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【转载】SSD断电保护原理

异常掉电的隐患

  若没有合理的掉电保护机制,而异常掉电的发生又不可避免,当发生异常掉电,会引发很多问题。

(1)丢盘

  异常掉电,会使得映射表来不及保存,丢失逻辑地址到物理地址的映射,待重新上电后,SSD将无法被BIOS识别。只能通过返厂维修解决问题,然而所谓返厂维修是通过重新开卡解决你的丢盘问题。重新开卡也就意味着所有用户数据的丢失!

(2)丢失缓存中的数据

  SSD一般都采用SDRAM或者DDR(也即DDR SDRAM)做缓存,其中SDRAM是非易失性存储介质,断电之后数据会丢失。

(3)导致误判的“坏块”增加

  MLC中,能存储2bit的数据,page以shared page方式存放,把LSB、MSB一个物理cell的两个bit分别映射到两个不同的page里面;将LSB(lower significant bit)放到Lower page(慢页)中存放,将MSB(most significant bit)放到Upper page(快页)中存放;操作规则为:先操作LSB后操作MSB。因此慢页的操作耗时比快页短。

  所以在MLC中,若Program时,Lower page没有被成功Program,会导致这个cell上的电压发生偏移,从而影响到Upper page中的数据。因此,如果错误bit数超过ECC纠错能力,那么在重新上电读取错误时,该Block被标记为坏块;或者,如果Lower page已经编程成功,而在Upper page编程过程中突然掉电,必然会导致Lower page中的数据发送错误,如果数据错误数量超过SSD ECC纠错能力,那么就会在读取时出现错误,Block会被主控判为“Bad Block”并标识到bad block table中。

掉电保护原理

  通常SSD会使用钽电容或者超级电容用作掉电后的供电设备;钽电容,适合宽温环境,但是容量较小;超级电容,不适合高低温环境,但是容量很大。

(1)超级电容(或钽电容)通过正常电源充电;

(2)在超级电容(或钽电容)输入端、SATA电源输入端,分别对输入电源进行侦测,侦测电路连接到对应的GPIO口;

(3)电源突然断电的瞬间,由GPIO反馈到Firmware;

(4)端口5V断后,Firmware反馈给HOST,不再接收还未传输到SSD的数据;

(5)限制电路端的侦测电路(防止瞬间输入电流过大而击穿硬件的保护电路)反馈到HOST,切换电源输入,转由超级电容(或钽电容)供电,满足断电后更新映射表及缓存内数据的写入所需的电力。

 待考虑的问题

(1)电容容量的大小

  容量太小:电量不够用于数据的保存,照样会有异常掉电隐患。容量太大:一是,SSD需要电容充分放电后才能被识别,如果只是短暂突然的掉电,重新上电后电容仍然没有放电完毕,SSD将不会被识别;二是,容量大的电容需要充电的时间长,充电时间若不够,没有足够的电量保存数据。

(2)电容得老化问题

  电容也是有使用期限的,很长时间之后电容得老化可能导致电容电量只能有原来的30%。

(3)数据保护对象

  不同的厂家对数据保护对象有不同,常见的保护对象分为以下三种:

  • 保护SDRAM中所有数据(映射表+用户数据);再次上电后,相当于断电前的操作被中断,重新上电后就可立马进入待命状态。
  • 只保护映射表;再次上电后,需要先把上次NAND Flash中保存的映射表提取到SDRAM中,再将保存的用户数据提取出来,两者结合更新映射信息,更新完之后才进入待命状态。
  • 只保护用户数据;再次上电后,需要先把上次NAND Flash中保存的映射表提取到SDRAM中,只是丢掉了用户断电前正在操作的数据,无法更新。
posted @ 2017-07-28 12:19  Christal_R  阅读(2597)  评论(0编辑  收藏  举报