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浅谈闪存控制器架构
发布时间:2021-06-05 04:05
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本文摘要:分析存储器控制器的架构,首先得理解SSD。一般来说SSD的存储介质分成两种,一种是使用存储器(Flash芯片)作为存储介质,另外一种是使用DRAM作为存储介质。 我们一般来说所说的SSD就是基于存储器的固态硬盘,其使用FLASH芯片作为存储介质。SSD的基本构成结构还包括Flash颗粒和Flash控制器,Flash控制器中有芯片,负责管理Flash的读取、磨损平衡、寿命监控等等。

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分析存储器控制器的架构,首先得理解SSD。一般来说SSD的存储介质分成两种,一种是使用存储器(Flash芯片)作为存储介质,另外一种是使用DRAM作为存储介质。

我们一般来说所说的SSD就是基于存储器的固态硬盘,其使用FLASH芯片作为存储介质。SSD的基本构成结构还包括Flash颗粒和Flash控制器,Flash控制器中有芯片,负责管理Flash的读取、磨损平衡、寿命监控等等。

  Flash控制器的主要的工作任务还包括三大方面:一是后端采访Flash,管理后端Flash颗粒,还包括各种参数掌控和数据IO;二是前端获取采访模块和协议:构建对应的SAS/SATAtarget协议末端或者NVMe协议末端,提供Host收到的IO指令并解码和分解内部私有数据结果等候继续执行;三是FTL层核心处置。下面我们明确来讲解一下Flash控制器是怎样做到这几件事的。

  第一,后末端采访Flash的操作者内容  后末端采访Flash首先必需提及的是存储器地下通道控制器。这个控制器里面有多个地下通道,每个地下通道悬挂多片Flash。它与后端Flash颗粒之间不存在托管地协议。

数据载入Flash的时候,除了主机发送到的数据或者原始数据,其他数据都必需展开ECC校验。ECC是标准化的称呼,里面有多种算法,其中还包括数据流亲率较低的BCH算法,LAPC低密度校验码等。

数据朗读的时候,通过扰码,加扰,解扰,看ECC否经常出现错误,若推卸责任则在数据流后将芯片零担内部,可供先前的程序处理。因此,后末端采访Flash的主要任务即是管理后端Flash颗粒,还包括各种参数掌控和数据IO。  第二,前端获取采访模块和协议  前端获取采访模块和协议,跟主机驱动通信,利用标准格式输配到系统里面,接管主机末端发过来的指令,即已完成、构建对应的SAS/SATAtarget协议末端或者NVMe协议末端,提供Host收到的IO指令并解码和分解内部私有数据结构等候继续执行。

如果遵守NVMe标准,还包括递交命令的方法、已完成命令的处置方法等都以定好了,还包括各种队列、队列深度,QueuePair的总体数量仅次于可以超过64K个,队列深度也平均64K个,所以,系统里同时有可能不存在64K64KIO排着,但是目前的系统是用将近这么多Queue的,因为底下的介质速度还足以承托。  第三,FTL层核心层处置  核心层FTL层,是一款Flash控制器的关键竞争力所在。它既可以是显软件算法,还包括元数据管理,数据布局影射、磨损平衡、垃圾重复使用、内存策略、片间RAID和掉电元数据一致性确保等内容。

同时,它也可以在展开重复性工作时相结合软加快引擎。这所谓显软件的,辅有软加快的成分在里面。

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软加快牵涉到到所用于的芯片。有的芯片反对软加快,比如说链表的确保。

这是因为做到垃圾重复使用时必须要中用链表,拿传统的软件算法,放入一个或者新增一些项目,所花费的CPU周期较小,此时用软加快分段,再行再加一些软逻辑的加快,则可节省支出。  Flash控制器的两种策略和方式:  现有的Flash控制器可使用两种方式:一种是少量的强劲核心特少量硬件加速。

所谓强劲核心就是一个核心的性能低、频率低,分支预判、并行度、单元数量、继续执行管道,各种参数都低于一般水平。核心强劲了以后,软加快就不必须这么多了,可以用少量的硬加快。

  另一种方式则是大量很弱核心+大量软加快。比如说16个核心,每个核心较为很弱,但是需要减少继续执行的并行度,有16个所发核心继续执行,跑完16套处理程序,这是两种架构。这是一种多核心协作架构模式,其协作方式可以是同构协作也可以是异构协作  1.同构协作就是每个核心做到的事都是几乎一样的,处置的步骤几乎一样。如果你的控制器阵列里面有16个IO,有16个核心,每个核心都能处置一个IO,这是同构协作。

  2.异构协作则是多个核心做到有所不同的事情。处置同一个IO,第一个IO第一步,第一个核心处置,这个核心处置完了以后,把这个IO扔进下一个核心,再行处置下一步,等这个核心空出来以后,处置下一个IO的第一步,这就是所谓的流水线了,所谓的异构就是如此。


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