基于块保留区替换的坏块管理系统及管理方法技术方案

基于块保留区替换的坏块管理系统及管理方法，属于固态存储技术领域。本发明专利技术解决了现有的现有的方法使用的是坏块跳过策略，只能适用于简单顺序存储操作的场合，对于有完整上层FTL管理算法的应用不具有普适性的问题。技术方案为：运用坏块保留区替换策略，将所有块分为用户数据块区和好块保留区，通过在FPGA片内RAM建立基于位索引的坏块标记表BBT(Bad Block Table)和块保留映射表RTT(Reserved translate table)实现坏块识别标记和坏块映射替换，同时将两表构成坏块信息表保存在NAND Flash中。本发明专利技术可应用于固态存储器SSD。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及固态存储领域中一种坏块管理系统及管理方法，特别涉及一种基于块 保留区替换的坏块管理系统及管理方法，属于固态存储
。
技术介绍
NAND Flash存储器由于其具有访问速度快、低功耗、高密度、大容量、抗震性强等 优点，在目前的消费电子、计算机存储系统、数据采集、服务器存储系统等领域得到了广泛 的应用。为提高SSDs的存储容量和降低其单位存储成本，NAND Flash也逐渐从单层单元 (Single Level Cell, SLC)发展到多层单元（Multi-level Cell, MLC)。随着存储单元尺寸 的降低，NAND Flash的可靠性也不断下降，在工厂生产和使用过程中会产生坏块，为了能够 正常使用就必须对坏块进行管理BBM (Bad Block Management)。 NAND Flash由若干存储块构成，每个块由若干页构成。由于制造工艺和成本原因， 生产厂家在NAND Flash成片出厂时均含有坏块，称为出厂坏块。在使用的过程中，由于NAND Flash擦写寿命有限（SLC 10000-100000次，MLC 3000-5000次），当使用到一定时限后就 会产生坏块，称为使用坏块。 1、出厂坏块的识别：出厂坏块信息在出厂时会标记在每个块的固定地址中。读该 固定地址数据就可判断是不是坏块。 2、使用坏块的识别：使用坏块分为两类：（1)擦除或者编程操作失败，产生使用坏 块。（2)读某块内某页数据时，数据出错位数超出了 ECC校验能力，产生使用坏块。 目前国内在NAND Flash坏块管理方面也做了相当多的工作，中国科学技术大学 光电技术研究所博士论文（孙科林。基于NAND Flash的嵌入式图像记录技术[D]:[博士 学位论文]，北京：中国科学院大学，2013, 43-55)提出了一种利用存储于FRAM非易失存 储器中的坏块标记位表和滑动窗口技术，实现只需要一个时钟就可以完成坏块查询、替换 的技术和突发坏块产生时复制保持原有坏块有效数据的滞后回写技术。中科院长春光机 所（张胜勇，高世杰，吴志勇，等.基于FPGA的NAND Flash坏块处理方法[J].计算机 工程，2010, 36(6) :239-243.)提出了一种面向顺序读写数据记录装置的简单坏块管理策 略，并做了实验验证。南开大学（李幼萌，李庆诚，宫晓利.FTL层的NAND-FLASH坏块管理 算法石开究与实现[J] · International Conference on Services Science, Management and Engineering. 2010:254-257.)提出了一种利用FTL层进行软件坏块管理的方案，由于该方 案与特定的FTL算法相结合，对于上层独立的FTL算法研究开发不利，同时与实际的NAND Flash层次化构架不相符合。 但是，上述两种方案是面向于高速数据采集系统的存储器模块，使用的是坏块跳 过策略，1、只能适用于简单顺序存储操作的场合，2、对于有完整上层FTL管理算法的应用 不具有普适性。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决现有的方法使用的是坏块跳过策略，只能适用于简单顺序 存储操作的场合，对于有完整上层FTL管理算法的应用不具有普适性的问题。 本专利技术的技术方案是： 一种基于块保留区替换的坏块管理系统，其特征在于它包括： 用于对坏块扫描并建立坏块信息表的坏块管理初始化模块； 用于对坏块地址映射和运行过程中产生的使用坏块进行管理的坏块管理控制模 块； 用于对坏块管理初始化模块和坏块管理控制模块产生的坏块信息进行保存的坏 块信息表RAM ; 用于对运行过程中产生的使用坏块进行数据合并操作的滞后回写模块； 进行滞后回写模块后，进行检测NAND Flash运行过程中是否有坏块产生的模块； 坏块管理初始化模块在系统启动时提供坏块初始化信息并将信息保存到坏块信 息表RAM中，在结束该操作时，坏块管理初始化模块发送信息给坏块管理控制模块，初始化 完成；在系统运行中，坏块管理控制模块需要通过访存坏块信息表RAM执行坏块地址映射 和使用中坏块管理功能，当使用中有坏块产生时，坏块管理控制模块在完成地址更新映射 后，控制滞后回写模块实现旧块到新块的数据合并操作。 一种基于块保留区替换的坏块管理方法，其特征在于它包括： 用于对坏块扫描并建立坏块信息表的坏块管理初始化步骤； 用于对坏块地址映射和运行过程中产生的使用坏块进行管理的坏块管理控制步 骤； 用于对坏块管理初始化步骤和坏块管理控制步骤产生的坏块信息进行保存的坏 块信息表RAM ; 用于对运行过程中产生的使用坏块进行数据合并操作的滞后回写步骤； 进行滞后回写步骤后，进行检测NAND Flash运行过程中是否有坏块产生的步骤； 坏块管理初始化步骤在系统启动时提供坏块初始化信息并将信息保存到坏块信 息表RAM中，在结束该操作时，进行坏块管理初始化步骤，该步骤发送信息后进行坏块管理 控制步骤，初始化完成；在系统运行中，坏块管理控制步骤需要通过访存坏块信息表RAM执 行坏块地址映射和使用中坏块管理功能，当使用中有坏块产生时，坏块管理控制步骤在完 成地址更新映射后，控制滞后回写步骤实现旧块到新块的数据合并操作。 本专利技术的有益效果是： 1、本专利技术运用坏块替换策略，通过将坏块位标记表BBT(Bad Block Table)和块保 留映射表RTT (Reserved translate table)相结合的方式实现完整的坏块管理功能。该方 法具有流程简化、资源损耗小、性能可靠、可与上层FTL(Flash Translation Layer)透明适 配的优点； 2、本专利技术全面考虑了坏块产生、坏块识别、坏块信息存储、坏块高速替换，能同时 管理出厂坏块和突发产生的使用坏块，是坏块管理的完整解决方案； 3、本专利技术将坏块管理信息非易失地存储在原NAND Flash当中，并备份存储，同时 对突发产生的坏块数据进行可靠合并操作，使其具有极高的可靠性； 4、本专利技术使用块保留区替换策略，不仅能对简单顺序访问实现坏块管理也能对复 杂的随机访存情况实现坏块管理，使用BBT和RTT相结合的方式在对出厂坏块和使用坏块 都能进行管理的同时，大大降低了坏块管理的资源损耗，简化了管理步骤，提高了管理效 率； 【附图说明】 图1坏块管理系统功能模块结构图； 图2坏块保留区替换方法示意图； 图3坏块管理初始化模块流程图； 图4坏块管理控制器模块地址转换流程图； 图5坏块管理控制器模块使用坏块管理流程图； 图6为本专利技术试验验证中，BBM初始化模块仿真图； 图7为本专利技术试验验证中，BBM控制器地址转换仿真图； 图8为本专利技术试验验证中，BBM顶层逻辑仿真图。 【具体实施方式】 结合附图进一步详细说明本专利技术的【具体实施方式】。 【具体实施方式】 一：下面结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式所述的一种基 于块保留区替换的坏块管理系统，它包括： 用于对坏块扫描并建立坏块信息表的坏块管理初始化模块； 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于块保留区替换的坏块管理系统，其特征在于它包括：用于对坏块扫描并建立坏块信息表的坏块管理初始化模块；用于对坏块地址映射和运行过程中产生的使用坏块进行管理的坏块管理控制模块；用于对坏块管理初始化模块和坏块管理控制模块产生的坏块信息进行保存的坏块信息表RAM；用于对运行过程中产生的使用坏块进行数据合并操作的滞后回写模块；进行滞后回写模块后，进行检测NAND Flash运行过程中是否有坏块产生的模块；坏块管理初始化模块在系统启动时提供坏块初始化信息并将信息保存到坏块信息表RAM中，在结束该操作时，坏块管理初始化模块发送信息给坏块管理控制模块，初始化完成；在系统运行中，坏块管理控制模块需要通过访存坏块信息表RAM执行坏块地址映射和使用中坏块管理功能，当使用中有坏块产生时，坏块管理控制模块在完成地址更新映射后，控制滞后回写模块实现旧块到新块的数据合并操作。

【技术特征摘要】
1. 一种基于块保留区替换的坏块管理系统，其特征在于它包括： 用于对坏块扫描并建立坏块信息表的坏块管理初始化模块； 用于对坏块地址映射和运行过程中产生的使用坏块进行管理的坏块管理控制模块； 用于对坏块管理初始化模块和坏块管理控制模块产生的坏块信息进行保存的坏块信 息表RAM ; 用于对运行过程中产生的使用坏块进行数据合并操作的滞后回写模块； 进行滞后回写模块后，进行检测NAND Flash运行过程中是否有坏块产生的模块； 坏块管理初始化模块在系统启动时提供坏块初始化信息并将信息保存到坏块信息表 RAM中，在结束该操作时，坏块管理初始化模块发送信息给坏块管理控制模块，初始化完成； 在系统运行中，坏块管理控制模块需要通过访存坏块信息表RAM执行坏块地址映射和使用 中坏块管理功能，当使用中有坏块产生时，坏块管理控制模块在完成地址更新映射后，控制 滞后回写模块实现旧块到新块的数据合并操作。2. 根据权利要求1所述的基于块保留区替换的坏块管理系统，其特征在于： 所述坏块管理初始化模块包括：用于判断NAND Flash是否为第一次启动的模块、坏块 遍历扫描模块、判断NAND Flash第一块第一页和第二页数据是否相同的模块； 执行用于判断NAND Flash是否为第一次启动的模块，若是，则进行坏块遍历扫描模块， 否则，进行判断NAND Flash第一块第一页和第二页数据是否相同的模块，若是，则进行坏块 信息表导入坏块信息表RAM，否则，进行将坏块映射信息量大的那一页数据作为坏块信息表 写入坏块信息表RAM ; 所述坏块遍历扫描模块包括：用于根据扫描到的坏块信息建立坏块信息表并保存在坏 块信息表RAM的模块、用于将所述坏块信息表分别存入NAND Flash第一块的第一页和第二 页中保存的模块； 所述坏块信息表包括基于位索引的坏块位标记表BBT和从坏块地址到保留区好块地 址的映射表RTT。3. 根据权利要求1所述的基于块保留区替换的坏块管理系统，其特征在于： 所述坏块管理控制模块包括：用于对地址映射管理的模块、用于对运行过程中产生坏 块管理的模块； 所述用于对地址映射管理的模块包括：判断当前块是否为坏块的查询坏块位标记表 模块、查询地址映射表并将转换块地址输出的模块、直接输出当前NAND Flash操作地址模 块； 所述地址映射管理模块开启后，进行判断当前块是否为坏块的查询坏块位标记表模 块，若是，则进行依次查询地址映射表并将转换块地址输出的模块，否则进行直接输出当前 NAND Flash操作地址模块后回到地址映射管理模块开启阶段； 所述用于对运行过程中产生坏块管理的模块包括：检测NAND Flash运行过程中是否 有坏块产生模块、映射保留区的第一块好块地址到当前坏块地址的模块、更新坏块信息表 模块、坏块信息表重新写入NAND Flash模块、； 进行检测NAND Flash运行过程中是否有坏块产生模块，若是，则进行映射保留区的第 一块好块地址到当前坏块地址的模块，然后进行更新坏块信息表模块，最后进行坏块信息 表重新写入NAND Flash模块；否则返回循环进行检测NA...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏德宝，邓立宝，张鹏，乔立岩，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23