管理低温环境中固态存储设备的系统和方法与流程

1.本公开涉及固态存储设备管理，尤其涉及低温中固态存储设备的热管理。


背景技术：

2.在现代存储技术中，基于非易失性存储器(nvm)设备的固态存储系统的性能和可靠性已证实对温度的极大的依赖性。一方面，增加的访问频率和强度可能导致系统和单个半导体芯片过热，这需要一系列散热方案来冷却整个系统和单个组件。另一方面，在极低的温度下，nvm设备开始出现数据丢失的情况，这可能导致从用户数据丢失到信息娱乐系统中的操作系统功能失调的严重问题。
3.低温环境中的数据丢失问题通常限制了固态存储设备在汽车应用中的大规模采用。例如，在冬季温度经常低于-40℃的地方，数据丢失可能将在车辆停在外面一天之后开始发生。除非每天使用车辆，否则任何延长的停车时间都将使数据丢失不可避免，这反过来又使固态存储设备成为汽车应用的不受欢迎的存储解决方案。因此，提高低温环境中的固态存储设备的可靠性对于汽车工业将固态存储设备用于信息娱乐系统至关重要。


技术实现要素：

4.本发明提供一种适用于低温环境的存储系统以及一种在低温应用中增强数据保持的方法。所述存储系统可以包括计时器、温度传感器和可拆卸备用电池。计时器和温度传感器可以根据环境温度和主机电子系统断电时间启用自适应方案来设置刷新频率，并且备用电池可以提供用于低温管理操作的专用电源，而不消耗主电源(例如，车辆的主电池)。低温管理操作还可以包括用于进一步保留关键程序和用户数据的数据备份方案，以及向用户建议用于防止潜在数据丢失的操作项的用户通知步骤。
5.在一个示例性实施例中，提供了一种装置，该装置可以包括：用于生成温度读数的温度传感器、配置有时间间隔的计时器、备用电池、一个或多个非易失性存储设备以及存储控制器。存储控制器可以被配置为：保持低温管理的待机模式直至主机电子系统关闭，并且当主机电子系统关闭时启动计时器，当主机电子系统关闭时检查来自温度传感器的温度读数，确定温度读数低于温度阈值，根据温度读数在计时器上设置时间间隔，当计时器计数到时间间隔时从计时器接收中断，以及使用备用电池提供的电力对存储在一个或多个非易失性存储设备中的数据执行低温管理操作。
6.在另一个示例性实施例中，提供了一种管理低温环境中固态存储设备的方法。该方法可以包括：保持低温管理的待机模式直至主机电子系统关闭，当主机电子系统关闭时检查来自温度传感器的温度读数，确定温度读数低于温度阈值，根据温度读数在计时器上设置时间间隔，使用计时器计算主机电子系统已经关闭的时间，当计时器计数到时间间隔时，从计时器向固态存储设备的存储控制器发送中断，并使用备用电池提供的电力执行低温管理操作。
7.在又一示例性实施例中，提供了一种管理低温环境中固态存储设备的方法。该方
法可以包括：根据已知环境温度读数在计时器上设置时间间隔，保持低温管理的待机模式直至主机电子系统关闭，使用计时器来计算主机电子系统已经关闭的时间，当计时器计数到时间间隔时，从计时器向固态存储设备的存储控制器发送中断，并且使用备用电池提供的电力执行低温管理操作。附图简要说明
8.图1示意性地示出了根据本公开的一个实施例的一种适于在低温环境中工作的电子系统。
9.图2是根据本公开的一个实施例的对固态存储设备进行低温管理过程的流程图。
10.图3是根据本公开的另一个实施例的对固态存储设备进行低温管理另一个过程的流程图。
具体实施方式
11.现在将参考附图详细描述根据本技术的具体实施例。为了一致性，各个图中的相同元件由相同的附图标记表示。
12.本公开提供了适用于在低温中工作的非易失性存储系统的系统和方法。图1示意性地示出了根据本公开的一个实施例中的电子系统100。电子系统100可以包括电子控制单元102和固态存储设备104。固态存储设备104可以包括温度传感器106、计时器108、备用电池110、存储控制器112、电压调节器114和一个或多个非易失性存储(nvm)设备116。电子系统100可以被称为固态存储设备104的主机电子系统。在一些实施例中，电子系统100可以是用于车辆的电子系统(例如，发动机管理、点火装置、收音机、车载电脑、远程信息处理、和/或车内娱乐)，并且可以在车辆的点火装置打开时打开，在车辆的点火装置关闭时关闭。应当注意，无论车辆是内燃机车辆、电动车辆还是混合动力车辆，点火装置打开或关闭可以指车辆的主电力系统是打开还是关闭。
13.nvm设备116可以为固态存储设备104提供非易失性数据存储。在一些实施例中，nvm设备116可以是一个或多个nand闪存设备。在一些其他实施例中，nvm设备116可以是一个或多个其他类型的非易失性存储设备，例如nor闪存、磁阻随机存取存储器(mram)、电阻式随机存取存储器(rram)、相变随机存取存储器(pcram)、nano-ram等。
14.温度传感器106可以测量环境温度，并周期性地向存储控制器112发送温度读数。应当注意，虽然图1示出了温度传感器106可以作为固态存储设备104的一部分，但是在一些实施例中，温度传感器106可以是车辆的电子系统的现有温度传感器。例如，现代车辆通常具有温度传感器以测量环境温度并将所测量的环境温度显示给驾驶员。在这些实施例中，温度传感器106可以耦合到电子控制单元102。在这些实施例的一个实施例中，电子控制单元102可以基于所测量的环境温度来设置计时器108的时间间隔。在这些实施例的另一个实施例中，电子控制单元102可以将所测量的环境温度传递到存储控制器112，并且让存储控制器112基于所测量的环境温度来设置计时器108的时间间隔。
15.电压调节器114可以被配置为针对固态存储设备104的电路适配由电源器件(例如，备用电池110)提供的电源。在一些实施例中，固态存储设备104可以具有不止一个电压调节器。
16.存储控制器112可以被配置为控制和管理nvm设备116和固态存储设备104的其他
组件。在一些实施例中，存储控制器112可以实现固态驱动器(ssd)控制器的功能，以及低温管理操作(例如，刷新、数据备份和用户通知)。在至少一个实施例中，固态存储设备104可以包括固件，该固件包括用于管理固态存储设备104的可执行指令。例如，存储控制器112可以包括计算机处理器(例如，微处理器或微控制器)，该计算机处理器被配置为执行固件的可执行指令以执行用于管理nvm设备116中的数据的各种操作(例如，ssd控制器的常规操作和低温管理操作)。
17.计时器108可以设置有基于环境温度可配置的时间间隔。在各种实施例中，计时器108可以耦合到电子控制单元102。在一个实现示例中，计时器108可以在电子系统100开启(例如，车辆点火装置开启)时保持关闭，并且可以在电子系统100关闭之后开启(例如，开始计数时间)。当计数的时间达到时间间隔时(或时间间隔的结束取决于计时器是从零计数到时间间隔还是从时间间隔计数零)，计时器108可以向存储控制器112发送中断以唤醒存储控制器112执行低温管理操作。当中断被设置到存储控制器112时，计时器108可以被复位并且重新开始计数时间。在计数的时间再次达到时间间隔之后，计时器可以向存储控制器112发送另一个中断。只要点火装置关闭，重新开始计数时间和发送中断的操作就可以重复。
18.在一些实施例中，可以基于环境温度来设置时间间隔。例如，为了使低温管理有效和高效，操作之间的时间间隔可以是温度的函数：当温度读数低时，时间间隔小，当温度读数高时，时间间隔大。也就是说，对于较高的环境温度，可以增加时间间隔。作为示例，当环境温度降低到-40℃时，时间间隔可以是以小时为单位(例如，6小时)，但是当环境温度升高到-10℃以上时，时间间隔可以是以天为单位。在一个实施例中，在室温下，低温管理操作可以被暂停。例如，在室温下，时间间隔可以设置为无限，或者计时器108可以停用(例如，关闭)。
19.除了环境温度之外，时间间隔还可以取决于代表固态存储设备104的耐久性和寿命的各种因素。在一些实施例中，这些因素可以包括编程/擦除(p/e)循环计数、页面错误计数和编程时间。例如，较大的p/e循环计数或页面错误计数可以指示固态存储设备104可能已经进入其寿命的后期阶段，因此可能需要更小的时间间隔来确保数据保留。
20.在一些实施例中，温度传感器106的温度读数可以被连续监测(例如，通过存储控制器112、电子控制单元102或这两者)，并且时间间隔可以基于检测到的达到或超过温度变化阈值的温度变化设置或调整(例如，通过存储控制器112，电子控制单元102或这两者)。例如，如果温度没有显著变化，则可以保持当前时间间隔。然而，如果检测到显著的温度变化，则可以基于新的温度读数将时间间隔设置为新的值，并且根据新的时间间隔执行低温管理操作。作为示例，显著的温度变化可以定义为等于或超过温度变化阈值(例如，5℃)的温度。
21.在一些实施例中，备用电池110可以为固态存储设备104提供用于低温管理操作的专用电源。用于固态存储设备104的专用电源可以帮助电子系统100的主电池(例如，车辆的主电池)从刷新和备份操作的繁重任务中解脱出来，从而可以防止主电池在点火装置关闭期间快速耗尽。备用电池110可以就地充电，或者在拆下来后再充电。因此，用户可以方便地对备用电池110充电，而不是更换主电池。在一些实施例中，可拆卸备用电池110的电池电量可以报告给存储控制器112、电子控制单元102这或两者。在其中一个实施例中，可以通过用户通知向用户报告电池电量，可以使用户及时的知悉进一步的必要动作或未决风险。
22.在各种实施例中，低温管理操作可以包括刷新和备份。在一些实施例中，电子系统
100还可以被配置为使用简单文本消息(sms)、电子邮件或移动应用程序内消息向用户发送通知(例如，通过诸如蓝牙、3g/4g/5g或其他无线技术的无线连接)。在这样的实施例中，除了刷新和备份之外，低温管理操作还可以包括用户通知。
23.在刷新操作中，存储控制器112可以从一个或多个nvm设备116读取数据，通过控制器的ecc方案纠正错误，并将数据重新编程到nvm设备116中。相反，在备份操作中，存储控制器112可以读取数据、纠正错误并将数据编程到nvm设备116的第二位置。结果，在备份操作之后，可以在不同的物理块保留数据的第二副本。在一些实施例中，对于低温管理操作，存储控制器112可以被配置(例如，通过固件)为操作系统、关键程序和重要用户数据进行优先优先级排序和选择性地备份。
24.在提供用户通知的实施例中，用户通知操作可以与刷新和备份操作以相同或不同的间隔来执行。示例性通知可以包括备用电池110的电池电量，以及一个或多个建议的动作项目，例如但不限于，对备用电池110充电，在短时间内开启车辆并将车辆移动到室内车库以防止潜在的数据丢失。
25.图2是根据本公开的一个实施例的对固态存储设备进行低温管理的过程200的流程图。在框202处，保持低温管理的待机模式直至主机电子系统关闭。例如，电子系统100可以是车辆上的电子系统。当车辆处于点火装置是打开状态时，电子系统100可以开启，并且固态存储设备104可以执行其常规操作。固态存储设备104的低温管理特征可以处于待机模式(例如，计时器108可以关闭并且温度传感器106可以关闭或者温度读数被忽略)。需要说明的是，在关闭点火装置后，固态存储设备104可以进入低温管理模式，其中，计时器108可以打开，温度传感器106可以打开。但是，在低温管理模式下，为了节省功率，可以暂停电源调节器的常规操作。因此，电源调节器的操作可以是低功率模式或待机模式。
26.在框204处，可以检查温度传感器的温度读数。在框206处，可以确定温度读数低于温度阈值。在一些实施例中，从车辆点火装置被关闭的那一刻起，可以开始监测温度传感器106的温度读数并且与温度阈值水平进行比较作为低温管理模式操作的一部分。例如，0℃可以作为温度阈值。如果发现温度低于阈值水平，则低温管理功能可以启动(例如，设置时间间隔并启动计时器)。在一些实施例中，温度读数的监测可以由存储控制器112执行。例如，在主机电子系统关闭之后，固态存储设备104可以被配置为低功率模式，其中，固态存储设备104保持开启的电源域的数量可以减少。固态存储设备104可以被配置为以低采样频率执行温度检查以最小化功耗。或者，温度监测可以由电子控制单元102完成。
27.在框208处，可以基于温度读数在计时器上设置时间间隔。在一些实施例中，可以基于存储控制器112或电子控制单元102的温度读数在计时器108上设置时间间隔。在框210处，可以使用计时器来计算主机电子系统已经关闭了多长时间。在一些实施例中，计时器108可以向上计数(例如，从零计数到时间间隔)。在一些其它实施例中，计时器108可以向下计数(例如，从时间间隔到零计数)。
28.在框212处，当计时器计数到时间间隔时，可以将中断从计时器发送到存储控制器。例如，当计时器108计数到时间间隔的值时，可以由计时器108生成中断并将其发送到存储控制器112。在框214处，可以使用备用电池提供的电力来执行低温管理操作。在一些实施例中，低温管理操作可以包括由存储控制器112对存储在nvm 116中的数据执行的刷新和备份操作。在至少一个实施例中，低温管理操作还可以包括发出用户通知(例如，sms、电子邮
件和/或移动应用消息)。
29.在一些实施例中，过程200还可以包括复位计时器108、重新启动时间计数以及在另一个时间间隔之后重复低温管理操作。在一个实施例中，当计时器108计数时，可以连续监测来自温度传感器106的温度读数。如果没有显著的温度变化，则保持当前时间间隔，并且可以在当前时间间隔执行低温管理操作。如果记录到显著的温度变化，则可以基于新的温度读数来设置或调整时间间隔的值，并且可以在新的时间间隔处执行低温管理操作。例如，显著的温度变化可以定义为5℃或更高的温度。
30.图3是根据本公开的另一个实施例的对固态存储设备的进行低温管理的另一过程300的流程图。在框302处，可以根据已知的环境温度在计时器上设置时间间隔。在一些实施例中，温度传感器106可以是电子系统100中已有的一个温度传感器。例如，现代车辆通常具有温度传感器以测量环境温度并将所测量的环境温度显示给驾驶员。该测量的环境温度可用于设置计时器108的时间间隔。在框304处，可以保持用于低温管理的待机模式直至主机电子系统关闭。在框306处，使用计时器计算主机电子系统已经关闭了多长时间。在框308处，当计时器计数到时间间隔时，可以从计时器向存储控制器发送中断。在框310处，可以使用备用电池提供的电力来执行低温管理操作。
31.过程300在框304、306、308和310处的操作可以与过程200在框202、210、212和214处的操作相同或相似。也就是说，在一些已有环境温度知识的实施例中，可以在低温管理功能启动之前根据已有环境温度知识来设置计时器108的时间间隔。一旦车辆点火装置关闭，计时器108开始计数。当到达时间间隔结束时，将执行刷新和备份操作，并发出用户通知。
32.在过程200和过程300的一些实施例中，在中断被发送或低温管理操作已经被执行之后，计时器108可以针对下一个操作周期再次开始计数。如果在任何时间间隔的中间重新开启了电子系统100(例如，车辆的点火装置被打开)，则固态存储设备104的低温管理特征可以返回到低温管理的待机模式(例如，计时器关闭)。
33.在一个示例性实施例中，提供了一种装置，该装置可以包括：用于生成温度读数的温度传感器、配置有时间间隔的计时器、备用电池、一个或多个非易失性存储设备以及存储控制器。存储控制器可以被配置为：保持低温管理的待机模式直至主机电子系统关闭，并且当主机电子系统关闭时启动计时器，当主机电子系统关闭时检查来自温度传感器的温度读数，确定温度读数低于温度阈值，根据温度读数在计时器上设置时间间隔，当计时器计数到时间间隔时从计时器接收中断，并且使用备用电池提供的电力对存储在一个或多个非易失性存储设备中的数据执行低温管理操作。
34.在一个实施例中，低温管理操作可以包括刷新和备份存储在一个或多个非易失性存储设备中的数据。
35.在一个实施例中，低温管理操作还可以包括发送一个或多个用户通知。
36.在一个实施例中，对于低温管理操作，存储控制器还可以被配置为对于操作系统、关键程序和重要用户数据的数据进行优先级排序并选择性地备份。
37.在一个实施例中，存储控制器还可以被配置为使用计时器来计算自执行低温管理操作以来经过了多少时间，并且使用来自计时器的另一中断来激活存储控制器以重复低温管理操作。
38.在一个实施例中，存储控制器还可以被配置为：当温度读数指示温度变化已经达
到温度变化阈值时，确定存在显著的温度变化，并且基于温度变化为时间间隔设置新的值。
39.在一个实施例中，一个或多个非易失性存储设备和存储器可以是固态存储设备的一部分，并且基于代表固态存储设备的耐久性和寿命的各种因素进一步确定时间间隔。
40.在另一个示例性实施例中，提供了一种管理低温环境中的固态存储设备的方法。该方法可以包括：保持低温管理的待机模式直至主机电子系统关闭，当主机电子系统关闭时检查来自温度传感器的温度读数，确定温度读数低于温度阈值，根据温度读数在计时器上设置时间间隔，使用计时器计算主机电子系统已经关闭的时间，当计时器计数到达时间间隔时，从计时器向固态存储设备的存储控制器发送中断，并使用备用电池提供的电力执行低温管理操作。
41.在一个实施例中，低温管理操作可以包括刷新和备份存储在固态存储设备的一个或多个非易失性存储设备中数据。
42.在一个实施例中，低温管理操作还可以包括发送一个或多个用户通知。
43.在一个实施例中，对于低温管理操作，存储控制器可以被配置为对操作系统、关键程序和重要用户数据的数据进行优先级排序并选择性地备份。
44.在一个实施例中，该方法还可以包括使用计时器来计算自执行低温管理操作以来经过了多少时间，并且发送另一中断来激活存储控制器以重复低温管理操作。
45.在一个实施例中，所述方法还可以包括：当所述温度读数指示温度变化已经达到温度变化阈值时，确定存在显著的温度变化；以及基于所述温度变化为所述时间间隔设置新的值。
46.在一个实施例中，可以基于代表所述固态存储设备的耐久性和寿命的各种因素进一步确定时间间隔。
47.在又一示例性实施例中，提供了一种管理低温环境中固态存储设备的方法。该方法可以包括：根据已知环境温度读数在计时器上设置时间间隔，保持低温管理的待机模式直至主机电子系统关闭，使用计时器来计算主机电子系统已经关闭的时间，当计时器计数到所述时间间隔时，从计时器向固态存储设备的存储控制器发送中断，并且使用备用电池提供的电力执行低温管理操作。
48.在一个实施例中，低温管理操作可以包括刷新和备份存储在固态存储设备的一个或多个非易失性存储设备中的数据。
49.在一个实施例中，低温管理操作还可以包括发送一个或多个用户通知。
50.在一个实施例中，对于低温管理操作，存储控制器可以被配置为对操作系统、关键程序和重要用户数据的数据进行优先级排序并选择性地备份。
51.在一个实施例中，该方法还可以包括使用计时器来计算自执行低温管理操作以来经过了多少时间，并且发送另一中断来激活存储控制器以重复低温管理操作。
52.在一个实施例中，可以基于代表所述固态存储设备的耐久性和寿命的各种因素进一步确定时间间隔。
53.任何公开的方法和操作可以被实现为存储在一个或多个计算机可读存储介质(例如，非暂时性计算机可读介质，例如，一个或更多个光盘介质，易失性存储组件(例如dram或sram)，或非易失性存储组件(例如硬盘驱动器)上并在设备控制器(例如，asic执行的固件)上执行的计算机可执行指令(例如，本文描述的操作的软件代码)。可以将用于实现所公开
的技术的任何计算机可执行指令以及在所公开的实施例的实现期间创建和使用的任何数据可以存储在一个或多个计算机可读介质(例如，非暂时性计算机可读介质)上。
54.尽管本文已经公开了各个方面和实施例，但是其他方面和实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。本文所公开的各个方面和实施例是出于说明的目的，而不是旨在进行限制，真实的范围和精神由所附权利要求书指示。