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1、(10)申请公布号 CN 103309816 A (43)申请公布日 2013.09.18 CN 103309816 A *CN103309816A* (21)申请号 201310211335.3 (22)申请日 2013.05.31 G06F 12/02(2006.01) (71)申请人 苏州亮智科技有限公司 地址 215021 江苏省苏州市苏州工业园区 金鸡湖大道 1355 号国际科技园二期 D102-2 (72)发明人 庄志青 黄明 (74)专利代理机构 无锡互维知识产权代理有限 公司 32236 代理人 王爱伟 (54) 发明名称 固态硬盘、 电子装置和其动态容量控制方法 (57) 摘。
2、要 本发明公开了一种固态硬盘、 电子装置以及 其动态容量控制方法， 所述电子装置包括主机端 和固态硬盘， 所述固态硬盘包括有进行数据存储 的 SSD 存储单元和与主机端通讯并对 SSD 存储单 元进行控制的SSD控制器， 所述SSD控制器包括闪 存管理单元， 所述闪存管理单元对预留的闪存块 进行管理， 并统计当前预留闪存块数， 在固态硬盘 使用过程中出现一个坏块后， 所述闪存管理单元 用预留闪存块中的一个替换所述坏块， 在所述预 留闪存块数低于预定阈值时， 调低所述固态硬盘 的有效容量， 将由于容量调整而的多余出来的闪 存块补充为预留闪存块， 此外还对所述固态硬盘 的文件分配表进行调整以适合所。
3、述固态硬盘的调 整后的新容量。延长了固态硬盘的使用寿命。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 1 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5页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103309816 A CN 103309816 A *CN103309816A* 1/2 页 2 1. 一种使用固态硬盘的电子装置， 所述电子装置包括主机端和与主机端连接的固态硬 盘， 所述固态硬盘包括有进行数据存储的 SSD 存储单元和与主机端通讯并对 SSD 存储单元 进行控制的 SSD 控制器， 所述 SSD 控制器包括闪存管理单元，。
4、 所述闪存管理单元对预留的闪存块进行管理， 并 统计当前预留闪存块数， 在固态硬盘使用过程中出现一个坏块后， 所述闪存管理单元用预 留闪存块中的一个替换所述坏块， 在所述预留闪存块数低于预定阈值时， 调低所述固态硬盘的有效容量， 将由于容量调 整而的多余出来的闪存块补充为预留闪存块， 此外还对所述固态硬盘的文件分配表进行调 整以适合所述固态硬盘的调整后的新容量。 2. 根据权利要求 1 所述的电子装置， 其特征在于， 主机端主动向所述固态硬盘查询所 述固态硬盘的预留闪存块数， 在得知所述预留闪存块数低于预定阈值时， 所述主机端启动 容量调整程序以调低所述固态硬盘的有效容量， 将由于容量调整而的。
5、多余出来的闪存块补 充为预留闪存块， 此外还对所述固态硬盘的文件分配表进行调整以适合所述固态硬盘的调 整后的新容量。 3. 根据权利要求 1 所述的电子装置， 其特征在于， 所述闪存管理单元会统计当前预留 闪存块数， 并判断所述当前预留闪存块数是否低于预定阈值， 如果低于所述预定阈值， 则所 述闪存管理单元会向所述主机端进行通报， 所述主机端启动容量调整程序以调低所述固态 硬盘的有效容量， 将由于容量调整而的多余出来的闪存块补充为预留闪存块， 此外还对所 述固态硬盘的文件分配表进行调整以适合所述固态硬盘的调整后的新容量。 4. 根据权利要求 1 所述的电子装置， 其特征在于， 每次容量调低的幅。
6、度根据需要确定。 5. 根据权利要求 1 所述的电子装置， 其特征在于， 所述闪存管理单元中包括有存储所 述固态硬盘的有效容量的容量寄存器， 每次容量调整时需要改变该容量寄存器中的数值。 6. 一种固态硬盘， 其包括有进行数据存储的 SSD 存储单元和与主机端通讯并对 SSD 存 储单元进行控制的 SSD 控制器， 所述 SSD 控制器包括闪存管理单元， 所述闪存管理单元对预留的闪存块进行管理， 并 统计当前预留闪存块数， 在固态硬盘使用过程中出现一个坏块后， 所述闪存管理单元用预 留闪存块中的一个替换所述坏块， 在所述预留闪存块数低于预定阈值时， 调低所述固态硬盘的有效容量， 将由于容量调 。
7、整而的多余出来的闪存块补充为预留闪存块， 此外还对所述固态硬盘的文件分配表进行调 整以适合所述固态硬盘的调整后的新容量， 所述闪存管理单元中包括有存储所述固态硬盘 的有效容量的容量寄存器， 每次容量调整时需要改变该容量寄存器中的数值。 7. 一种固态硬盘的动态容量控制方法， 所述固态硬盘与一个主机端相连， 所述固态硬 盘包括有进行数据存储的 SSD 存储单元和与主机端通讯并对 SSD 存储单元进行控制的 SSD 控制器， 其特征在于， 其包括 ： 判断所述固态硬盘的预留闪存块数是否低于预定阈值 ； 在所述预留闪存块数低于预定阈值时， 调低所述固态硬盘的有效容量， 将由于容量调 整而的多余出来的。
8、闪存块补充为预留闪存块， 此外还对所述固态硬盘的文件分配表进行调 整以适合所述固态硬盘的调整后的新容量。 8. 根据权利要求 7 所述的动态容量控制方法， 其特征在于， 权 利 要 求 书 CN 103309816 A 2 2/2 页 3 所述 SSD 控制器包括闪存管理单元， 所述闪存管理单元对所述预留闪存块进行管理， 并统计当前预留闪存块数， 在固态硬盘使用过程中出现一个坏块后， 所述闪存管理单元用 预留闪存块中的一个替换所述坏块。 9. 根据权利要求 7 所述的动态容量控制方法， 其特征在于， 主机端主动向所述固态硬 盘查询所述固态硬盘的预留闪存块数， 在得知所述预留闪存块数低于预定阈值。
9、时， 所述主 机端启动容量调整程序以调低所述固态硬盘的有效容量， 将由于容量调整而的多余出来的 闪存块补充为预留闪存块， 此外还对所述固态硬盘的文件分配表进行调整以适合所述固态 硬盘的调整后的新容量。 10. 根据权利要求 7 所述的动态容量控制方法， 其特征在于， 所述闪存管理单元会统计 当前预留闪存块数， 并判断所述当前预留闪存块数是否低于预定阈值， 如果低于所述预定 阈值， 则所述闪存管理单元会向所述主机端进行通报， 所述主机端启动容量调整程序以调 低所述固态硬盘的有效容量， 将由于容量调整而的多余出来的闪存块补充为预留闪存块， 此外还对所述固态硬盘的文件分配表进行调整以适合所述固态硬盘。
10、的调整后的新容量。 权 利 要 求 书 CN 103309816 A 3 1/5 页 4 固态硬盘、 电子装置和其动态容量控制方法 技术领域 0001 本发明涉及存储领域， 尤其涉及一种固态硬盘(SSD， Solid State Disk)的动态容 量控制方法及装置。 背景技术 0002 传统硬盘 （有时也被称为硬盘驱动器， Hard Disk Drive， 简称 HDDs） 被广泛应用已 经有许多年了。它通过磁化磁性物质的方式来记录数据， 通过检测磁性物质的磁性将数据 读出。普通的硬盘通常包括有转轴 （spindle） 及固持于转轴上的一个或多个被称为磁碟盘 （platter） 的扁平圆形盘。
11、片， 所述磁碟盘是由玻璃或铝等非磁性物质制成， 其上涂覆有很薄 一层磁性物质以形成磁性表面， 数据就记录在磁碟盘的磁性表面上。尽管传统硬盘是以机 械的方式在运行， 它还是几乎占领了所有需要大存储容量和高读写速度的应用领域。 0003 闪存 （Flash Memory） 是非易失性存储器， 也就是说， 它在掉电之后仍能保持住存 储于其内的信息。另外， 闪存具有比硬盘更快的读写速度及更好的抗震性能。然而， 在过 去的一段时间里， 闪存的高价格阻止了其进入大容量存储装置领域。随着近几年闪存价格 的大幅下降及容量的持续上升， 闪存式数据存储装置 （也可被称为固态硬盘， Solid State Disk。
12、， 简称 SSD） 由于其既可以提供相对较高的存储容量又可以提供高度的可靠性和抗震性 能而得到了广泛的关注。 0004 通常， 固态硬盘的容量在出厂时就已经确定下来， 之后在该固态硬盘的容量将不 会在更改， 比如一个 32G 的固态硬盘就一直是 32G 的容量。 0005 然而， 固态硬盘在生产过程中可能会出现一些坏块， 因此需要在出厂时将这些坏 块排除， 此外， 固态硬盘在使用过程中也会动态出现坏块。为了保证固态硬盘的容量， 目前 的做法是， 在出厂时预留一定数量的闪存块， 在出现坏块时， 就用预留的闪存块替换所述坏 块。目前， 新制程 （20/10nm 工艺） 的闪存动态出现坏块的概率远远。
13、高于老制程 （大于 20nm 工艺） 的闪存。 0006 采用预留一定数量的闪存块的方式也存在如下问题， 第一、 会降低固态硬盘出厂 时的容量 ； 第二、 如果动态出现的坏块数量超过了预留的闪存块数， 则会直接导致所述 SSD 不能再被使用。 发明内容 0007 针对现有技术中存在的问题， 本发明提出来一种固态硬盘的动态容量控制方法及 装置， 其可以动态调整固态硬盘的容量， 即便是固态硬盘中的闪存出现大量的坏块， 该固态 硬盘仍能够继续正常工作。 0008 根据本发明的一个方面， 本发明提出一种使用固态硬盘的电子装置， 所述电子装 置包括主机端和与主机端连接的固态硬盘， 所述固态硬盘包括有进行。
14、数据存储的 SSD 存储 单元和与主机端通讯并对 SSD 存储单元进行控制的 SSD 控制器。所述 SSD 控制器包括闪 存管理单元， 所述闪存管理单元对预留的闪存块进行管理， 并统计当前预留闪存块数， 在固 说 明 书 CN 103309816 A 4 2/5 页 5 态硬盘使用过程中出现一个坏块后， 所述闪存管理单元用预留闪存块中的一个替换所述坏 块， 在所述预留闪存块数低于预定阈值时， 调低所述固态硬盘的有效容量， 将由于容量调整 而的多余出来的闪存块补充为预留闪存块， 此外还对所述固态硬盘的文件分配表进行调整 以适合所述固态硬盘的调整后的新容量。 0009 作为本发明的一个实施例， 主。
15、机端主动向所述固态硬盘查询所述固态硬盘的预留 闪存块数， 在得知所述预留闪存块数低于预定阈值时， 所述主机端启动容量调整程序以调 低所述固态硬盘的有效容量， 将由于容量调整而的多余出来的闪存块补充为预留闪存块， 此外还对所述固态硬盘的文件分配表进行调整以适合所述固态硬盘的调整后的新容量。 0010 作为本发明的一个实施例， 所述闪存管理单元会统计当前预留闪存块数， 并判断 所述当前预留闪存块数是否低于预定阈值， 如果低于所述预定阈值， 则所述闪存管理单元 会向所述主机端进行通报， 所述主机端启动容量调整程序以调低所述固态硬盘的有效容 量， 将由于容量调整而的多余出来的闪存块补充为预留闪存块， 。
16、此外还对所述固态硬盘的 文件分配表进行调整以适合所述固态硬盘的调整后的新容量。 0011 作为本发明的一个实施例， 每次容量调低的幅度根据需要确定。 0012 作为本发明的一个实施例， 所述闪存管理单元中包括有存储所述固态硬盘的有效 容量的容量寄存器， 每次容量调整时需要改变该容量寄存器中的数值。 0013 根据本发明的另一个方面， 本发明提供一种固态硬盘， 其包括有进行数据存储的 SSD存储单元和与主机端通讯并对SSD存储单元进行控制的SSD控制器。 所述SSD控制器包 括闪存管理单元， 所述闪存管理单元对预留的闪存块进行管理， 并统计当前预留闪存块数， 在固态硬盘使用过程中出现一个坏块后，。
17、 所述闪存管理单元用预留闪存块中的一个替换所 述坏块。 在所述预留闪存块数低于预定阈值时， 调低所述固态硬盘的有效容量， 将由于容量 调整而的多余出来的闪存块补充为预留闪存块， 此外还对所述固态硬盘的文件分配表进行 调整以适合所述固态硬盘的调整后的新容量。 0014 作为本发明的一个实施例， 所述闪存管理单元中包括有存储所述固态硬盘的有效 容量的容量寄存器， 每次容量调整时需要改变该容量寄存器中的数值。 0015 根据本发明的另一个方面， 本发明提供一种固态硬盘的动态容量控制方法， 所述 固态硬盘与一个主机端相连， 所述固态硬盘包括有进行数据存储的 SSD 存储单元和与主机 端通讯并对SSD存。
18、储单元进行控制的SSD控制器， 其包括 ： 判断所述固态硬盘的预留闪存块 数是否低于预定阈值 ； 在所述预留闪存块数低于预定阈值时， 调低所述固态硬盘的有效容 量， 将由于容量调整而的多余出来的闪存块补充为预留闪存块， 此外还对所述固态硬盘的 文件分配表进行调整以适合所述固态硬盘的调整后的新容量。 0016 作为本发明的一个实施例， 所述 SSD 控制器包括闪存管理单元， 所述闪存管理单 元对所述预留闪存块进行管理， 并统计当前预留闪存块数， 在固态硬盘使用过程中出现一 个坏块后， 所述闪存管理单元用预留闪存块中的一个替换所述坏块。 0017 作为本发明的一个实施例， 主机端主动向所述固态硬盘。
19、查询所述固态硬盘的预留 闪存块数， 在得知所述预留闪存块数低于预定阈值时， 所述主机端启动容量调整程序以调 低所述固态硬盘的有效容量， 将由于容量调整而的多余出来的闪存块补充为预留闪存块， 此外还对所述固态硬盘的文件分配表进行调整以适合所述固态硬盘的调整后的新容量。 0018 作为本发明的一个实施例， 所述闪存管理单元会统计当前预留闪存块数， 并判断 说 明 书 CN 103309816 A 5 3/5 页 6 所述当前预留闪存块数是否低于预定阈值， 如果低于所述预定阈值， 则所述闪存管理单元 会向所述主机端进行通报， 所述主机端启动容量调整程序以调低所述固态硬盘的有效容 量， 将由于容量调整。
20、而的多余出来的闪存块补充为预留闪存块， 此外还对所述固态硬盘的 文件分配表进行调整以适合所述固态硬盘的调整后的新容量。 0019 与现有技术相比， 在本发明中的固态硬盘中预留闪存块的数量低于预定阈值时， 则调低所述固态硬盘的容量， 将所述固态硬盘中的多余出来的闪存块补充为预留闪存块， 这样可以动态调整固态硬盘的容量， 避免出现动态坏块数量超过了预留的闪存块数的情 况， 从而延长了固态硬盘的使用寿命。 由于开始时可以设置较少的预留闪存块， 因此可以提 高固态硬盘出厂时的容量。 附图说明 0020 图 1 示出了本发明的使用固态硬盘的电子装置在一个实施例中的结构框图 ； 0021 图 2 示出了本。
21、发明的固态硬盘的动态容量控制方法在一个实施例中的流程图。 具体实施方式 0022 下面结合附图对本发明做详细说明。 0023 本发明的详细描述主要通过程序、 步骤、 逻辑块、 过程或其他象征性的描述来直接 或间接地模拟本发明技术方案的运作。为透彻的理解本发明， 在接下来的描述中陈述了很 多特定细节。而在没有这些特定细节时， 本发明则可能仍可实现。所属领域内的技术人员 使用此处的这些描述和陈述向所属领域内的其他技术人员有效的介绍他们的工作本质。 换 句话说， 为避免混淆本发明的目的， 由于熟知的方法和程序已经容易理解， 因此它们并未被 详细描述。 0024 此处所称的 “一个实施例” 或 “实施。
22、例” 是指可包含于本发明至少一个实现方式中 的特定特征、 结构或特性。在本说明书中不同地方出现的 “在一个实施例中” 并非均指同一 个实施例， 也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。 0025 图 1 示出了本发明的使用固态硬盘的电子装置在一个实施例中的结构框图。所述 电子装置可以是智能手机、 平台电脑、 笔记本电脑或台式电脑等电子装置。 所述电子装置包 括主机端 100 和与主机端连接的固态硬盘 200。所述主机端 100 内可以包括主处理器和内 存等， 其负责电子设备的基本运行， 所述固态硬盘 200 为所述主机端 100 的一个从设备。所 述固态硬盘 200 包括有进行数据。
23、存储的 SSD 存储单元 210 和与主机端 100 通讯并对 SSD 存 储单元 210 进行控制的 SSD 控制器 220。 0026 所述 SSD 控制器 220 包括闪存管理单元 221。为了应对动态出现的坏块， 所述固 态硬盘会预留一定数量的闪存块作为备用， 所述闪存管理单元 221 对预留的闪存块进行管 理， 并统计当前预留闪存块数。在固态硬盘 200 使用过程中出现一个坏块后， 所述闪存管理 单元221用预留闪存块中的一个替换所述坏块， 这样所述固态硬盘200仍然能够正常工作， 只是所述预留闪存块数将减少。 0027 在所述预留闪存块数低于预定阈值时， 所述主机端 100 将启动。
24、容量调整程序。 0028 在一个实施例中， 主机端 100 可以主动向所述固态硬盘 200 查询所述固态硬盘的 预留闪存块数， 可以用SMART命令或自定义命令进行查询， 所述主机端100在所述预留闪存 说 明 书 CN 103309816 A 6 4/5 页 7 块数低于预定阈值时， 则启动容量调整程序。具体的， 可以每次启动时， 所述主机端 100 主 动向所述固态硬盘200查询所述固态硬盘的预留闪存块数， 也可以每隔预定时间， 比如1天 或 1 周， 主动向所述固态硬盘 200 查询一次所述固态硬盘的预留闪存块数。 0029 在另一个实施例中， 所述闪存管理单元 221 会统计当前预留闪。
25、存块数， 并判断所 述当前预留闪存块数是否低于预定阈值， 如果低于所述预定阈值， 则所述闪存管理单元 221 会向所述主机端 100 通报此情况， 所述主机端 100 在了解到所述当前预留闪存块数低于预 定阈值时， 启动容量调整程序。 0030 在进行容量调整程序时， 可以调低所述固态硬盘的有效容量， 将由于容量的调低 而多余出来的闪存块补充为预留闪存块， 对固态硬盘的文件分配表 (FAT) 进行调整以适合 所述固态硬盘的调整后的新容量， 这样可以一直保留足够多的预留闪存块， 所述固态硬盘 的容量也不再是固定的容量， 而是动态可变的容量， 此时同样也能保证所述固态硬盘能够 继续使用。所述调低的。
26、幅度可以根据需要确定， 比如可以每次调低 100M 的容量。 0031 在一个应用示例中， 假设固态硬盘200的有效容量是32G， 在预留闪存块数小于20 个时， 比如每个区块的容量大约为 256KB 到 20MB， 则将所述固态硬盘的有效容量从 32G 调 整为 31.8G， 由于容量调整而多余出来的 200M 的闪存块将被补充为预留闪存块， 这样就有 足够多的预留闪存块可以使用， 同时所述固态硬盘的容量在 31.8G 时仍能够正常工作。随 着， 所述固态硬盘200的使用， 所述预留闪存块数可能再次小于20个时， 可以再次调整所述 固态硬盘的有效容量， 比如从 31.8G 调整为 31.6G。
27、。这样， 所述固态硬盘就可以一直使用下 去， 从而延长了固态硬盘的使用寿命。 由于开始时可以设置较少的预留闪存块， 因此可以提 高固态硬盘出厂时的容量。 0032 在一个实施例中， 所述闪存管理单元 221 中包括有存储所述固态硬盘的有效容量 的容量寄存器， 每次调整容量时需要改变该容量寄存器中的数值。 0033 根据本发明的另一个方面， 本发明还可以实现为一种固态硬盘的动态容量控制方 法。图 2 示出了本发明的固态硬盘的动态容量控制方法在一个实施例中的流程图， 其包括 如下步骤 ： 0034 步骤 310， 确定所述固态硬盘的预留闪存块数。 0035 所述 SSD 控制器包括闪存管理单元， 。
28、所述闪存管理单元对所述预留闪存块进行管 理， 并统计当前预留闪存块数， 在固态硬盘使用过程中出现一个坏块后， 所述闪存管理单元 用预留闪存块中的一个替换所述坏块。 所述闪存管理单元中可以包括有存储预留闪存块数 的寄存器， 通过该寄存器可以得到当前最新的预留闪存块数。 0036 步骤 320， 判断所述固态硬盘的预留闪存块数是否低于预定阈值。 0037 步骤 330， 在所述预留闪存块数低于预定阈值时， 调低所述固态硬盘的有效容量， 将由于容量调整而的多余出来的闪存块补充为预留闪存块， 此外还对所述固态硬盘的文件 分配表进行调整以适合所述固态硬盘的调整后的新容量。 0038 在一个实施例中， 主。
29、机端主动向所述固态硬盘查询所述固态硬盘的预留闪存块 数， 在得知所述预留闪存块数低于预定阈值时， 所述主机端启动容量调整程序以调低所述 固态硬盘的有效容量， 将由于容量调整而的多余出来的闪存块补充为预留闪存块， 此外还 对所述固态硬盘的文件分配表进行调整以适合所述固态硬盘的调整后的新容量。 0039 在一个实施例中， 所述闪存管理单元会统计当前预留闪存块数， 并判断所述当前 说 明 书 CN 103309816 A 7 5/5 页 8 预留闪存块数是否低于预定阈值， 如果低于所述预定阈值， 则所述闪存管理单元会向所述 主机端进行通报， 所述主机端启动容量调整程序以调低所述固态硬盘的有效容量， 将由于 容量调整而的多余出来的闪存块补充为预留闪存块， 此外还对所述固态硬盘的文件分配表 进行调整以适合所述固态硬盘的调整后的新容量。 0040 虽然通过实施例描述了本发明， 本领域普通技术人员知道， 本发明有许多变形和 变化而不脱离本发明的精神， 希望所附的权利要求包括这些变形和变化而不脱离本发明的 精神。 说 明 书 CN 103309816 A 8 1/1 页 9 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103309816 A 9 。