SSD 之BBM坏块管理机制

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       不管WL算法如何高明，在使用中都会碰到一个头痛的问题，那就是坏块，所以一个SSD必须要有坏块管理机制。何谓坏块？一个闪存块里包含有不稳定的地址，不能保证读/写/擦时数据的准确性。

       坏块分出厂坏块和使用过程中出现的坏块，SSD有坏块表来管理坏块。出厂坏块在上面会有标记，所以很容易就能被识别，而使用中出现的坏块就要靠主控的能力了。一般来说，越到闪存生命的后期(P/E数开始接近理论最大值），坏块就会开始大量出现。

       一般来说闪存出厂都包含坏块，不过厂商有个最小有效块值（NvB-minimum number of valid blocks），以Intel的34nm MLC L63B来说，1个die（裸晶，详细解释见备注）上4,096个块里至少要有3,936个块是好的。从这上面可以知道，虽然出厂的闪存可能有坏块，但是厂商保证在正常的生命周期里，好块数量不会低于3936个块。而且每个die的第一个块地址（00h）在出厂时是必须保证完好的。（ECC后，这个块必须有效，ECC相关知识后面会有介绍）。闪存出厂前都会被执行擦除操作，厂商会在出货前会把坏块标记出来（厂商会在坏块的第一个页的SA区打上标记，SA区知识将在后面ECC部分介绍）这样坏块管理软件就能靠监测SA区标记来制作坏块表。由于在使用中会产生坏块，所以SSD的主控在每次写入/擦除/复制等操作后都要检查块的状态。对颗粒的ECC要求也要达到厂商的标准以上（主控强不强，看ECC能力也是一个参考）。坏块管理算法是必须的，坏块并不会影响好块的性能。

       坏块的标记和管理： 刚出厂的颗粒内部已经被完全擦除过（全盘区块数据为FFh），坏块在出厂时也被标记上了。以MLC来说，颗粒内任何块里最后页的SA区首个字节数据非FFh的话，那就是坏块。

       主控必须在每次擦除前读取一下坏块信息，因为坏块信息是可以被擦除的并且不能在擦除后恢复，所以建议不要去擦除原始的坏块信息。在读取闪存内所有的SA区域后，坏块表就被建立。纯靠自己的坏块识别方法而不使用原厂提供的SA区域坏块信息创建的坏块表是不严谨的做法，因为在原厂测试中，坏块可能是在某些特定环境下才会出现，所以有可能在自行的检测中被遗漏掉。

       当坏块表创建后，主控会把坏块表保存在某个好的块里，每次重启后，主控会从那个块里把表调用进缓存（RAM）里。坏块表中定义的地址是不能被访问的，所以当系统想去访问这个块的地址时，FTL会重新把它映射到好的块地址上去。

       块的替换： 在闪存的生命周期中，坏块会逐渐增多。闪存设备上有个状态寄存器，它的作用就是检测操作是否正确完成。当进行写入或擦除操作，状态寄存器检测到错误时，即可判定当前的块为坏块。

       鉴于闪存的写入是以页为单位操作的，操作时可能影响到整个块里其它页的数据，所以当状态寄存器发现写入出现错误时，坏块管理程序就能够用好的块替换这个坏块，重新在新的好块里写入这个数据，并把检测到的坏块里其余的有效页数据全部复制到新的块里去，标记老的块为坏块，更新坏块表里的地址，把原本坏块的地址重新映射到新的好块里。（坏块管理流程见下图）

       备注：Die在集成电路上的表现是一小堆可以实现特定功能的半导体材料。通常集成电路是从电子硅晶圆（EGS）或其它半导体材料（例如砷化镓）通过光刻工艺批量生产。晶圆被切割成许多小片，每一片包括一个完整的电路。这些小片就叫做Die。

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