定例子以及在本公开基础上 能够得到的可选例子两者。在此使用的术语“可以”和“通常”不应当被解释为必要暗示省 略对应元件的期望和或可能。 0030 尽管已经参考其优选的实施例具体示出和说明了本发明，本领域技术人员应当明 白的是，在不偏离本发明范围的情形下可作出各种形式和细节上的变化。 说 明 书CN 103970669 A 1/5页 8 图1 图2 说 明 书 附 图CN 103970669 A 2/5页 9 图3 说 明 书 附 图CN 103970669 A 3/5页 10 图4 说 明 书 附 图CN 103970669 A 10 4/5页 11 图5 说 明 书 附 图CN 103970669 A 11 5/5页 12 图6 说 明 书 附 图CN 103970669 A 12 。