FTL算法
一、Nand Flash基本原理
Nand Flash是一种非易失性存储器，广泛应用于固态硬盘（SSD）、USB闪存驱动器、嵌入式设备等。
1. 物理结构
Cell（存储单元）：Nand Flash的基本存储单元是浮栅晶体管，通过浮栅中的电荷量来表示数据（0或1）。
Page（页）：多个Cell组成一个Page，Page是读写的最小单位。
Block（块）：多个Page组成一个Block，Block是擦除的最小单位。
Plane（平面）：多个Block组成一个Plane，多个Plane可以并行操作（Multi-Plane）操作。
2. 擦写读性能
读操作：以Page为单位，读取速度较快。
写操作：以Page为单位，写入之前必须保证目标Page为空，也就是已经被擦除。
擦除操作：以Block为单位，擦除速度较慢。
3.数据存储方式
SLC：每个Cell存储1bit数据（0/1），速度块、寿命长，但成本高。
MLC：每个Cell存储2bit数据（00/01/10/11），容量大、成本低，但速度和寿命不如SLC。
TLC：每个Cell存储3Bit数据，容量更大，成本更低，但速度和寿命进一步降低。
QLC：每个Cell存储4Bit数据，容量更大，成本最低，但速度和寿命最差。
4. 基本特性
Nand Flash不支持覆盖写入，写入之前必须要先擦除目标Block。
有限的擦除次数：每个Block的擦除次数有限，通常SLC模式下的擦除次数为10万次，MLC为1万次，TLC为几千次，超过规定的擦除次数后肯能导致数据丢失。
坏块管理：Nand Flash在生产和使用的过程中会产生坏块，需要进行坏块管理进行标记和屏蔽。
磨损均衡：通过均匀分布写操作，延长Nand Flash的寿命。
垃圾回收：回收无效数据占用的空间，释放可用的Block。
5. 写放大
写放大（WA）= 实际写入数据量 / 用户请求写入数据量 理想状态下写放大为1
原因：
1.写之前擦除：由于Nand Flash不支持覆盖写入，写入前必须擦除目标块，如果目标块有数据，需要先将有效数据迁移到其他Block，然后再擦除目标Block，这会导致额外的写入操作。
2.垃圾回收：为了释放无效数据占用的空间，垃圾回收机制需要将有效数据迁移到其他Block，然后擦除原Block.
3.磨损均衡：为了将写操作均匀分布到所有Block，可能导致额外的数据迁移和写入操作。
影响：
1.性能下降：写放大越高，实际写入数据量越大，会降低Nand Flash的写入性能。
2.寿命缩短：写放大越高，擦写次数消耗越快，会缩短其使用寿命。
3.功耗增加：写放大越高，实际写入数量大，增加写入功耗。
降低写放大方法：
优化FTL算法、增加OP空间（通过增加额外的存储空间，减少垃圾回收的频率和数据迁移的量）、提高垃圾回收效率。
6.常见问题
数据保持：Nand Flash中的数据会随着时间逐渐丢失，特别是高温环境下。
读干扰：频繁读取某个Block可能导致相邻的块数据错误。
写干扰：写入某个Page导致相邻Page的数据错误。
坏块问题：Nand Flash在生产和使用过程中会生产坏块，需要通过坏块管理机制进行处理。
二、eMMC/UFS/SATA/PCIe 协议
eMMC、UFS、SATA、PCIe是四种常见的存储设备接口协议。
eMMC：一种嵌入式存储解决方案，将Nand Flash、控制器和接口集成在一个芯片中。采用并行接口，支持多通道操作。协议基于MMC协议，命令和数据通过同一组引脚传输。
UFS：一种高性能嵌入式存储解决方法，采用串行接口，支持全双工通信，命令和数据通过不同的通道传输。
SATA：一种串行接口协议，用于连接存储设备和主机，采用点对点连接，协议基于AHCI或NVMe。
PCIe：一种高速串行接口协议，用于连接高性能设备（如GPU、SSD）和主机（PC、服务器）。
