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MK米客方德SD NAND掉电保护机制
2022-12-27 09:55:51 阅读量：2129

MK米客方德从推出业界第一颗基于SLC开发的SD NAND产品至今，出货量已逾1000万颗，容量覆盖128MB~64GByte，64GB大容量为Nano SD NAND。MK拥有先进的NAND Flash管理技术，如ECC纠错、坏块管理、磨损平均算法、掉电保护等，能大幅提升产品的速度和系统性能。这就是为什么SD NAND深受越来越多行业应用青睐的原因。在此，今天就和大家深入探讨MK的SD NAND的掉电保护机制。

图一：SD NAND产品图

众所周知，掉电可以分正常掉电和异常掉电，正常掉电不会导致数据的丢失。而在设备日常工作中，异常掉电的发生不可避免，当发生异常掉电时，如果没有合理的掉电保护机制，就会引发很多问题，最终导致所有用户数据的丢失。

所谓的异常掉电，就是设备(Device)在没有收到主机(Host)的掉电通知时就被断电；或者收到主机的掉电通知，但还没有来得及处理缓存的用户数据、映射表以及闪存的块信息等写入闪存就被断电了。异常掉电可能会导致数据的丢失，比如缓存在存储芯片中的数据来不及写到闪存，掉电导致这部分数据丢失。所以，异常掉电保护机制的目的一方面是尽可能恢复用户数据，把损失减到最低；另一方面是让存储芯片经历异常掉电后还能正常工作。

现在主要讲一下SD NAND异常掉电恢复SPOR (Sudden Power Off Recovery)， MK SD NAND的异常掉电恢复主要就是映射表的恢复重建。如果我们读取物理地址Pa x，就能读到元数据x和用户数据x，而元数据是有逻辑地址La x和时间戳的，因此我们就能获得映射：La x→Pa x。元数据和用户数据存储示例如表一所示。

元数据	用户数据	备注
La 1，TS1...	User data 1	Pa 1
La 2，TS2...	User data 2	Pa 2
La 3，TS3...	User data 3	Pa 3
La 4，TS4...	User data 4	Pa 4
La 5，TS5...	User data 5	Pa 5
La 6，TS6...	User data 6	Pa 6
La 7，TS7...	User data 7	Pa 7
La 8，TS8...	User data 8	Pa 8
La 9，TS9...	User data 9	Pa 9
...	...	...
La x-1，TS...	User data x-1	Pa x-1
La x，TS...	User data x	Pa x

表一：闪存空间

那么，MK SD NAND又是如何快速恢复映射表的呢？这就需要定期把SD NAND中RAM的数据(包括映射表和缓存的用户数据)和相关的状态信息如擦写次数，读取次数及其它信息等写入到闪存中去。

图二：定期给eMMC拍照

假设在做完快照C后，做下一个快照D之前，在X处发生了异常掉电，那么设备重上电的话，就可以在闪存中读取到最新的快照信息，由于异常掉电，从快照C处到X处新产生的映射关系丢失。由于之前绝大多数的映射关系都被快照C保存,因此需要重建的映射关系仅仅是快照C之后产生的映射关系，这部分关系的恢复，仅需扫描一些局部的物理空间，由此可见，映射表重建速度大大加快。

图三：异常掉电时刻X

嵌入式芯片由于封装芯片形式所受限，如果在硬件上设计异常断电防护功能会有所限制，因此一般掉电保护主要依靠主控端的固件算法来实现的。而 MK米客方德的一系列产品均有做强化异常断电防护机制，在不同的测试场景下进行异常断电测试5000次，保证数据的存储可靠性。

MK SD NAND 产品选型表
产品类型	容量	型号	工作温度	尺寸	Flash类型	关键特征
MKDN系列 (Nano SD NAND)	32Gbit	MKDN032GCL-AA	-25℃~85℃	9x12mm	MLC	支持1.8v/3.3v IO电压
	64Gbit	MKDN064GCL-AA	-25℃~85℃		MLC	支持1.8v/3.3v IO电压
	128Gbit	MKDN128GCL-ZA	-25℃~85℃		TLC	LDPC 纠错算法；支持1.8v/3.3v IO电压
	256Gbit	MKDN256GCL-ZA	-25℃~85℃		TLC	LDPC 纠错算法；支持1.8v/3.3v IO电压
	512Gbit	MKDN512GCL-ZA	-25℃~85℃		TLC	LDPC 纠错算法；支持1.8v/3.3v IO电压
	32Gbit	MKDN032GIL-AA	-25℃~85℃		pSLC	P/E Cycles 5万次，工业级；支持1.8v/3.3v IO电压
	64Gbit	MKDN064GIL-ZA	-25℃~85℃		pSLC	P/E Cycles 5万次，工业级；支持1.8v/3.3v IO电压
MKDV系列	1Gbit	MKDV1GCL-AB	-25℃~85℃	6x8mm	SLC
	2Gbit	MKDV2GCL-AB	-25℃~85℃		SLC
	4Gbit	MKDV4GCL-AB	-25℃~85℃		SLC
	32Gbit	MKDV032GCL-STH	-25℃~85℃		MLC
	64Gbit	MKDV064GCL-STH	-25℃~85℃		MLC
	1Gbit	MKDV1GIL-AS	-40℃~85℃		SLC	工业级宽温，数据保持力10年
	2Gbit	MKDV2GIL-AS	-40℃~85℃		SLC	工业级宽温，数据保持力10年
	4Gbit	MKDV4GIL-AS	-40℃~85℃		SLC	工业级宽温，数据保持力10年
	8Gbit	MKDV8GIL-AS	-40℃~85℃		SLC	工业级宽温，数据保持力10年

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