具体实施方式

下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图4展示了根据本申请实施例的存储设备的大块与平面的坏块的示意图。

图4展示了在16个LUN构成的LUN组中构造的大块(例如大块0、大块2、大块 410以及大块420)。大块410的由LUN2的平面0提供的物理块412是坏块。NVM芯片出厂时，其中的坏块已被标注。在存储设备使用NVM芯片时，识别并标注新出现的坏块。被标注为坏块的物理块不再被存储设备的控制部件使用，被标注为坏块的物理块，其上被写入的数据，将被控制部件搬移到其他物理块。例如，在垃圾回收过程中，将坏块中被写入的数据搬移到其他物理块。

现有技术中，依据NVM芯片供应商在NVM芯片中设置的标注来识别坏块，以及依据NVM芯片在影响读、编程、擦除命令中的响应来识别坏块。例如，若对块施加的擦除或编程命令处理失败，将该块识别为坏块。

本申请的发明人在研发、实验中发现，在同一个管芯(DIE)中，不同平面(Plane)的坏块具有相关性。在使用中，若在平面0的编号为B1的物理块成为了坏块，那么在该平面内的其他物理块也是坏块或即将变为坏块的几率明显大于其他物理块。进一步地，若这种块尚未被标识为坏块，控制部件会向其写入数据，而响应于数据的编程操作，这些块又因其已经是坏块或将变为坏块而有较大几率表现出编程操作执行失败，并触发错误处理操作。错误处理操作打断了控制部件的正常处理流程，极大地影响了存储设备的性能。

依然进一步地，在一些实施方式中，控制部件向两个或多个大块(将这些大块称为打开的大块)写入数据。若一个打开的大块的物理块B1的编程操作执行失败，在另一打开的大块或其他打开的大块的同该物理块B1属于相同平面的物理块的编程操作也有更大几率失败，从而可能引起连续的多次错误处理操作，这进一步恶化了存储设备的性能，例如降低了读/写带宽，增加了读/写延迟，并引起性能的抖动。

继续参看图4，大块410与大块420都是打开的大块，要承载写入的数据。大块410的物理块412是坏块，根据本申请的实施例，大块420的物理块422由于同物理块412 属于相同管芯的相同平面，因而物理块422称为坏块的几率较大。特别是在物理块412 与物理块422本是正常的物理块的情况下，当物理块412出现编程错误而被识别为坏块后，物理块422即将变为坏块的几率较大。

为此，根据本申请的实施例，响应于向物理块412写入数据时出现编程错误而将物理块412识别为坏块，虽然在物理块422上尚未出现编程错误，也将物理块422标记为“伪坏块”。对于被标记的“伪坏块”，不再向其写入数据，从而减少编程操作失败的几率，也减少触发错误处理操作的几率，以减少存储设备的性能抖动。

可选地，响应于物理块422被识别为坏块，仅将当前属于打开的大块的大块420的对应物理块422标记为“伪坏块”。在又一种实施方式中，响应于物理块422被识别为坏块，将同物理块422属于相同平面的(平面0)的所有尚未被写入数据的物理块标记为“伪坏块”。作为再一种实施方式，响应于物理块422被识别为坏块，将同物理块422属于相同平面的(平面0)的所有物理块标记为“伪坏块”，并且对于已被写入数据且又被标记为“伪坏块”的物理块，还优先对其实施数据搬移，将其上已被写入的数据搬移到其他物理块。

图5A展示了根据本申请实施例的存储设备的框图。

图5A中示出的控制部件包括主机接口510、命令处理单元530、命令完成处理单元540和用于访问NVM芯片105的介质接口520。多个NVM芯片105耦合到控制部件。

主机接口510用于同主机交换命令与数据。命令是例如访问存储设备的IO命令。在一个例子中，主机与存储设备通过NVMe/PCIe协议通信，主机接口210处理PCIe协议数据包，提取出NVMe协议命令，并向主机返回NVMe协议命令的处理结果。

命令处理单元530耦合到主机接口510，接收主机发送给存储设备的命令，并将命令提供给介质接口520。命令处理单元530根据主机提供的读命令，指示介质接口520 从NVM芯片读出数据，或根据主机提供的写命令，指示介质接口520向NVM芯片发送编程命令以写入数据。命令处理单元530由CPU或专用硬件实现。

介质接口520将NVM芯片处理命令的结果提供给命令完成处理单元540。若命令被处理成功，命令完成处理单元540释放该命令所占用的资源(例如，临时存储该命令要写入的数据的缓存)，或向主机返回命令处理结果。若命令处理失败，命令完成处理单元 540可发起错误处理过程(例如将缓存的该命令要写入的数据重新写入NVM芯片)，以尝试消除命令处理失败所产生的影响，和/或向主机返回命令处理结果。

NVM芯片处理命令可能出错。例如，写物理块B的页X的命令被NVM芯片处理时出错，介质接口520作为响应向命令完成处理单元540指示写物理块B的页X的命令处理出错。命令处理单元540据以将页X所在的块(称为块B)识别为坏块。坏块不再被写入数据，并且，已被写入坏块的数据将被搬移到其他块。命令完成处理单元540向命令处理单元530指示物理块B是坏块。从而命令处理单元530不再向块B写入数据。以及命令处理单元530在随后的时间产生多个命令，以将已写入块B的数据搬移到其他块。命令完成处理单元540还将同物理块B所在平面的其他物理块标记为伪坏块，并向命令处理单元530指示这些其他物理块是伪坏块。从而命令处理单元530不再向这些其他物理块写入数据。若这些其他物理块的一个或多个已被写入数据，命令处理单元530在随后的时间还产生多个命令，以将已写入这些其他物理块的数据搬移到其他块。

图5B展示了根据本申请实施例的处理命令的流程图。

命令处理530单元提供命令给介质接口520以访问NVM芯片105。介质接口520将NVM芯片处理命令的结果提供给命令完成处理单元540。命令完成处理单元540识别命令的处理结果。若识别出对块B的页X的编程命令处理失败(550)，指示命令处理单元 530生成新的写命令来将要写入页X的数据重新写入其他块(560)。以及将块B标记为坏块(570)，还将同物理块B属于相同平面的其他物理块标记为伪坏块(570)。命令处理单元530不再向标记为坏块或伪坏块的块写入数据。可选地，控制部件使用两个或多个打开的大块，响应于物理块B被识别为坏块，命令完成处理单元540仅将当前打开的大块中同物理块B属于相同平面的物理块标记为伪坏块。依然可选地，命令完成处理单元540将同物理块B属于相同平面的所有物理块标记为伪坏块。这些被标记为伪坏块的物理块的一些已被写入数据而另一些尚未被写入数据。命令处理单元530还生成多个命令将已写入块B的数据以及已写入伪物理块的数据搬移到其他块(580)。依然可选地，命令完成处理单元540将同物理块B属于相同平面的尚未被写入数据的物理块标记为伪坏块。

可选地，命令完成处理单元540标记伪坏块时，还检查要被标记的物理块是否为坏块。若要被标记的物理块已被标记为坏块(在出厂时被标记或者在使用中被标记)，则不改变该坏块标记，也不再将其标记为伪坏块。而若要被标记的物理块尚未被标记为坏块，则将其标记为伪坏块。

需要指出的，坏块标记与伪坏块标记是不同的标记。作为举例，对于坏块与伪坏块，命令处理单元530都不再向其写入数据。但是对于伪坏块，接下来，例如在垃圾回收操作中，命令处理单元530会通过介质接口520向其施加擦除命令，若伪坏块被擦除成功，命令完成处理单元540基于伪坏块被擦除成功而清除其伪坏块标记，从而命令处理单元 530再次打开这些物理块并向其写入数据。而对于坏块，命令处理单元530不再向其施加擦除命令。

图6展示了根据本申请实施例的数据回收过程的流程图。

控制部件的例如命令处理单元(例如，图5A的命令处理单元530)适时发起数据回收，以将被回收的物理块中的有效数据搬移到其他物理块，并擦除被回收的物理块。命令处理单元选择要被回收的物理块(记为物理块B2)(610)。识别物理块B2是否被标记为坏块(620)。对于坏块，无须进行数据回收(670)。若物理块B2未被标记为坏块，还识别其是否被标记为“伪坏块”(630)。若物理块B2未被标记为伪坏块，回收其上存储的有效数据(640)，并擦除物理块B2(650)。若步骤630识别出物理块B2已被标记为伪坏块，直接擦除该物理块(650)，而无须回收其数据。

控制部件的命令完成处理单元(例如，图5A的命令完成处理单元540)识别物理块B执行擦除命令是否成功(660)。若物理块B执行擦除命令成功，意味着其并非坏块，而清除其上的伪坏块标记(将物理块B2记录为可用的好块)(680)，若物理块B执行擦除命令失败，确定其为坏块，将物理块B2标记为坏块(可选地也清除其伪坏块标记)(690)。被清除了伪坏块标记的物理块(可用的好块)，将来可被分配来承载写入的数据。从而根据本申请的实施例，通过将一些物理块在尚未发生实际的损坏时预测性的标记为伪坏块而减少了向其写入数据的编程操作的失败几率，特别是对多个大块的来自相同平面的物理块的连续的写入数据的编程操作的失败几率，降低了错误处理操作发生的几率，减少了存储设备的性能抖动。同时，又在数据回收(或垃圾回收、存储块回收)操作中识别伪坏块是否真实存在故障，并将不存在故障的伪坏块重新标记为好块，以使其将来可用于承载写入的数据，避免了对存储块资源的浪费。

图7为根据本申请又一实施例的控制部件的框图。图7中示出的控制部件包括主机接口710、命令处理单元730、命令完成处理单元740和用于访问NVM芯片105的介质接口720。多个NVM芯片105耦合到控制部件。NVM芯片包括一个或多个逻辑单元 (LUN)，例如，LUN 0、LUN 1、LUN 2与LUN 3。

控制部件提供多个命令队列(例如命令队列0、命令队列1、命令队列2与命令队列3)，每个命令队列同NVM芯片的逻辑单元之一对应。命令处理单元730将访问例如LUN 1的命令填充到同LUN 1对应的命令队列1。

介质接口720将NVM芯片处理命令的结果提供给命令完成处理单元740。

命令队列是先进先出队列。命令处理单元730将命令填充到命令队列的队尾。从命令队列的队头获取命令，并由介质接口720根据命令访问NVM芯片。

命令队列包括多个条目，每个条目容纳一个命令。从而命令队列能容纳访问同其对应的逻辑单元的多个命令。并且，各命令队列中的命令被顺序的处理。作为举例，参看图7，对应于LUN 1的命令队列1被按顺序填充了写(也称为编程)页X的命令、写页 X+1的命令、读页Y的命令以及写页X+1的命令。

NVM芯片处理命令可能出错。例如，命令队列1的写页X的命令被NVM芯片处理时出错，介质接口720作为响应向命令完成处理单元740指示写页X的命令处理出错。命令处理单元740据以将页X所在的物理块(称为物理块B)识别为坏块。坏块不再被写入数据，并且，已被写入坏块的数据将被搬移到其他块。命令完成处理单元740向命令处理单元730指示块B是坏块。从而命令处理单元730不再向块B写入数据。以及命令处理单元730在随后的时间产生多个命令，以将已写入块B的数据搬移到其他块。

命令完成处理单元740还将同物理块B所在平面的其他物理块标记为伪坏块，并向命令处理单元730指示这些其他物理块是伪坏块。从而命令处理单元730不再向这些其他物理块写入数据。若这些其他物理块的一个或多个已被写入数据，命令处理单元730 在随后的时间还产生多个命令，以将已写入这些其他物理块的数据搬移到其他块。

然而，参看命令队列1，在写页X的命令之后(此时尚未识别出块B是坏块)，写页 X+1的命令与写页X+2的命令也被填充到队列。命令完成处理单元740获知写页X的命令处理出错时，写页X+1的命令与写页X+2的命令已被添加到命令队列1或者被提交给 LUN 1。因而写页X+1的命令与写页X+2的命令无法被撤销。这导致事实上向坏块B提交了写命令(例如，写页X+1的命令与写页X+2的命令)。

若NVM芯片处理写页X+1的命令或写页X+2的命令失败，命令完成处理单元740 响应于对写页X+1的命令或写页X+2的命令处理出错的指示，有机会通知命令处理单元730重新生成写命令，以将写页X+1的命令或写页X+2的命令对应的数据重新写入其他块，从而保证这些数据被可靠地记录的NVM芯片中。

但是，若NVM芯片处理写页X+1的命令或写页X+2的命令成功，命令完成处理单元740会接收到对写页X+1的命令或写页X+2的命令处理成功的指示。这种情况下，用于写页X+1的命令或写页X+2的命令的资源被释放，并且写入页X+1或页X+1的数据被不可靠地存储在块B，直到命令处理单元响应于识别出块B是坏块，而将块B的数据搬移到其他块，这些数据才被可靠地存储在NVM芯片。由于块B已被识别为坏块，从块B读出数据存在风险，块B上的数据可能已经损坏，这为存储设备的数据可靠性产生了风险。

图8展示了根据本申请又一实施例的处理命令的流程图。

命令完成处理单元810(也参看图7)获取指示NVM对命令处理完成的消息(810)，并识别消息指示的命令处理结果。若对块B的页X的编程失败(815)，指示命令处理单元730生成新的写命令来将要写入页X的数据重新写入其他块(840)。以及将块B标记为坏块(845)。命令处理单元730不再向标记为坏块的块写入数据。

响应于将物理块B标记为坏块，还获取将同物理块B属于相同平面的一个或多个其他物理块(记为物理块B1)(850)。进一步识别物理块B1是否已被标记为坏块(855)。若物理块B1未被标记为坏块(855)，将物理块B1标记为伪坏块(860)。若物理块B1 已被标记为坏块，则无须修改其坏块标记。命令处理单元730不再向标记为坏块或伪坏块的块写入数据。

可选地，控制部件使用两个或多个打开的大块，响应于物理块B被识别为坏块，7仅将当前打开的大块中同物理块B属于相同平面的物理块标记为伪坏块。依然可选地，7 将同物理块B属于相同平面的所有物理块标记为伪坏块。这些被标记为伪坏块的物理块的一些已被写入数据而另一些尚未被写入数据。依然可选地，命令完成处理单元540将同物理块B属于相同平面的尚未被写入数据的物理块标记为伪坏块。

命令处理单元730还生成多个命令将已写入块B的数据以及可选地已写入伪物理块的数据搬移到其他块(865)(将该过程称为数据回收)。数据回收操作未必立即被执行，而是在适当的时候(例如，存储设备空闲、存储设备的可用块数据小于阈值等)被执行。

若命令完成处理单元740识别出写块B的页X的命令处理成功(815)，进一步检查块B是否被标记为坏块或伪坏块(820)。若块B被标记为坏块或伪坏块，虽然当前写块 B的页X的命令处理成功，也按照写块B的页X的命令处理失败来应对，例如指示命令处理单元730生成新的写命令来将要写入页X的数据重新写入其他块(830)。

基于之前的记录，命令处理单元740知晓块B已被标记为坏块或伪坏块，从而命令处理单元740知晓写写块B的页的命令的处理存在风险或不可靠，并且按照写命令处理失败来应对，例如立即将要写入这些页的数据重写到其他块，而不是等到数据回收操作时才进行数据搬移，从而无须坏块或伪坏块的页来存储数据(即使得其存储数据的时间较短)，保障了存储设备的数据存储的可靠性。

若块B未被标记为坏块或伪坏块(820)，命令完成处理单元740释放该命令所占用的资源(例如，临时存储该命令要写入的数据的缓存)，或向主机返回命令处理结果。

图9展示了根据本申请再一实施例的处理命令的流程图。

存储设备中可能存在几万甚至更多的块。在承载写命令的块可能有十几到百余个。每个块所承载的写命令又有数百个(块中页的数量)。

对收到的每个NVM芯片的写命令处理结果，查询其访问的块是否曾出现命令处理失败，将引入额外开销，增加存储设备的工作负担。

对此，根据图9的实施例，命令完成处理单元740(也参看图7)获取指示NVM对命令处理完成的消息(910)，并识别消息指示的命令处理结果(915)。若对物理块B的页X 的编程失败(915)，指示命令处理单元730生成新的写命令来将要写入页X的数据重新写入其他块(950)。以及将块B标记为坏块，还为块B所在的LUN设置坏块标记(955)。

响应于将物理块B标记为坏块，还获取将同物理块B属于相同平面的一个或多个其他物理块(记为物理块B1)(960)。进一步识别物理块B1是否已被标记为坏块(965)。若物理块B1未被标记为坏块(965)，将物理块B1标记为伪坏块(970)。若物理块B1 已被标记为坏块，则无须修改其坏块标记。命令处理单元730不再向标记为坏块或伪坏块的块写入数据。

命令处理单元730还生成多个命令将已写入块B的数据以及可选地已写入伪物理块的数据搬移到其他块(975)(将该过程称为数据回收)。

若命令完成处理单元740识别出写块B的页X的命令处理成功(915)，进一步检查块B所在的LUN(记为LUN L)是否被设置了坏块标记(920)。若LUN L未被设置坏块标记(920)，对写块B的页X的命令处理完成，命令完成处理单元240释放该命令所占用的资源(例如，临时存储该命令要写入的数据的缓存)，或向主机返回命令处理结果 (940)。若LUN L被设置了坏块标记(920)，进一步检查块B是否被标记为坏块或伪坏块(925)。若块B被标记为坏块或伪坏块(925)，虽然当前写块B的页X的命令处理成功，也按照写块B的页X的命令处理失败来应对，例如指示命令处理单元730生成新的写命令来将要写入页X的数据重新写入其他块(930)。若块B未被标记为坏块或伪坏块 (925)，清除块B所在的LUN L的坏块标记(935)，对写块B的页X的命令处理完成，命令完成处理单元740释放该命令所占用的资源(例如，临时存储该命令要写入的数据的缓存)，或向主机返回命令处理结果(940)。

例如，参看图7，命令队列1被填入了写页X的命令、写页X+1的命令与写页X+2 的命令。根据图9展示的实施例，命令处理完成单元240响应于发现写页X的命令处理失败，除了重写该命令对应的数据，还记录页X所在的块B是坏块，同块B属于相同平面的块为伪坏块，以及为块B所在的LUN L设置坏块标记。接下来，作为举例，NVM 芯片处理写页X+1的命令与写页X+2的命令成功，并且命令完成处理单元740接收到这样的指示。虽然命令完成处理单元740知晓写页X+1的命令与写页X+2的命令处理成功，它还进一步检查这些命令访问的LUNL是否被设置了坏块标记。基于之前的记录，LUN L被设置了坏块标记，从而命令处理单元继续检查块B是否被标记为坏块或伪坏块。基于之前的记录，命令完成处理单元740知晓块B已被标记为坏块，从而命令完成处理单元740知晓写页X+1的命令与写页X+2的命令的处理存在风险或不可靠，并且按照页 X+1的命令与写页X+2的命令处理失败来应对。

接下来，命令处理完成单元740发现写块B2(块B2不同于块B，同块B位于不同的平面，也位于LUN L)的页P的命令处理成功，命令处理完成单元740还进一步检查得到该命令访问的LUN L被设置了坏块标记。从而命令处理单元继续检查块B2是否被标记为坏块。基于之前的记录，命令处理单元740知晓块B2未被标记为坏块或伪坏块，从而清除LUN L上设置的坏块标记。接下来，命令完成处理单元740发现写块B7的页 P+1的命令处理成功，命令完成处理单元740还进一步检查得到该命令访问的LUN L未设置了坏块标记，从而对写块B2的页P+1的命令处理完成，而省去了对块B2是否为坏块的检查。

对于这些实施例中的数据回收操作，也根据图6展示的流程来实施。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。