用于改進(jìn)的固態(tài)介質(zhì)順序讀的動(dòng)態(tài)映射預(yù)取制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及用于改進(jìn)的固態(tài)介質(zhì)順序讀的動(dòng)態(tài)映射預(yù)取。所描述的實(shí)施例提供了包括介質(zhì)控制器和固態(tài)介質(zhì)的固態(tài)驅(qū)動(dòng)器（SSD）。介質(zhì)控制器的控制處理器確定與從主機(jī)設(shè)備接收的讀請(qǐng)求相關(guān)聯(lián)的邏輯地址、傳輸大小和基于邏輯地址和傳輸大小的映射數(shù)據(jù)。基于邏輯地址和根據(jù)一個(gè)或多個(gè)先前的讀請(qǐng)求而定義的順序區(qū)，控制處理器確定所接收的讀請(qǐng)求是否是順序讀。基于所接收的讀請(qǐng)求的傳輸大小和所接收的讀請(qǐng)求是否是順序讀而調(diào)整映射數(shù)據(jù)預(yù)取大小。映射數(shù)據(jù)的相對(duì)應(yīng)部分從固態(tài)介質(zhì)傳輸?shù)今詈嫌诳刂铺幚砥鞯挠成涓咚倬彺妫鶄鬏數(shù)牟糠值拇笮〉扔诮?jīng)調(diào)整的映射數(shù)據(jù)預(yù)取大小。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
用于改進(jìn)的固態(tài)介質(zhì)順序讀的動(dòng)態(tài)映射預(yù)取 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用 本申請(qǐng)是2013年9月10日提交的美國專利申請(qǐng)第14/022781號(hào)的部分接續(xù)并要 求其申請(qǐng)日的權(quán)益，該申請(qǐng)的教示通過引用整體結(jié)合于此。 本申請(qǐng)的主題相關(guān)于2012年5月4日提交的美國專利申請(qǐng)第13/464433號(hào)、2012 年8月4日提交的第13/567025號(hào)、2012年8月31日提交的第13/600464號(hào)、2012年12 月28日提交的第13/729966號(hào)、2013年1月23日提交的第13/748260號(hào)和2013年8月9 日提交的第13/963074號(hào)，所有這些申請(qǐng)的教示通過引用整體結(jié)合于此。
技術(shù)介紹
快閃（Flash)存儲(chǔ)器是一種特定類型的電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器（EEPROM)的 非易失性存儲(chǔ)器（NVM)。一類普遍采用的快閃存儲(chǔ)器技術(shù)是NAND快閃存儲(chǔ)器。NAND快閃 存儲(chǔ)器要求每單元小芯片面積，并通常劃分成一個(gè)或多個(gè)庫（bank)或?qū)樱╬lane)。每個(gè)庫 劃分成區(qū)塊（block);每個(gè)區(qū)塊劃分成頁（page)。每個(gè)頁包括用于存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤更正 碼（ECC)信息或者二者的數(shù)個(gè)字節(jié)。 NAND設(shè)備有三種基本操作：讀、寫和擦除。讀和寫操作是在逐頁的基礎(chǔ)上執(zhí)行的。 頁大小一般是2N字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)(加上用于ECC信息的附加字節(jié))，其中N是整數(shù)，典型的用 戶數(shù)據(jù)頁大小是例如每頁2048字節(jié)（2KB)、4096字節(jié)（4KB)、8192字節(jié)（8KB)或更多。讀 單元是可以從NVM讀取并由ECC更正的最小量的數(shù)據(jù)和相對(duì)應(yīng)的ECC信息，并通常可以在 4K位和32K位之間（例如，一般每頁有整數(shù)數(shù)量的讀單元)。頁通常安排在區(qū)塊中，并且擦 除操作是在逐區(qū)塊的基礎(chǔ)上執(zhí)行的。典型的區(qū)塊大小是例如每區(qū)塊64、128或更多頁。頁 必須順序地寫，通常是在區(qū)塊內(nèi)從低地址到高地址。直到區(qū)塊被擦除才能重寫較低的地址。 與每個(gè)頁相關(guān)聯(lián)的是一般用于存儲(chǔ)ECC信息和/或用于存儲(chǔ)器管理的其它元數(shù)據(jù)的空閑區(qū) 域(通常是100-640字節(jié)XECC信息一般用來檢測和更正存儲(chǔ)在頁中的用戶數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤。 硬盤由主機(jī)設(shè)備基于邏輯區(qū)塊地址（LBA)訪問。對(duì)于硬盤寫操作，老數(shù)據(jù)由新數(shù) 據(jù)在同一物理LBA蓋寫。NVM是基于邏輯頁號(hào)（LPN)訪問的。然而，由于NAND設(shè)備要求在 將新數(shù)據(jù)寫到區(qū)塊之前擦除該區(qū)塊的數(shù)據(jù)，每個(gè)頁通常僅可以寫一次。因此，對(duì)于NAND設(shè) 備，為了將新數(shù)據(jù)寫到給定LBA，新數(shù)據(jù)是寫到經(jīng)擦除的頁中，該經(jīng)擦除的頁是與先前用于 該LBA的頁不同的物理頁。因此，NAND設(shè)備要求設(shè)備驅(qū)動(dòng)器軟件或帶固件的單獨(dú)的控制器 芯片以維護(hù)每個(gè)LBA到存儲(chǔ)它的數(shù)據(jù)的當(dāng)前頁號(hào)的邏輯到物理映射的記錄。映射數(shù)據(jù)也可 以用來執(zhí)行垃圾收集以擦除陳舊或過時(shí)的數(shù)據(jù)。而且，因?yàn)樵谠O(shè)備故障之前NVM塊 僅可以被擦除有限次，映射數(shù)據(jù)也可以用來在NVM的操作壽命內(nèi)（例如，在NAND快閃的額定 數(shù)量的編程/擦除（P/E)周期內(nèi)）跟蹤故障區(qū)塊。 對(duì)于將映射數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在NVM的SSD，從NVM檢索映射數(shù)據(jù)可以在典型主機(jī)工作負(fù)載 下頻繁發(fā)生，并且因此，當(dāng)信道(多個(gè)）被用于傳輸映射數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)負(fù)面地影響可用來向/從 NVM傳輸實(shí)際用戶數(shù)據(jù)的帶寬。因此，需要用于從NVM檢索映射數(shù)據(jù)的改進(jìn)機(jī)制。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
提供本概述以便以簡化的形式介紹將在以下詳細(xì)描述中進(jìn)一步描述的一些概念。 本
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
并不旨在標(biāo)識(shí)所要求保護(hù)主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在用于限制所要 求保護(hù)主題的范圍。 所描述實(shí)施例提供了包括介質(zhì)控制器和固態(tài)介質(zhì)的固態(tài)驅(qū)動(dòng)器（SSD )。介質(zhì)控制 器的控制處理器確定與從主機(jī)設(shè)備接收的讀請(qǐng)求相關(guān)聯(lián)的邏輯地址、傳輸大小和基于所確 定的邏輯地址和傳輸大小的映射數(shù)據(jù)。基于所確定的邏輯地址和根據(jù)一個(gè)或多個(gè)先前的讀 請(qǐng)求而定義的順序區(qū)，控制處理器確定所接收的讀請(qǐng)求是否是順序讀請(qǐng)求。基于所接收的 讀請(qǐng)求的傳輸大小和所接收的讀請(qǐng)求是否是順序讀請(qǐng)求而調(diào)整映射數(shù)據(jù)預(yù)取大小。映射數(shù) 據(jù)的相對(duì)應(yīng)部分從固態(tài)介質(zhì)傳輸?shù)今詈嫌诳刂铺幚砥鞯挠成涓咚倬彺妫鶄鬏數(shù)牟糠值拇?小等于經(jīng)調(diào)整的映射數(shù)據(jù)預(yù)取大小。基于映射數(shù)據(jù)，確定與邏輯地址和傳輸大小相關(guān)聯(lián)的 固態(tài)介質(zhì)的介質(zhì)地址，且將用戶數(shù)據(jù)從介質(zhì)地址傳輸?shù)街鳈C(jī)設(shè)備。 附圖簡述 所描述實(shí)施例的其它方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將通過以下【具體實(shí)施方式】、所附的權(quán)利要 求書和附圖而變得更加顯而易見，附圖中類似的附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)相似或相同的元素。 圖1示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的快閃存儲(chǔ)器存儲(chǔ)系統(tǒng)的框圖； 圖2示出了圖1的快閃存儲(chǔ)器存儲(chǔ)系統(tǒng)的邏輯區(qū)塊號(hào)（LBA)的邏輯頁號(hào)（LPN)部 分的示例性映射的框圖； 圖3示出了圖1的快閃存儲(chǔ)器存儲(chǔ)系統(tǒng)的示例性兩級(jí)映射結(jié)構(gòu)的框圖； 圖4示出了由圖1的快閃存儲(chǔ)器存儲(chǔ)系統(tǒng)采用的主機(jī)讀請(qǐng)求操作的示例性流程 圖； 圖5示出了圖4的主機(jī)讀請(qǐng)求操作的順序操作檢測步驟的附加細(xì)節(jié)； 圖6示出了根據(jù)圖4的采用固定的映射數(shù)據(jù)讀大小的讀請(qǐng)求操作的示例性時(shí)序 圖；以及 圖7示出了根據(jù)圖4的采用動(dòng)態(tài)調(diào)整大小的映射數(shù)據(jù)讀大小的讀請(qǐng)求操作的示例 性時(shí)序。 【具體實(shí)施方式】 所描述實(shí)施例提供了包括介質(zhì)控制器和固態(tài)介質(zhì)的固態(tài)驅(qū)動(dòng)器（SSD )。介質(zhì)控制 器的控制處理器確定與從主機(jī)設(shè)備接收的讀請(qǐng)求相關(guān)聯(lián)的邏輯地址、傳輸大小和基于所確 定的邏輯地址和傳輸大小的映射數(shù)據(jù)。基于所確定的邏輯地址和根據(jù)一個(gè)或多個(gè)先前的讀 請(qǐng)求而定義的順序區(qū)，控制處理器確定所接收的讀請(qǐng)求是否是順序讀請(qǐng)求。基于所接收的 讀請(qǐng)求的傳輸大小和所接收的讀請(qǐng)求是否是順序讀請(qǐng)求而調(diào)整映射數(shù)據(jù)預(yù)取大小。映射數(shù) 據(jù)的相對(duì)應(yīng)部分從固態(tài)介質(zhì)傳輸?shù)今詈嫌诳刂铺幚砥鞯挠成涓咚倬彺妫鶄鬏數(shù)牟糠值拇?小等于經(jīng)調(diào)整的映射數(shù)據(jù)預(yù)取大小。基于映射數(shù)據(jù)，確定與邏輯地址和傳輸大小相關(guān)聯(lián)的 固態(tài)介質(zhì)的介質(zhì)地址，且將用戶數(shù)據(jù)從介質(zhì)地址傳輸?shù)街鳈C(jī)設(shè)備。 表1定義了貫穿本說明書所采用的縮寫的列表，以幫助理解所述實(shí)施例：本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種固態(tài)驅(qū)動(dòng)器（SSD），所述固態(tài)驅(qū)動(dòng)器包括媒體控制器和固態(tài)介質(zhì)，所述介質(zhì)控制器與主機(jī)設(shè)備通信，所述介質(zhì)控制器包括：映射高速緩存；控制處理器，所述控制處理器耦合到所述映射高速緩存并被配置為：確定與從所述主機(jī)設(shè)備接收的當(dāng)前讀請(qǐng)求相關(guān)聯(lián)的邏輯地址、傳輸大小和基于所述經(jīng)確定的邏輯地址和傳輸大小的映射數(shù)據(jù)；基于所述經(jīng)確定的邏輯地址和根據(jù)一個(gè)或多個(gè)先前的讀請(qǐng)求而定義的順序區(qū)，確定所述當(dāng)前讀請(qǐng)求是否是順序讀請(qǐng)求；基于所述當(dāng)前讀請(qǐng)求的所述傳輸大小和所述當(dāng)前讀請(qǐng)求是否是順序讀請(qǐng)求，調(diào)整映射數(shù)據(jù)預(yù)取大小；將所述映射數(shù)據(jù)的相對(duì)應(yīng)部分從所述固態(tài)介質(zhì)傳輸?shù)剿鲇成涓咚倬彺妫鶄鬏數(shù)牟糠值拇笮〉扔谒鼋?jīng)調(diào)整的映射數(shù)據(jù)預(yù)取大小；基于所述相對(duì)應(yīng)的映射數(shù)據(jù)，確定與所確定的邏輯地址和傳輸大小相關(guān)聯(lián)的所述固態(tài)介質(zhì)的一個(gè)或多個(gè)介質(zhì)地址；以及將用戶數(shù)據(jù)從所述固態(tài)介質(zhì)的所述一個(gè)或多個(gè)經(jīng)確定的介質(zhì)地址傳輸?shù)剿鲋鳈C(jī)設(shè)備。

【技術(shù)特征摘要】
2013.09.10 US 14/022,781;2013.12.03 US 14/094,8461. 一種固態(tài)驅(qū)動(dòng)器（SSD)，所述固態(tài)驅(qū)動(dòng)器包括媒體控制器和固態(tài)介質(zhì)，所述介質(zhì)控 制器與主機(jī)設(shè)備通信，所述介質(zhì)控制器包括： 映射高速緩存； 控制處理器，所述控制處理器耦合到所述映射高速緩存并被配置為： 確定與從所述主機(jī)設(shè)備接收的當(dāng)前讀請(qǐng)求相關(guān)聯(lián)的邏輯地址、傳輸大小和基于所述經(jīng) 確定的邏輯地址和傳輸大小的映射數(shù)據(jù)； 基于所述經(jīng)確定的邏輯地址和根據(jù)一個(gè)或多個(gè)先前的讀請(qǐng)求而定義的順序區(qū)，確定所 述當(dāng)前讀請(qǐng)求是否是順序讀請(qǐng)求； 基于所述當(dāng)前讀請(qǐng)求的所述傳輸大小和所述當(dāng)前讀請(qǐng)求是否是順序讀請(qǐng)求，調(diào)整映射 數(shù)據(jù)預(yù)取大小； 將所述映射數(shù)據(jù)的相對(duì)應(yīng)部分從所述固態(tài)介質(zhì)傳輸?shù)剿鲇成涓咚倬彺妫鶄鬏數(shù)牟?分的大小等于所述經(jīng)調(diào)整的映射數(shù)據(jù)預(yù)取大小； 基于所述相對(duì)應(yīng)的映射數(shù)據(jù)，確定與所確定的邏輯地址和傳輸大小相關(guān)聯(lián)的所述固態(tài) 介質(zhì)的一個(gè)或多個(gè)介質(zhì)地址；以及 將用戶數(shù)據(jù)從所述固態(tài)介質(zhì)的所述一個(gè)或多個(gè)經(jīng)確定的介質(zhì)地址傳輸?shù)剿鲋鳈C(jī)設(shè) 備。2. 如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)控制器，其特征在于，為了調(diào)整所述映射數(shù)據(jù)預(yù)取大小，所 述控制處理器被配置為： 當(dāng)所述當(dāng)前讀請(qǐng)求是順序讀請(qǐng)求時(shí)： 通過將所述當(dāng)前讀請(qǐng)求的所述傳輸大小和所述一個(gè)或多個(gè)先前的讀請(qǐng)求的聚集傳輸 大小相累積，更新所述順序讀請(qǐng)求的聚集傳輸大小；以及 將所述映射數(shù)據(jù)預(yù)取大小設(shè)為等于所述聚集傳輸大小，以減少所述固態(tài)介質(zhì)和處理所 述順序讀請(qǐng)求的所述映射高速緩存之間的數(shù)個(gè)映射數(shù)據(jù)傳輸。3. 如權(quán)利要求2所述的介質(zhì)控制器，其特征在于，通過將所述映射數(shù)據(jù)預(yù)取大小設(shè)為 等于所述聚集傳輸大小，所述媒體控制器被配置為達(dá)到至少10%的數(shù)據(jù)吞吐量的增加。4. 如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)控制器，其特征在于，為了調(diào)整所述映射數(shù)據(jù)預(yù)取大小，所 述控制處理器被配置為： 當(dāng)所述當(dāng)前讀請(qǐng)求是非順序讀請(qǐng)求時(shí)： 將所述映射數(shù)據(jù)預(yù)取大小設(shè)為等于基于所述當(dāng)前讀請(qǐng)求的所述傳輸大小的預(yù)定義的 大小，以減少在所述固態(tài)介質(zhì)和處理所述當(dāng)前讀請(qǐng)求的所述映射高速緩存之間傳輸?shù)挠成?數(shù)據(jù)的量。5. 如權(quán)利要求4所述的介質(zhì)控制器，其特征在于，所述預(yù)定義的大小包括處理所述當(dāng) 前讀請(qǐng)求的整個(gè)傳輸大小所需要的最小量的數(shù)據(jù)。6. 如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)控制器，其特征在于，為了將包括所述相對(duì)應(yīng)的映射數(shù)據(jù) 的映射數(shù)據(jù)從所述固態(tài)介質(zhì)傳輸?shù)剿鼋橘|(zhì)控制器的映射高速緩存，所述介質(zhì)控制器被配 置為： 基于所述至少一個(gè)邏輯地址和傳輸大小，確定所述相對(duì)應(yīng)的映射數(shù)據(jù)是否存儲(chǔ)在所述 映射高速緩存中； 如果所要求的映射數(shù)據(jù)是存儲(chǔ)在所述映射高速緩存中，則所述映射高速緩存被配置為 將存儲(chǔ)所要求的映射數(shù)據(jù)的映射高速緩存條目的高速緩存索引返回給所述控制處理器。7. 如權(quán)利要求6所述的介質(zhì)控制器，其特征在于，如果所述相對(duì)應(yīng)的映射數(shù)據(jù)不是存 儲(chǔ)在所述映射高速緩存中，則所述控制處理器被配置為： 分配所述映射高速緩存中的數(shù)個(gè)條目以存儲(chǔ)所述相對(duì)應(yīng)的映射數(shù)據(jù)，所分配的條目的 數(shù)量是基于所述經(jīng)調(diào)整的映射數(shù)據(jù)預(yù)取大小； 將包括所述相對(duì)應(yīng)的映射數(shù)據(jù)的映射數(shù)據(jù)從所述固態(tài)介質(zhì)的邏輯單元傳輸?shù)剿龉?態(tài)介質(zhì)的本地高速緩存，所述傳輸?shù)拇笮〉扔谒鼋?jīng)調(diào)整的映射數(shù)據(jù)預(yù)取大小；以及 將包括所述相對(duì)應(yīng)的映射數(shù)據(jù)的映射數(shù)據(jù)從所述固態(tài)介質(zhì)的本地高速緩存?zhèn)鬏數(shù)剿?述介質(zhì)控制器的所述映射高速緩存，所述傳輸?shù)拇笮〉扔谒鼋?jīng)調(diào)整的映射數(shù)據(jù)預(yù)取大 小。8. 如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)控制器，其特征在于，為了將用戶數(shù)據(jù)從所述固態(tài)介質(zhì)的 所述一個(gè)或多個(gè)介質(zhì)地址傳輸?shù)剿鲋鳈C(jī)設(shè)備，所述介質(zhì)控制器被配置為： 將所述用戶數(shù)據(jù)從所述固態(tài)介質(zhì)的邏輯單元中的所述介質(zhì)地址傳輸?shù)剿龉虘B(tài)介質(zhì) 的本地高速緩存； 將所述用戶數(shù)據(jù)從所述固態(tài)介質(zhì)的所述本地高速緩存?zhèn)鬏數(shù)剿鼋橘|(zhì)控制器的緩沖 器；以及 形成一個(gè)或多個(gè)主機(jī)協(xié)議分組，以通過根據(jù)所述主機(jī)協(xié)議操作的通信鏈接將所述用戶 數(shù)據(jù)從所述緩沖器傳輸?shù)剿鲋鳈C(jī)設(shè)備。9. 如權(quán)利要求8所述的介質(zhì)控制器，其特征在于，所述介質(zhì)控制器被配置為： 當(dāng)讀請(qǐng)求的全部所述用戶數(shù)據(jù)被傳輸?shù)剿鲋鳈C(jī)設(shè)備時(shí)，向所述主機(jī)設(shè)備報(bào)告所述讀 請(qǐng)求的完成。10. 如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)控制器，其特征在于，所述控制處理器被配置為： 確定是否從所述主機(jī)設(shè)備接收到后續(xù)讀請(qǐng)求；以及 將所述后續(xù)讀請(qǐng)求作為所述當(dāng)前讀請(qǐng)求處理。11. 如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)控制器，其特征在于，所述映射數(shù)據(jù)包括具有多個(gè)葉級(jí)映 射頁的多級(jí)映射，所述多個(gè)葉級(jí)映射頁存儲(chǔ)在所述固態(tài)介質(zhì)中，每個(gè)葉級(jí)映射頁包括多個(gè) 映射條目，每個(gè)條目與所述固態(tài)介質(zhì)的一個(gè)或多個(gè)物理地址相關(guān)聯(lián)。12. 如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)控制器，其特征在于，所述映射數(shù)據(jù)包括多級(jí)映射，所述 多級(jí)映射包括： 第二級(jí)映射，所述第二級(jí)映射具有多個(gè)第二級(jí)映射頁，所述第二級(jí)映射頁的每一個(gè)具 有多個(gè)條目，每個(gè)條目被配置為存儲(chǔ)所述固態(tài)介質(zhì)的一個(gè)物理地址；以及 第一級(jí)映射，所述第一級(jí)映射具有多個(gè)條目，每個(gè)條目與一個(gè)第二級(jí)映射頁相關(guān)聯(lián)，所 述第一級(jí)映射被配置為將所述至少一個(gè)邏輯地址和地址范圍與所述第二級(jí)映射頁的至少 一個(gè)相關(guān)聯(lián)。13. 如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)控制器，其特征在于，所述順序區(qū)是基于所述一個(gè)或多個(gè) 先前的讀請(qǐng)求而定義的，并且如果所述當(dāng)前讀請(qǐng)求的所述經(jīng)確定的邏輯地址在所述一個(gè)或 多個(gè)先前的讀請(qǐng)求的所述邏輯地址范圍內(nèi)，則所述當(dāng)前讀請(qǐng)求在所述順序區(qū)內(nèi)。14. 如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)控制器，其特征在于，所述介質(zhì)控制器被實(shí)現(xiàn)為片上系統(tǒng) (SoC)。15. -種由包括介質(zhì)控制器和固態(tài)介質(zhì)的固態(tài)驅(qū)動(dòng)器（SSD)處理從主機(jī)設(shè)備接收的請(qǐng) 求的方法，所述方法包括： 由所述介質(zhì)控制器的控制處理器確定與從所述主機(jī)設(shè)備接收的當(dāng)前讀請(qǐng)求相關(guān)聯(lián)的 邏輯地址、傳輸大小和基于所述經(jīng)確定的邏輯...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：L·巴瑞烏丁，張志青，宋欣，譚云順，陳林峰，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：LSI公司，
類型：發(fā)明
國別省市：美國;US