專利名稱：一種對nand flash存儲器進(jìn)行虛擬空間管理的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及閃存存儲器的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到對NAND FLASH閃存存儲器的物理塊建立邏輯映射表來進(jìn)行虛擬空間管理的方法。
背景技術(shù)：
目前，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，更多、更好的存儲介質(zhì)被研發(fā)出來，使我們的生活發(fā)生著日新月異的變化。這些變化給移動通訊終端提供了更多的選擇，更好的性能。存儲器訪問速度的提高以及存儲空間的不斷擴(kuò)大，也使移動通訊終端具有更好的多媒體功能。為了得到更多的存儲空間，并且價格更加便宜，NAND FLASH存儲器應(yīng)運(yùn)而生。NAND FLASH存儲器與NORFLASH存儲器同屬于閃存存儲器，但是NAND FLASH存儲器在移動通訊終端的大容量存儲中有著更好的性能價格比，正在迅速的替代NOR存儲器的地位。下面簡單列舉一下NAND FLASH和NORFLASH兩種存儲器的區(qū)別。
NOR FLASH可以進(jìn)行讀寫，能夠ACCESS，也就是說，它上面存儲的內(nèi)容可以被執(zhí)行。擦除方式按照block方式，寫入方式按照word寫入，永不損壞。
NAND FLASH在低廉價格的前提下，可以使存儲空間變得很大。NAND FLASH存儲器可以進(jìn)行讀寫，但是不能夠ACCESS，也就是說，它上面存儲的內(nèi)容只能被裝入到內(nèi)存中才能夠被執(zhí)行。擦除方式按照block方式，寫入方式按照page方式，一次必須寫入一個page。
NAND FLASH存儲器除了第一塊block能夠保證永不損壞外，其他的塊均存在壞掉的可能性。一般來說，一個block有固定個字節(jié)，但是，這僅僅是尋址空間可以看到的地方，其實(shí)每一個block在最后還有一部分空間即備用區(qū)域是看不到的，它用來標(biāo)示本塊block是否已經(jīng)損壞，防止讀寫時使用該壞塊。
由于NAND FLASH存儲器會隨機(jī)地出現(xiàn)壞塊，目前對壞塊的處理，一般采用跳過該壞塊的方法。即燒寫FLASH時，發(fā)現(xiàn)某一塊壞掉，終端燒寫程序或者BOOT LOADER程序僅僅是跳到下一個可用塊進(jìn)行讀寫操作，這里的BOOT LOADER就是在操作系統(tǒng)內(nèi)核運(yùn)行之前運(yùn)行的一段小程序。通過這段小程序，可以初始化硬件設(shè)備、建立內(nèi)存空間的映射圖，從而將系統(tǒng)的軟硬件環(huán)境帶到一個合適的狀態(tài)，以便為最終調(diào)用操作系統(tǒng)內(nèi)核準(zhǔn)備好正確的環(huán)境。
目前采取的這種跳過壞塊的方法存在的缺點(diǎn)如下，由于壞塊的存在，將本來應(yīng)該寫到某一地址的內(nèi)容寫到了下一個block，使得程序IMAGE(編譯后的可執(zhí)行程序影像文件)與燒寫到NAND FLASH存儲器里面的內(nèi)容不能一一對應(yīng)，即從整個NAND FLASH來看，存在許多“空洞”。然而隨著移動通訊終端能力變得越來越強(qiáng)大，一些應(yīng)用程序必須到指定地址去尋找內(nèi)容，比如說某些應(yīng)用要求讀取地址0X00A00000的內(nèi)容，這個地址是對應(yīng)著NAND FLASH的第1塊，而第1塊恰好是壞塊，這里地址0X00A00000內(nèi)容被如上所說的跳過壞塊的機(jī)制燒寫到后面的某個塊J中去了。因此，移動通訊終端的所有應(yīng)用程序都必須有跳過壞塊的處理機(jī)制，程序模塊之間需要協(xié)作，這就使得終端程序做的很復(fù)雜。如隨著3G的來臨，F(xiàn)OTA(移動終端空中下載軟件升級)功能又成為運(yùn)營商必選的內(nèi)容，需要終端程序能夠在空中更新并且能夠平滑的進(jìn)行程序執(zhí)行，這樣，目前的壞塊跳過的處理辦法就難以滿足3G終端的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種對NAND FLASH存儲器進(jìn)行邏輯塊虛擬空間管理的辦法，通過該辦法，能夠屏蔽NAND FLASH存儲器中的物理壞塊，向上層應(yīng)用軟件模塊提供統(tǒng)一的、連續(xù)的、可用的存儲介質(zhì)的操作方法?？朔藗鹘y(tǒng)的壞塊跳過處理辦法帶來的終端程序復(fù)雜性的問題，能夠簡單快捷地解決終端程序下載和存儲到存儲器中的情況。
本發(fā)明包括以下步驟1)初始化NAND FLASH存儲器，檢測所有物理壞塊；2)建立映射表，把虛擬的連續(xù)可用的邏輯塊映射到非連續(xù)的可用物理塊上，并把映射表存儲到虛擬空間管理模塊中；3)每個應(yīng)用單元通過虛擬空間管理模塊訪問NAND FLASH存儲器；4)虛擬空間管理模塊找到邏輯塊對應(yīng)的物理塊，進(jìn)行讀、寫和擦除操作。
在NAND FLASH的頻繁操作使用過程中，也有可能產(chǎn)生壞塊，因此對NAND FLASH存儲器進(jìn)行虛擬空間管理的方法，還包括以下步驟5)NAND FLASH存儲器的物理塊在讀、寫和擦除操作中出現(xiàn)錯誤，識別為壞塊；6)把邏輯塊映射到一個可用且為空的物理塊上，并把新的映射表存儲到虛擬空間管理模塊中；7)邏輯塊不變，重新找到新對應(yīng)物理塊，再次進(jìn)行讀、寫和擦除操作。
在所述的映射表中，邏輯空間0塊映射到物理空間0塊，邏輯空間第N塊映射到物理空間從第N塊包括第N塊開始的第一個可用的物理塊，N大于等于1。即邏輯空間1塊映射到物理空間時，如果物理空間第1塊可用，則映射到物理空間第1塊，如果物理空間第1塊是壞塊，則繼續(xù)向下尋找直到可用的物理塊。
NAND FLASH存儲器中劃出一部分作為預(yù)留存儲區(qū)域，用于物理塊在讀寫操作出現(xiàn)損壞時重新映射的存儲物理塊。
NAND FLASH存儲器提供統(tǒng)一的讀寫控制接口，非同時運(yùn)行的每個應(yīng)用單元調(diào)用連續(xù)可用的NAND FLASH存儲器邏輯塊。采用NAND flash存儲器作為數(shù)據(jù)存儲裝置的產(chǎn)品有手機(jī)、MP3、U盤、數(shù)碼相機(jī)和PDA。
通過本發(fā)明，上層應(yīng)用軟件單元就可用把下層實(shí)際存在物理壞塊的NAND FLASH存儲器映射成統(tǒng)一的、連續(xù)的、可用的線性存儲介質(zhì)，上層應(yīng)用軟件軟件這樣就完全可以透明地去進(jìn)行對NAND FLASH存儲器的邏輯空間進(jìn)行讀取存儲操作，而不必在各種應(yīng)用軟件單元中考慮復(fù)雜的壞塊跳過問題了，本發(fā)明通過統(tǒng)一的讀寫控制接口，能夠簡單快捷地解決手機(jī)終端程序下載和存儲。


圖1是存儲器內(nèi)邏輯塊和物理塊的映射關(guān)系示意圖；圖2是運(yùn)行應(yīng)用出現(xiàn)壞塊時，存儲器邏輯塊和物理塊的映射關(guān)系示意圖；圖3是虛擬空間管理流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
如圖1所示，虛擬內(nèi)存管理模塊中邏輯塊和物理塊的映射關(guān)系，是每一個邏輯塊按照順序映射到實(shí)際的物理塊上，如果對應(yīng)的物理塊壞了，則映射到下一個物理塊上，然后建立起一個映射表。例如在NAND FLASH存儲器中存在壞塊5、6、11等等。這樣我們的邏輯地址的對應(yīng)關(guān)系就會像下面這樣，邏輯0對應(yīng)物理0；邏輯1對應(yīng)物理1；邏輯2對應(yīng)物理2；邏輯3對應(yīng)物理3；邏輯4對應(yīng)物理4；邏輯5對應(yīng)物理7；邏輯6對應(yīng)物理8；邏輯N對應(yīng)物理M。其中物理0塊是保證不會壞掉的，而其他的物理塊有會出現(xiàn)壞塊的可能性，壞塊分為兩種，一種存儲器生產(chǎn)出來后就存在的初始壞塊，另一種是存儲器的運(yùn)行過程中出現(xiàn)的隨機(jī)產(chǎn)生的壞塊。
建立起NAND FLASH壞塊映射表，并把邏輯塊與實(shí)際物理塊的映射關(guān)系以映射表的形式存儲在NAND FLASH的固定位置上。這樣就能夠向上層應(yīng)用提供統(tǒng)一的NAND FLASH讀寫控制接口，并向上層應(yīng)用提供連續(xù)的邏輯地址空間。上層應(yīng)用程序通過這些接口對NAND FLASH進(jìn)行讀寫操作，在使用這些接口時，不必考慮NAND FLASH中實(shí)際壞塊的存在，只是假定下層整個NAND FLASH是連續(xù)可用的。
初始壞塊的檢測，用燒寫工具把相應(yīng)IMAGE寫到手機(jī)的NAND FLASH后，手機(jī)第一次開機(jī)BOOT LOADER運(yùn)行時，BOOT LOADER中的邏輯空間管理模塊部分啟動并檢測NAND FLASH的固定區(qū)域，該固定區(qū)域不在動態(tài)FLASH管理區(qū)域，即該區(qū)域不需要進(jìn)行映射，這時映射表不存在。然后掃描NADN FLASH存儲器，識別壞塊，建立起邏輯空間與物理空間的映射表。
映射表的建立算法為如果實(shí)際的NAND FLASH第N塊壞，則邏輯FLASH空間第N塊對應(yīng)的就是從邏輯FLASH空間第N-1塊對應(yīng)的實(shí)際可用物理塊開始的下一個可用的物理塊。即如果邏輯空間的第N-1塊，映射到實(shí)際物理塊的M塊，則邏輯空間的第N塊映射到從M+1(包括M+1)開始的第一個可用物理塊。這里N大于等于1；N＝0時邏輯第0塊，對應(yīng)的實(shí)際的物理地址第0塊，因?yàn)镹AND FLASH保證第0塊是可用的。
建成該映射關(guān)系之后(包括以后的手機(jī)開機(jī))把該映射表保存到相應(yīng)的固定區(qū)域。BOOTLOADER檢測到相應(yīng)的固定區(qū)域存在該映射表，根據(jù)映射表的映射關(guān)系，直接通過邏輯內(nèi)存管理模塊的相關(guān)讀取接口線性連續(xù)的讀取IMAGE加載到ram空間去運(yùn)行(從第一塊到第N塊，連續(xù)線性)。到此時映射關(guān)系表依然如圖1所示，之后的手機(jī)生命周期內(nèi)那些更新NAND FLASH的應(yīng)用軟件可能會改變這種映射關(guān)系。
當(dāng)FOTA等應(yīng)用進(jìn)行NAND FLASH的更新操作時，NAND FLASH這個時候也可能產(chǎn)生壞塊。比如在進(jìn)行某次FOTA前，映射關(guān)系如圖1；當(dāng)FOTA要求更新第5塊，此時根據(jù)圖1的映射關(guān)系，實(shí)際上是更新NAND FLASH的第7塊，此時擦除第7塊時，該塊壞掉。
如圖2所示，即FOTA過程中產(chǎn)生了新壞塊的情況，這里沒有辦法把邏輯的第5塊去映射到實(shí)際的NAND FLASH第8塊，因?yàn)镹AND FLASH的第8塊是邏輯第6塊的內(nèi)容。于是把邏輯第5塊映射到存儲器預(yù)留區(qū)域的某個塊內(nèi)，這時把它映射到預(yù)留區(qū)域的下一個可用塊K，然后修改映射表。
以下對預(yù)留區(qū)域做一下描述。預(yù)留區(qū)域是從NAND FLASH中保留的一塊區(qū)域，一般來說，預(yù)留區(qū)域放置在NAND FLASH的末尾部分，該區(qū)域依然可能存在壞塊，邏輯空間管理模塊管理著該區(qū)域的下一個可用塊NextAvailableBlock。當(dāng)FOTA等模塊需要從預(yù)留區(qū)域取可用塊映射到邏輯空間時，就可以把塊NextAvai lableBlock映射到邏輯空間，然后查找從該塊開始下一個可用的塊重新標(biāo)記為NextAvailableBlock，以備下次FOTA等模塊應(yīng)用產(chǎn)生壞塊時，就可以用該塊映射。
如圖3所示，虛擬空間管理流程是先進(jìn)行步驟301，初始化NAND FLASH存儲器，檢測所有物理壞塊；步驟302，建立映射表，把虛擬的連續(xù)可用的邏輯塊映射到非連續(xù)的可用物理塊上，并把映射表存儲到虛擬空間管理模塊中；步驟303，主程序運(yùn)行，將空間管理模塊存儲區(qū)中的內(nèi)容load到ram中；步驟304，每個應(yīng)用單元通過虛擬空間管理模塊訪問NAND FLASH存儲器，虛擬空間管理模塊找到邏輯塊對應(yīng)的物理塊，進(jìn)行讀、寫和擦除操作；步驟305，可以順利進(jìn)行操作；步驟306，如果NAND FLASH存儲器的物理塊在讀、寫和擦除操作中出現(xiàn)錯誤，識別為壞塊，把邏輯塊映射到一個可用且為空的物理塊上，并把新的映射表存儲到虛擬空間管理模塊中，邏輯塊不變，重新找到新對應(yīng)物理塊，再次進(jìn)行讀、寫和擦除操作直到操作成功。
比如上層應(yīng)用程序需要讀取、擦除或者寫入數(shù)據(jù)到第blocknum_M塊，這時只需要使用邏輯地址空間調(diào)用響應(yīng)的函數(shù)接口如ReadBlock(blocknum_M，buffer)；EraseBlock(blocknum_M)；WriteBlock(blocknum_M，buffer)；這里的第blocknum_M塊是存儲器中的邏輯塊，而不需要關(guān)心下層NAND FLASH的第blocknum_M塊具體的物理塊是壞塊還是可用塊。邏輯空間管理模塊進(jìn)行相應(yīng)的算法運(yùn)算，把上層應(yīng)用的操作要求從NAND FLASH連續(xù)的邏輯塊映射到相應(yīng)的物理塊，完成上層要求的操作。
本發(fā)明通過統(tǒng)一的讀寫控制接口，把下層實(shí)際存在物理壞塊的NAND FLASH存儲器映射成統(tǒng)一的、連續(xù)的、可用的線性存儲介質(zhì)，上層應(yīng)用軟件軟件可以透明地去進(jìn)行對NAND FLASH存儲器的邏輯空間進(jìn)行讀取存儲操作，而不必再考慮復(fù)雜的壞塊跳過問題了，應(yīng)用虛擬空間管理模塊能夠簡單快捷地解決手機(jī)終端程序下載和存儲。
權(quán)利要求
1.一種對NAND FLASH存儲器進(jìn)行虛擬空間管理的方法，其特征在于包括以下步驟1)初始化NAND FLASH存儲器，檢測所有物理壞塊；2)建立映射表，把虛擬的連續(xù)可用的邏輯塊映射到非連續(xù)的可用物理塊上，并把映射表存儲到虛擬空間管理模塊中；3)每個應(yīng)用單元通過虛擬空間管理模塊訪問NAND FLASH存儲器；4)虛擬空間管理模塊找到邏輯塊對應(yīng)的物理塊，進(jìn)行讀、寫和擦除操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對NAND FLASH存儲器進(jìn)行虛擬空間管理的方法，其特征在于還包括以下步驟5)NAND FLASH存儲器的物理塊在讀、寫和擦除操作中出現(xiàn)錯誤，識別為壞塊；6)把邏輯塊映射到一個可用且為空的物理塊上，并把新的映射表存儲到虛擬空間管理模塊中；7)邏輯塊不變，重新找到新對應(yīng)物理塊，再次進(jìn)行讀、寫和擦除操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對NAND FLASH存儲器進(jìn)行虛擬空間管理的方法，其特征在于所述的映射表中，邏輯空間0塊映射到物理空間0塊，邏輯空間第N塊映射到物理空間從第N塊包括第N塊開始的第一個可用的物理塊，N大于等于1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的對NAND FLASH存儲器進(jìn)行虛擬空間管理的方法，其特征在于NAND FLASH存儲器提供統(tǒng)一的讀寫控制接口，非同時運(yùn)行的每個應(yīng)用單元調(diào)用連續(xù)可用的NAND FLASH存儲器邏輯塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一個權(quán)利要求所述的對NAND FLASH存儲器進(jìn)行虛擬空間管理的方法，其特征在于NAND FLASH存儲器中劃出一部分作為預(yù)留存儲區(qū)域，用于物理塊在讀寫操作出現(xiàn)損壞時重新映射的存儲物理塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一個權(quán)利要求所述的對NAND FLASH存儲器進(jìn)行虛擬空間管理的方法，其特征在于采用NAND flash存儲器作為數(shù)據(jù)存儲裝置的產(chǎn)品有手機(jī)、MP3、U盤、數(shù)碼相機(jī)和PDA。
全文摘要
一種對NAND flash存儲器進(jìn)行虛擬空間管理的方法，建立映射表，把虛擬的連續(xù)可用的邏輯塊映射到非連續(xù)的可用物理塊上，并把映射表存儲到虛擬空間管理模塊中，可以將不相關(guān)的各個程序模塊的壞塊處理部分省略，使它們只能夠看到好用的邏輯塊，而邏輯空間管理模塊提供相應(yīng)的壞塊映射機(jī)制和根據(jù)邏輯塊號找到對應(yīng)的物理塊號的功能，通過本方法，手機(jī)終端中很多軟件模塊可以避免重復(fù)考慮壞塊處理問題，也避免了不能同時運(yùn)行的兩個終端程序在遇到都能訪問的壞塊時的復(fù)雜處理。
文檔編號G06F12/02GK1932778SQ20061006970
公開日2007年3月21日 申請日期2006年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月23日
發(fā)明者劉剛, 唐尊良 申請人:海信集團(tuán)有限公司, 青島海信移動通信技術(shù)股份有限公司