申请/专利权人：西安紫光国芯半导体股份有限公司

申请日：2018-12-29

公开（公告）日：2023-12-26

公开（公告）号：CN109582508B

主分类号：G06F11/14

分类号：G06F11/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.12.26#授权;2019.04.30#实质审查的生效;2019.04.05#公开

摘要：本发明提供用于NVDIMM的数据备份和恢复方法、NVDIMM控制器以及NVDIMM。NVDIMM200包括DRAM201、NAND闪存202和NVDIMM控制器100，NVDIMM控制器控制NVDIMM并包括DDR控制器101、NAND闪存控制器102、数据备份模块103和数据恢复模块104，DDR控制器采用并使能DBI。其中备份方法包括：DDR控制器从DRAM读取N位DQ和1位DBI并将其发送至数据备份模块；数据备份模块根据N位DQ和1位DBI的值将其编码成N位EDQ并将N位EDQ发送至NAND闪存控制器；NAND闪存控制器接收N位EDQ并将其写入NAND闪存。

主权项：1.一种用于NVDIMM的数据备份方法，所述NVDIMM包括DRAM、NAND闪存和NVDIMM控制器，所述NVDIMM由NVDIMM控制器所控制，所述NVDIMM控制器包括DDR控制器、NAND闪存控制器和数据备份模块，其中所述DDR控制器采用并使能DBI，所述数据备份方法包括：所述DDR控制器从所述DRAM读取N位DQ和1位DBI，并将所述N位DQ和1位DBI发送至所述数据备份模块；根据所述N位DQ和1位DBI的值，所述数据备份模块将所述N位DQ和1位DBI编码成N位EDQ，并将所述N位EDQ发送至所述NAND闪存控制器；所述NAND闪存控制器接收所述N位EDQ，并将所述N位EDQ写入所述NAND闪存；其中，当所述N位DQ中含有N2个“1”时，将所述N位DQ编码成与之相同的N位EDQ；当所述N位DQ中的“1”的数目不是N2个时，将所述N位DQ索引映射到N位EDQ中的N-1位以及将1位DBI写入N位EDQ中的剩余1位，并且N位EDQ中的“1”的位数不为N2。

全文数据：用于NVDIMM的数据备份和恢复方法、NVDIMM控制器以及NVDIMM技术领域本发明涉及非易失性内存领域，更具体地涉及一种低功耗的用于NVDIMM的数据备份方法、数据恢复方法、NVDIMM控制器以及NVDIMM。背景技术NVDIMM是一种非易失性内存,包括DRAM、NAND闪存NANDFlash和NVDIMM控制器。在主板CPU异常或掉电时，通过中断或消息通知NVDIMM控制器，NVDIMM控制器会将DRAM中的数据备份到NAND闪存。之后在主板CPU重新上电时，主板CPU会通知NVDIMM控制器将备份在NAND闪存中的数据恢复到DRAM，并给超级电容充电。NVDIMM在数据备份时由超级电容供电，但超级电容供电能力有限，且随服役时间和工作温度升高有较大衰减。对于NVDIMM而言，数据备份的功耗和数据备份恢复的时间是两个重要的产品性能指标，决定了超级电容的容量、可靠性和产品的成本。数据备份功耗增加势必需要提升超级电容容量，而超级电容容量增加会带来成本增加和可靠性降低；数据备份恢复时间决定了数据备份过程中的功耗及用户体验。因此，低功耗的NVDIMM数据快速备份和恢复方法可明显提高产品的竞争力。为了降低接口功耗，在DDR4中引入了数据总线反相DataBusInversion；DBI机制。对于JEDEC规范JESD245AB的NVDIMM控制器，在数据备份和恢复时都需要操作DDRx和NAND闪存接口。DDR4使用1.2V接口电压和PODPseudoOpenDrain技术，结合DBI可降低25-40％接口的功耗。虽然现有NVDIMM产品在DDRDDR4侧采用DBI机制可明显降低DRAM操作功耗，但是在备份数据时需要将待备份的数据和DBI指示一起写入NAND闪存，以便在恢复数据给出DBI指示信号使DRAM得到正确的数据。备份DBI会给NVDIMM备份数据带来额外的存储开销，同时提高了备份的功耗。以16GBNVDIMMDDR4x8为例，备份DBI需要增加2GB的存储空间，这将使得备份和恢复时间加长18，也将增加约18的备份功耗。中国专利公开CN108255428A公开了一种数据处理方法、装置及电子设备。该数据处理方法包括：接收数据传输请求，数据传输请求指示将NVDIMM存储的数据传输至块设备，数据传输请求携带有数据块的标识；根据数据传输请求确定目标数据在NVDIMM中的存储位置信息，其中，目标数据为与数据传输请求对应的待传输数据；以字节访问的方式将NVDIMM中由存储位置信息所指示的目标数据直接传输至块设备。但是该方法在主板CPU使用NVDIMM层面来降低数据传输时间，需要保存在NVDIMM中的数据具有一定的特点，并没有从NVDIMM的设计角度出发，因此，不具有通用意义的低功耗NVDIMM快速数据备份和恢复特性。发明内容对于使用了DBI机制的NVDIMM控制器，DDR接口的功耗可明显降低，但存储DBI信息增加了存储空间和数据备份时NAND闪存接口的功耗，同时使数据备份和恢复时间增加。因此，本发明的目的是解决以下问题：1引入DBI后如何存储DBI信息来降低NVDIMM的数据备份功耗；2引入DBI后如何存储DBI信息来降低NVDIMM的数据备份和恢复时间。本发明通过以下方面解决上述技术问题。根据本发明的第一方面，提供一种用于NVDIMM的数据备份方法，所述NVDIMM包括DRAM、NAND闪存和NVDIMM控制器，所述NVDIMM由NVDIMM控制器所控制，所述NVDIMM控制器包括DDR控制器、NAND闪存控制器和数据备份模块，其中所述DDR控制器采用并使能DBI，所述数据备份方法包括：所述DDR控制器从所述DRAM读取N位DQ和1位DBI，并将所述N位DQ和1位DBI发送至所述数据备份模块；根据所述N位DQ和1位DBI的值，所述数据备份模块将所述N位DQ和1位DBI编码成N位EDQ，并将所述N位EDQ发送至所述NAND闪存控制器；所述NAND闪存控制器接收所述N位EDQ，并将所述N位EDQ写入所述NAND闪存。根据本发明第一方面的一个优选实施方案，其中，当所述N位DQ中含有N2个“1”时，将所述N位DQ编码成与之相同的N位EDQ；当所述N位DQ中的“1”的数目不是N2个时，将所述N位DQ索引映射到N位EDQ中的N-1位，将1位DBI写入N位EDQ中的剩余1位，并且N位EDQ中的“1”的位数不为N2。根据本发明第一方面的一个优选实施方案，其中，所述DRAM是DDR4。根据本发明第一方面的一个优选实施方案，其中，所述DRAM是DDR4×8或DDR4×16。根据本发明第一方面的一个优选实施方案，其中，当所述DRAM是DDR4×8时，所述N位DQ为8位DQ，当8位DQ中含有4个“1”时，将所述8位DQ编码成与之相同的8位EDQ；当8位DQ中含有5-8个“1”时，将8位DQ索引映射到8位EDQ中的7位，将1位DBI写入8位EDQ中的剩余1位，并且8位EDQ中的“1”的位数不为4。根据本发明的第二方面，提供一种用于NVDIMM的数据恢复方法，所述NVDIMM包括DRAM、NAND闪存和NVDIMM控制器，所述NVDIMM由NVDIMM控制器所控制，所述NVDIMM控制器包括DDR控制器、NAND闪存控制器和数据恢复模块，其中所述DDR控制器采用并使能DBI，所述数据恢复方法包括：所述NAND闪存控制器从所述NAND闪存读取N位EDQ数据，并将所述N位EDQ数据发送至所述数据恢复模块；所述数据恢复模块接收所述N位EDQ数据，将所述N位EDQ数据解码成N位DQ和1位DBI,并将所述N位DQ和1位DBI发送至所述DDR控制器；所述DDR控制器根据所述1位DBI的值拉低或拉高所述DDR控制器的接口的DBI，并将所述N位DQ写入所述DRAM。根据本发明第二方面的一个优选实施方案，其中，当所述N位EDQ中含有N2个“1”时，所述N位DQ与所述N位EDQ相同；当所述N位EDQ中的“1”的数目不是N2个时，则将所述N位EDQ逆映射为N位DQ和1位DBI。根据本发明第二方面的一个优选实施方案，其中，所述DRAM是DDR4。根据本发明第二方面的一个优选实施方案，其中，所述DRAM是DDR4×8或DDR4×16。根据本发明第二方面的一个优选实施方案，其中，当所述DRAM是DDR4×8时，所述EDQ为8位EDQ，当8位EDQ中含有4个“1”时，所述DQ与所述EDQ相同；当8位EDQ中含有非4个“1”时，将所述8位EDQ逆映射为8位DQ和1位DBI。根据本发明的第三方面，提供一种NVDIMM控制器，所述NVDIMM控制器包括DDR控制器和NAND闪存控制器，所述NVDIMM控制器用于控制NVDIMM，所述NVDIMM包括DRAM和NAND闪存，其中所述DDR控制器采用并使能DBI，其特征在于，所述NVDIMM控制器还包括：数据备份模块，用于将所述DDR控制器从所述DRAM读取的N位DQ和1位DBI编码成N位EDQ，并将N位EDQ发送至所述NAND闪存控制器；以及数据恢复模块，用于将所述NAND闪存控制器从所述NAND闪存读取的N位EDQ解码成N位DQ和1位DBI，并将N位DQ和1位DBI发送至所述DDR控制器。根据本发明第三方面的一个优选实施方案，其中，所述数据备份模块用于在所述N位DQ中含有N2个“1”时将所述N位EDQ编码成与所述N位DQ相同，并且用于在所述N位DQ中的“1”的数目不是N2个时将所述N位DQ索引映射到N位EDQ中的N-1位以及将1位DBI写入N位EDQ中的剩余1位，其中N位EDQ中的“1”的位数不为N2。根据本发明第三方面的一个优选实施方案，其中，所述数据恢复模块用于在所述N位EDQ中含有N2个“1”时将所述N位EDQ解码成与之相同的N位DQ，并且用于在所述N位EDQ中的“1”的数目不是N2个时将所述N位EDQ逆映射为N位DQ和1位DBI。根据本发明第三方面的一个优选实施方案，其中，所述DRAM是DDR4。根据本发明第三方面的一个优选实施方案，其中，所述DDR4是DDR4×8或DDR4×16。根据本发明第三方面的一个优选实施方案，其中，当所述DDR4是DDR4×8时，所述EDQ为8位EDQ，所述数据备份模块用于在8位EDQ中含有4个“1”时将所述8位DQ编码成与之相同的8位EDQ，并且用于在8位EDQ中含有5-8个“1”时将8位DQ索引映射到8位EDQ中的7位以及将1位DBI写入8位EDQ中的剩余1位，其中8位EDQ中的“1”的位数不为4。根据本发明第三方面的一个优选实施方案，其中，所述数据恢复模块用于在8位EDQ中含有4个“1”时使得所述DQ与所述EDQ相同，并且用于在8位EDQ中含有非4个“1”时将所述8位EDQ逆映射为8位DQ和1位DBI。根据本发明的第四方面，提供一种NVDIMM，包括上述第三方面所述的NVDIMM控制器。本发明的NVDIMM控制器针对使用了DBI机制的DDR，其中1在数据备份时，DDR侧的DBI机制使能，从DDR接口读取要备份的数据和DBI指示，根据数据的特点，将DBI编码到数据中，通过减少要写入的NAND数据的数目来降低操作NAND接口的功耗和数据备份时间；2在数据恢复时，从NAND闪存中读取带有DBI编码的备份数据，并从备份数据中解码得到DBI指示和要恢复到DRAM中的数据，数据恢复写入DRAM时，同样使用DBI机制来降低DDR接口的操作功耗。与在使用NVDIMM时根据数据特点来降低功耗的方法相比，本发明从NVDIMM设计层面出发，降低写入NAND闪存的数据量来降低功耗和数据备份时间，对主机的应用没有任何约束和要求。附图说明通过下文结合附图的详细说明，将更好地理解本发明。应理解，这些附图仅出于示例目的，且未必按比例绘制。在附图中：图1是根据本发明一个实施方案的NVDIMM控制器的系统框图。图2是根据本发明一个实施方案的NVDIMM的示意图。具体实施方式根据本发明，NVDIMM控制器实现非易失性功能主要由DDR控制器、NAND闪存控制器及数据备份恢复模块三部分完成，这三部分是使用FPGA或ASIC实现的。DDR控制器用于控制DRAM，NAND闪存控制器用于控制NAND闪存。本发明针对使用了DBI功能的DDR，其中在数据备份恢复环节数据备份恢复模块对DQ和DBI二者进行编解码处理以实现接口低功耗，同时提高了数据备份恢复速度。下文中所描述的DDR指的是DDR4，但应理解，本发明不限于DDR4，本发明同样适用于其他支持DBI的现有DDR版本和未来DDR版本。图1也示出了根据本发明一个实施方案的数据备份方法和数据恢复方法。以DDR4x8为例，与DDR控制器相关的接口信号是8比特DQ和1比特DBI，与NAND闪存控制器相关的接口信号是经编码的DQEDQ。下面将具体描述NVDIMM控制器的数据备份方法。DDR控制器从DRAM读取数据，由于DBI的作用，DQ中‘1’的个数和DBI指示有9种可能，如表1所示，DBI为‘0’说明DQ数据有翻转，反之，DQ没有翻转。DQ[7:0]DBI说明DQ中4个11DQ没有翻转DQ中5个11DQ没有翻转DQ中5个10DQ翻转DQ中6个11DQ没有翻转DQ中6个10DQ翻转DQ中7个11DQ没有翻转DQ中7个10DQ翻转DQ中8个11DQ没有翻转DQ中8个10DQ翻转表1：DQ和DBI的数值以及关系从表1可知，当DBI为1时，实际存储在DRAM中的数据与DDR控制器读取的DQ相同；当DBI为0时，实际存储在DRAM中的数据与DDR控制器读取的DQ相反。根据DQ的特点，即8比特数据中只有45678个‘1’的情况。本发明的数据备份方法依据这种特点，创新性地将DQ和DBI二者共同进行编码，生成8比特的EDQ，如表2所示，数据备份模块通过编码将8比特DQ和1比特DBI用8比特EDQ来表示，EDQ通过NAND闪存控制器写入NAND闪存，完成数据备份。表2DQ、DBI和EDQ编码关系表对于DQ中存在5678个‘1’的情况，为了与DQ中存在4个‘1’的情况进行区分，当DBI＝1时，表示93个可能DQ值的索引映射的7位EDQ中不含有3位‘1’；当DBI＝0时，表示93个可能DQ值的索引映射的7位EDQ中不含有4位‘1’。例如，在一个实施方案中，当DBI＝1时，EDQ[7]＝DBI,EDQ[6:0]表示93个可能DQ值的索引映射，其中EDQ[6:0]中不含有3位‘1’；当DBI＝0时，EDQ[7]＝DBI,EDQ[6:0]表示93个可能DQ值的索引映射，其中EDQ[6:0]中不含有4位‘1’。上文的实施方案将DBI信息放置在EDQ的高位，但应理解，DBI信息可以放置在EDQ中任何位置。当NVDIMM控制器恢复数据时，步骤包括：1NAND闪存控制器从NAND闪存读取备份时写入的EDQ数据；2数据恢复模块对读取的EDQ数据进行解码，获得DQ和DBI，并将解码后的DQ和DBI发送至所述DDR控制器，所述解码过程是表2的逆过程，如果EDQ中有4位“1”，则不需要解码，否则，将8位EDQ逆映射到8位DQ和1位DBI；3DDR控制器根据DBI拉低拉高DDR控制器的接口的DBI信号，并将DQ发送至DRAM，DRAM根据DBI的值决定是否翻转DQ，从而完成数据恢复。上文中以DDR4x8为例进行了说明，但应理解，本发明同样适用于DDR4x16。图2是根据本发明一个实施方案的NVDIMM的示意图。如图2所示，NVDIMM控制器100包括DDR控制器101、NAND闪存控制器102、数据备份模块103和数据恢复模块104。NVDIMM控制器控制包括DRAM201和NAND闪存202的NVDIMM200，数据恢复备份模块实现上文关于图1描述的数据备份方法和数据恢复方法。所述DDR控制器与所述DRAM相连接，所述NAND闪存控制器与所述NAND闪存相连接，所述数据备份模块与所述DDR控制器和所述NAND闪存控制器相连接，且所述数据恢复模块与所述DDR控制器和所述NAND闪存控制器相连接。应理解，这些实施例仅出于示例目的，本领域技术人员可以做出许多变体，而本发明的范围由权利要求限定。

权利要求：1.一种用于NVDIMM的数据备份方法，所述NVDIMM包括DRAM、NAND闪存和NVDIMM控制器，所述NVDIMM由NVDIMM控制器所控制，所述NVDIMM控制器包括DDR控制器、NAND闪存控制器和数据备份模块，其中所述DDR控制器采用并使能DBI，所述数据备份方法包括：所述DDR控制器从所述DRAM读取N位DQ和1位DBI，并将所述N位DQ和1位DBI发送至所述数据备份模块；根据所述N位DQ和1位DBI的值，所述数据备份模块将所述N位DQ和1位DBI编码成N位EDQ，并将所述N位EDQ发送至所述NAND闪存控制器；所述NAND闪存控制器接收所述N位EDQ，并将所述N位EDQ写入所述NAND闪存。2.根据权利要求1所述的数据备份方法，其中，当所述N位DQ中含有N2个“1”时，将所述N位DQ编码成与之相同的N位EDQ；当所述N位DQ中的“1”的数目不是N2个时，将所述N位DQ索引映射到N位EDQ中的N-1位以及将1位DBI写入N位EDQ中的剩余1位，并且N位EDQ中的“1”的位数不为N2。3.根据权利要求1或2所述的数据备份方法，其中，所述DRAM是DDR4。4.根据权利要求3所述的数据备份方法，其中，所述DRAM是DDR4×8或DDR4×16。5.根据权利要求4所述的数据备份方法，其中，当所述DRAM是DDR4×8时，所述N位DQ为8位DQ，当8位DQ中含有4个“1”时，将所述8位DQ编码成与之相同的8位EDQ；当8位DQ中含有5-8个“1”时，将8位DQ索引映射到8位EDQ中的7位以及将1位DBI写入8位EDQ中的剩余1位，并且8位EDQ中的“1”的位数不为4。6.一种用于NVDIMM的数据恢复方法，所述NVDIMM包括DRAM、NAND闪存和NVDIMM控制器，所述NVDIMM由NVDIMM控制器所控制，所述NVDIMM控制器包括DDR控制器、NAND闪存控制器和数据恢复模块，其中所述DDR控制器采用并使能DBI，所述数据恢复方法包括：所述NAND闪存控制器从所述NAND闪存读取N位EDQ数据，并将所述N位EDQ数据发送至所述数据恢复模块；所述数据恢复模块接收所述N位EDQ数据，将所述N位EDQ数据解码成N位DQ和1位DBI,并将所述N位DQ和1位DBI发送至所述DDR控制器；所述DDR控制器根据所述1位DBI的值拉低或拉高所述DDR控制器的接口的DBI，并将所述N位DQ发送至所述DRAM。7.根据权利要求6所述的数据恢复方法，其中，当所述N位EDQ中含有N2个“1”时，所述N位DQ与所述N位EDQ相同；当所述N位EDQ中的“1”的数目不是N2个时，则将所述N位EDQ逆映射为N位DQ和1位DBI。8.根据权利要求6或7所述的数据恢复方法，其中，所述DRAM是DDR4。9.根据权利要求8所述的数据恢复方法，其中，所述DRAM是DDR4×8或DDR4×16。10.根据权利要求9所述的数据恢复方法，其中，当所述DRAM是DDR4×8时，所述EDQ为8位EDQ，当8位EDQ中含有4个“1”时，所述DQ与所述EDQ相同；当8位EDQ中含有非4个“1”时，将所述8位EDQ逆映射为8位DQ和1位DBI。

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