基于区域地址映射的NAND﹢Flash静态磨损均衡算法

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1、第４５卷第２期航空计算技术Ｖｏｌ．４５Ｎｏ．２２０１５年３月ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＭａｒ．２０１５基于区域地址映射的ＮＡＮＤＦｌａｓｈ静态磨损均衡算法王冬，杨琼，徐晓光（中航工业西安航空计算技术研究所，陕西西安７１００６８）摘要：在区域地址映射机制基础上，提出了一种延长ＮＡＮＤｆｌａｓｈ有效使用寿命的静态磨损均衡算法。算法以区域为单位进行冷热数据迁移，使用区域的平均擦除次数和部分平均擦除次数度量区域磨损程度，选取磨损程度最小区域的块与系统预留块进行冷热数据交换。算法

2、将擦除次数上限与当前最大擦除次数的差值作为动态阈值的基数，以减少磨损均衡的开销，保证ＮＡＮＤｆｌａｓｈ的平均读写性能。通过测试，证明算法能够有效提高ｆｌａｓｈ存储器的磨损均衡效果。关键词：区域地址映射；静态磨损均衡；区域磨损程度；动态阈值中图分类号：ＴＰ３３３文献标识码：Ａ文章编号：１６７１-６５４Ｘ（２０１５）０２-０１２２-０４StaticWearLevelingAlgorithmforNANDFlashMemoryBasedonRegionAddressMappingＷＡＮＧＤｏｎｇ，ＹＡＮＧＱｉ

3、ｏｎｇ，ＸＵＸｉａｏ-ｇｕａｎｇ（Xi′anAeronauticsComputingTechniqueResearchInstitute，AVIC，Xi′an７１００６８，China）Abstract：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓａｓｔａｔｉｃｗｅａｒｌｅｖｅｌｉｎｇａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｎａｎｄｆｌａｓｈｍｅｍｏｒｙｂａｓｅｄｏｎｒｅｇｉｏｎａｄ－ｄｒｅｓｓｍａｐｐｉｎｇ．Ｔｈｉｓａｌｇｏｒｉｔｈｍｕｓｅｓｔｈｅｒｅｇｉｏｎｔｏｍｉｇｒａｔｅｄａｔａｂｅｔｗｅｅｎｃｏｌｄａｎｄｈｏｔ，ｔｈｅｎ

4、ｕｓｅｓａｖｅｒａｇｅａｎｄｐａｒｔｉａｌｒｅｇｉｏｎｅｒａｓｅｃｏｕｎｔｔｏｍｅａｓｕｒｅｒｅｇｉｏｎｗｅａｒｄｅｇｒｅｅ，ｔｈｅｎｃｈｏｏｓｅｓｔｈｅｂｌｏｃｋｂｅｌｏｎｇｓｔｏｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍｗｅａｒｄｅｇｒｅｅｒｅｇｉｏｎａｎｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍｒｅｓｅｒｖｅｄｂｌｏｃｋｔｏｍｉｇｒａｔｅｃｏｌｄ-ｈｏｔｄａｔａ．Ｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｓｐｅｎｄｏｆｗｅａｒｌｅｖｅｌｉｎｇａｎｄｇｕａｒａｎｔｅｅｔｈｅｓｐｅｅｄｏｆｒｅａｄａｎｄｗｒｉｔｅ，ｔｈｉｓａｌｇｏｒｉｔｈｍｕｓｅｓｔｈｅｄｉｆｆｅ

5、ｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｌｉｍｉｔｅｒａｓｅｃｏｕｎｔａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｍａｘｉｍｕｍｅｒａｓｅｃｏｕｎｔｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｄｙｎａｍｉｃｔｈｒｅｓｈｏｌｄ，Ｆｉｎａｌｌｙａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔ，ｉｔｐｒｏｖｅｓｔｈａｔｔｈｉｓａｌｇｏｒｉｔｈｍｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｗｅａｒｌｅｖｅｌｉｎｇ．Keywords：ｒｅｇｉｏｎａｄｄｒｅｓｓｍａｐｐｉｎｇ；ｓｔａｔｉｃｗｅａｒｌｅｖｅｌｉｎｇ；ｒｅｇｉｏｎｗｅａｒｄｅｇｒｅｅ；ｄｙｎａｍｉｃ

6、ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ引言热数据，相对很少改变的数据为冷数据，ｆｌａｓｈ存储系随着ＮＡＮＤｆｌａｓｈ存储技术的发展，由于其克服了统的真实情况是局部存储热数据的块进行的擦除操作传统磁盘存储器读写慢、抗震性差等不足，且在价格、较为频繁，其余存储冷数据的块进行的擦除操作较为访问延迟、传输带宽、密度以及能耗方面弥补了ＲＡＭ稀少，这种不均衡的块擦除最终会缩短整个ＮＡＮＤ与磁盘之间的差异，已经成为目前最为广泛使用的存ｆｌａｓｈ存储器的有效使用寿命，所以为了有效管理ｆｌａｓｈ储器之一。近年来，从航电系统的嵌入式设备到手机

7、、存储器，在文件系统层与驱动层之间存在ｆｌａｓｈ翻译层数码相机、笔记本电脑、商用服务器等，均使用了ＧＢ（ＦｌａｓｈＴｒａｎｓｌａｔｉｏｎＬａｙｅｒ（ＦＴＬ）），该层实现了ｆｌａｓｈ的［１］［２］［３］级的大容量ＮＡＮＤｆｌａｓｈ存储器，未来其将拥有巨大的地址映射、垃圾回收以及磨损均衡等关键技术。潜力替代传统磁盘存储器。ＮＡＮＤｆｌａｓｈ物理特性决定磨损均衡通过阻止单个块在短时间达到擦除次数了其每一个物理块均有擦除次数上限，超过该擦除次上限，使得各个块之间磨损程度保持均衡，从而延长整数上限的块存储的数据不

8、再可靠，这称为块的磨损。个ｆｌａｓｈ存储器的寿命。目前存在动态和静态两类磨目前ＳＬＣ（ＳｉｎｇｌｅＬｅｖｅｌＣｅｌｌ）型ＮＡＮＤｆｌａｓｈ块擦除次数损均衡算法，前者在ｆｌａｓｈ存储器的垃圾回收过程中综上限为１００ｋ，ＭＬＣ（ＭｕｌｔｉｐｌｅＬｅｖｅｌＣｅｌｌ）型ＮＡＮＤｆｌａｓｈ合考虑磨损程度来选择进行擦除的块，其侧重于重复块擦除次数上限为１０ｋ。当频繁擦除某些块时，会使使用擦除次数较少的块；后者每隔一定时间将ｆｌａｓｈ存这些块磨损程度大大