固态硬盘掉电保护方法、装置及系统

摘要

本发明实施例公开了一种固态硬盘掉电保护方法、装置及系统，该方法包括获取第一超级电容模块的自行放电时间；当所述自行放电时间小于预设值时，发送第二超级电容模块放电信息至充放电电路以接通第二超级电容模块放电回路，由第二超级电容模块为固态硬盘供电。本发明实施例所述提供的技术方案针对现有技术固态硬盘掉电保护装置及方法中没有对超级电容失效进行检测，而导致一旦SSD所在系统发生异常掉电现象，其Cache中数据还是得不到有效的保存，造成数据丢失的技术问题，实现了在SSD所在系统发生异常掉电现象时提高SSD所在系统数据安全性的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及计算机存储技术，特别涉及一种固态硬盘掉电保护方法、装置及系统。

背景技术

随着电子电路技术的不断发展，计算机存储技术也日新月异，固态硬盘(Solid State Disk，以下简称SSD)随之出现。虽然SSD的接口规范和定义、功能及使用方法与普通硬盘相同，在产品外形和尺寸上也与普通硬盘一致，但由于SSD没有普通硬盘的旋转介质，因此具有抗震性极佳、数据存储速度快、功耗低、零分贝噪音的特点；再者由于SSD的工作温度范围很宽，可以在-40～85摄氏度之间，因此SSD被广泛应用于军事、车载、工控、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空、导航设备等领域。

目前，基于增强型外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect PCI-Express，PCIE)接口的SSD的带宽可达到1GB，SSD中则经常采用大容量的数据缓存(Cache)进行盘片数据的高速传输来支持这一带宽。由于其中的Cache一般都采用同步动态随机存储器(Synchronous Dynamic Random Access Memory，SDRAM)，且该类存储器是掉电易失性器件，当发生SSD所在系统掉电事件时，常因没有掉电保护电源而导致Cache中的数据在丢失之前无法及时保存在Flash中，这样在下次系统上电后，就会发现盘片有数据丢失，这对于经常涉及大量数据的尖端技术领域会产生比较大的影响。

在现有技术中，针对SSD掉电丢失数据的问题，SSD生产厂商经常采用超级电容掉电保护模式来解决，由于超级电容(Super Capacitor，SC)是近年来新兴的一种电容，其具有容量较传统电容大很多(法拉级)，充放电线路简单，无需类似充电电池的充电电路，安全系数高，长期使用免维护的特点，所以目前以SC作为固态硬盘的掉电保护电源倍受固态硬盘厂家推崇。图1为现有技术固态硬盘掉电保护装置结构示意图，如图1所示，在SSD所在系统上电后，SSD工作电源为SSD提供电源使SSD正常工作，此时，固态硬盘掉电保护装置也开始工作，具体为，超级电容检测模块101实时检测超级电容的电量是否充足，若是，当掉电检测模块103检测到SSD所在系统掉电时，接通充放电控制模块102的放电回路，由超级电容为SSD工作电源供电。

通过采用上述现有技术固态硬盘掉电保护装置及方法，即使SSD所在系统掉电，也不会使SSD盘片数据丢失的现象发生。但是随着人们长时间的研究发现，超级电容作为掉电保护电源以保障数据安全时，在高温或高频充放电等恶劣环境下，会迅速失效(表现为容量降低或开路)。上述现有技术方案中，超级电容作为掉电保护电源的主要缺点是其可靠性相对较低，不适于在恶劣环境下保护数据安全。

由于当SSD在恶劣环境下工作时，即使超级电容失效，SSD所在系统也不能察觉，还是按超级电容正常状态下运行，再者即使SSD所在系统察觉到超级电容失效，也不能做出相应的措施。从而导致一旦SSD所在系统发生异常掉电现象，Cache中的数据就得不到有效的保存，还是会造成数据丢失的现象。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种固态硬盘掉电保护方法、装置及系统，针对超级电容作为掉电保护电源其可靠性相对较低的缺点，本发明实施例用第一超级电容模块和第二超级电容模块所组成的具有冗余特性的掉电保护电源的设计，并通过对第一超级电容模块的状态进行检测，实现了在SSD所在系统发生异常掉电现象时提高SSD所在系统数据安全性的目的。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种固态硬盘掉电保护方法，其中包括：

获取第一超级电容模块的自行放电时间；

当所述自行放电时间小于预设值时，发送第二超级电容模块放电信息至充放电电路以接通第二超级电容模块放电回路，由第二超级电容模块为固态硬盘供电。

进一步地，本发明实施例提供了一种固态硬盘掉电保护装置，其中包括：

获取模块，用于获取第一超级电容模块的自行放电时间；

切换模块，用于当所述自行放电时间小于预设值时，发送第二超级电容模块放电信息至充放电电路以接通第二超级电容模块放电回路，由第二超级电容模块为固态硬盘供电。

再进一步地，本发明实施例提供了一种固态硬盘掉电保护系统，其中包括：

掉电保护电源，包括两个超级电容模块，用于存储和释放电能，并发送起始电压信息、充电电压信息或自行放电电压信息；

电压比较器，用于根据所述起始电压信息输出起始电压状态信息；根据所述充电电压信息输出充电电压状态信息；根据所述自行放电电压信息输出自行放电电压状态信息；

控制器，用于根据所述起始电压状态信息、充电电压状态信息和自行放电电压状态信息，获取所述两个超级电容模块中的一个超级电容模块的自行放电时间；当所述自行放电时间小于预设值时，发送另一个超级电容模块放电信息至充放电电路以接通另一个超级电容模块放电回路，由另一个超级电容模块为固态硬盘供电；

充放电电路，用于接收所述超级电容模块的放电信息，以接通所述超级电容模块放电回路。

本发明实施例在自行放电时间小于预设值时，识别第一超级电容模块失效，并发送第二超级电容模块放电信息以接通第二超级电容模块放电回路，由第二超级电容模块为固态硬盘供电的技术方案，利用对第一超级电容模块的状态进行检测，并采用第一超级电容模块和第二超级电容模块所组成的具有冗余特性的掉电保护电源的设计，实现了在SSD所在系统发生异常掉电现象时提高SSD所在系统数据安全性的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术固态硬盘掉电保护装置结构示意图；

图2为本发明实施例固态硬盘掉电保护方法实施例一的流程图；

图3为本发明实施例固态硬盘掉电保护方法实施例二的流程图；

图4为本发明实施例固态硬盘掉电保护装置的结构示意图；

图5为本发明实施例固态硬盘掉电保护装置中获取模块的结构示意图；

图6为本发明实施例固态硬盘掉电保护系统的结构示意图；

图7为本发明实施例第一超级电容模块结构示意图；

图8为本发明实施例第二超级电容模块结构示意图；

图9为本发明实施例电压比较器结构示意图；

图10为本发明实施例充放电电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明实施例保护的范围。

图2为本发明实施例固态硬盘掉电保护方法实施例一的流程图。如图2所示，本实施的固态硬盘掉电保护方法包括：

步骤201、获取第一超级电容模块的自行放电时间；

SSD所在系统，有第一超级电容模块和第二超级电容模块两个备用电源。第一超级电容模块作为默认的备用电源，当SSD所在系统上电后，获取第一超级电容模块的自行放电时间以检测第一超级电容模块是否工作正常，以防止SSD所在系统发生掉电，并由第一超级电容模块进行供电时，因为第一超级电容模块失效不能正常供电而导致数据丢失。

步骤202、当自行放电时间小于预设值时，发送第二超级电容模块放电信息至充放电电路以接通第二超级电容模块放电回路，由第二超级电容模块为SSD供电。

由于正常的超级电容自行放电是需要一段时间的，若自行放电时间过短，则超级电容可能处于失效的状态，因此第一超级电容模块的失效性可由第一超级电容模块的自行放电时间来衡量。具体地，当SSD所在系统发生掉电时，并且判断出第一超级电容模块的自行放电时间小于预设值，说明第一超级电容模块处于失效的状态而无法作为备用电源对SSD进行供电，为了保证数据的不被丢失，此时发送第二超级电容模块放电信息至充放电电路以接通第二超级电容模块放电回路，由备用的第二超级电容模块为SSD供电。

本实施例所提供的一种固态硬盘掉电保护方法，针对超级电容作为掉电保护电源其可靠性相对较低的缺点，本发明实施例用第一超级电容模块和第二超级电容模块所组成的具有冗余特性的掉电保护电源的设计，并通过对第一超级电容模块的状态进行检测，实现了在SSD所在系统发生异常掉电现象时提高SSD所在系统数据安全性的目的。

图3为本发明实施例固态硬盘掉电保护方法实施例二的流程图。如图3所示，本实施的固态硬盘掉电保护方法包括：

步骤301、记录自行放电起始时刻；

在本实施例中，自行放电起始时刻为第一超级电容模块自行放电的起始时刻，第一超级电容模块从自行放电起始时刻开始放电。自行放电可以为第一超级电容模块中的超级电容通过与其并联的电阻缓慢放电的过程。进一步地，第一超级电容模块的自行放电时间可以是第一超级电容模块从过压状态自行放电至欠压状态所用的时间。具体地，自行放电起始时刻为第一超级电容模块处于过压状态，并且第一超级电容模块充电回路和第一超级电容模块放电回路均断开的起始时刻，记录自行放电起始时刻具体可通过以下步骤来实现：

步骤3011、获取从电压比较器发送的第一超级电容模块的起始电压状态信息；

步骤3012、根据起始电压状态信息，判断第一超级电容模块是否处于过压状态，若否，则发送第一超级电容模块充电信息以接通第一超级电容模块充电回路，目标是为第一超级电容模块充电，直至使第一超级电容模块处于过压状态

步骤3013、在第一超级电容模块充电的过程中，实时获取从电压比较器发送的第一超级电容模块的充电电压状态信息；

步骤3014、根据充电电压状态信息，实时检测第一超级电容模块是否处于过压状态，若是，则发送第一超级电容模块充电断开信息至充放电电路以断开第一超级电容模块充电回路；

步骤3015、并记录第一超级电容模块充电回路断开的时刻为自行放电起始时刻；

进一步地，根据起始电压状态信息，若判断出第一超级电容模块是处于过压状态，且若此时正在接通第一超级电容模块充电回路为第一超级电容模块充电，则需发送第一超级电容模块充电断开信息，以断开第一超级电容模块充电回路，并记录断开第一超级电容模块充电回路的时刻为自行放电起始时刻。

步骤302、记录自行放电终止时刻；

在本实施例中，自行放电终止时刻为第一超级电容模块自行放电的终止时刻。具体地，自行放电终止时刻可为第一超级电容模块自行放电至欠压状态的时刻，欠压状态的时刻可为第一超级电容模从自行放电起始时刻开始自行放电恰好到欠压状态的时刻。其中，记录自行放电起始时刻具体可通过以下步骤来实现：

步骤3021、在上述步骤301的第一超级电容模块自行放电的过程中，实时获取从电压比较器发送的第一超级电容模块从自行放电起始时刻开始自行放电的自行放电电压状态信息；

步骤3022、并根据自行放电电压状态信息，实时检测第一超级电容模块是否处于欠压状态，若是，则记录第一超级电容模块刚好到达欠压状态的时刻为自行放电终止时刻。

步骤303、进一步地，根据步骤301所记录的自行放电终止时刻和步骤302所记录的自行放电起始时刻进行差值运算，便可获得第一超级电容模块从过压状态自行放电至欠压状态的自行放电时间。

步骤304、由于正常的超级电容自行放电是需要一段时间的，若自行放电时间过短，则超级电容可能处于失效的状态，因此第一超级电容模块的失效性可由第一超级电容模块的自行放电时间来衡量。具体地，当SSD所在系统发生掉电时，并且判断出第一超级电容模块的自行放电时间小于预设值，说明第一超级电容模块处于失效的状态而无法作为备用电源对SSD进行供电，为了保证数据的不被丢失，此时发送第二超级电容模块放电信息至充放电电路以接通第二超级电容模块放电回路，由备用的第二超级电容模块为SSD供电。

进一步地，当SSD所在系统发生掉电时，若判断出自行放电时间不小于预设值，则第一超级电容模块没有失效，并且默认发送第一超级电容模块放电信息，以接通第一超级电容模块放电回路，由第一超级电容模块为SSD供电。

本实施例所提供的固态硬盘掉电保护方法，针对现有技术固态硬盘掉电保护装置及方法中只用一组超级电容模块作为SSD掉电备用电源，并且没有对超级电容模块失效进行检测，而导致一旦SSD所在系统发生异常掉电现象，其Cache中数据还是得不到有效的保存，造成数据丢失的技术问题，本实施例的技术方案通过判断自行放电时间小于预设值时，识别第一超级电容模块失效，并发送第二超级电容模块放电信息，以接通第二超级电容模块放电回路，由第二超级电容模块为固态硬盘供电的技术方案，利用对第一超级电容模块的状态进行检测，并采用第一超级电容模块和第二超级电容模块所组成的具有冗余特性的掉电保护电源的设计，实现了在SSD所在系统发生异常掉电现象时提高SSD所在系统数据安全性的目的。

图4为本发明实施例固态硬盘掉电保护装置的结构示意图。如图4所示，本实施例的固态硬盘掉电保护装置包括获取模块401和切换模块402。其中，获取模块401获取第一超级电容模块的自行放电时间；切换模块402用于当自行放电时间小于预设值时，发送第二超级电容模块放电信息至充放电电路以接通第二超级电容模块放电回路，由第二超级电容模块为固态硬盘供电。

进一步地，图5为本发明实施例固态硬盘掉电保护装置中获取模块的结构示意图，如图5所示，图4中的获取模块401还包括第一记录单元501、第二记录单元502和获取单元503，其中，第一记录单元501记录自行放电起始时刻，自行放电起始时刻为第一超级电容模块处于过压状态，并且第一超级电容模块充电回路和第一超级电容模块放电回路均断开的起始时刻；第二记录单元502记录自行放电终止时刻，自行放电终止时刻为第一超级电容模块自行放电至欠压状态的时刻；获取单元503分别连接于第一记录单元501和第二记录单元502，根据自行放电终止时刻和自行放电起始时刻的差值，获得第一超级电容模块从过压状态自行放电至欠压状态的自行放电时间。再进一步地，第一记录单元501包括第一获取子单元5011、判断子单元5012、第一处理子单元5013、第二获取子单元5014和第一检测记录子单元5015，其中第一获取子单元5011获取第一超级电容模块的起始电压状态信息；判断子单元5012根据起始电压状态信息，判断第一超级电容模块是否处于过压状态；第一处理子单元5013用于当第一判断子单元判断出第一超级电容模块没有处于过压状态时，发送第一超级电容模块充电信息至充放电电路以接通第一超级电容模块充电回路为第一超级电容模块充电；第二获取子单元5014获取第一超级电容模块的充电电压状态信息；第一检测记录子单元5015根据充电电压状态信息，实时检测第一超级电容模块是否处于过压状态，若是，则发送第一超级电容模块充电断开信息至充放电电路以断开第一超级电容模块充电回路，并记录第一超级电容模块充电回路断开的时刻为自行放电起始时刻。又进一步地，第一记录单元502包括第三获取子单元5021和第二检测记录子单元5022，其中，第三获取子单元5021获取第一超级电容模块从自行放电起始时刻开始自行放电的自行放电电压状态信息；第二检测记录子单元5022根据自行放电电压状态信息，实时检测第一超级电容模块是否处于欠压状态，若是，则记录为自行放电终止时刻。

这里需说明的是，本实施中的固态硬盘掉电保护装置对固态硬盘掉电保护的具体方法如上述固态硬盘掉电保护方法实施例中具体描述所述，在此不再赘述。

本实施例所提供的固态硬盘掉电保护方法，针对现有技术固态硬盘掉电保护装置及方法中只用一组超级电容模块作为SSD掉电备用电源，并且没有对超级电容模块失效进行检测，而导致一旦SSD所在系统发生异常掉电现象，其Cache中数据还是得不到有效的保存，造成数据丢失的技术问题，本实施例的技术方案通过利用切换模块判断出当自行放电时间小于预设值时，发送第二超级电容模块放电信息至充放电电路以接通第二超级电容模块放电回路，由第二超级电容模块为固态硬盘供电的技术方案，利用对第一超级电容模块的状态进行检测，并采用第一超级电容模块和第二超级电容模块所组成的具有冗余特性的掉电保护电源的设计，实现了在SSD所在系统发生异常掉电现象时提高SSD所在系统数据安全性的目的。

图6为本发明实施例固态硬盘掉电保护系统的结构示意图。如图6所示，本实施例所提供的固态硬盘掉电保护系统包括掉电保护电源601、电压比较器602、充放电电路603和控制器604。

掉电保护电源601可包括两个超级电容模块，具体地，掉电保护电源601包括第一超级电容模块6011和第二超级电容模块6012，第一超级电容模块6011连接于电压比较器602，如图7为本发明实施例第一超级电容模块结构示意图所示，以及如图8为本发明实施例第二超级电容模块结构示意图所示，第一超级电容模块包括6011由超级电容C1和电阻R1，并且电阻R1并联于超级电容C1，第二超级电容模块6012包括超级电容C2和电阻R2，并且电阻R2并联于超级电容C2，存储和释放电能，并发送起始电压信息、充电电压信息或自行放电电压信息；

电压比较器602连接于第一超级电容模块6011，如图9为本发明实施例电压比较器结构示意图所示，包括电压比较单元1和电压比较单元2，其中电压比较单元1的“+”端和电压比较单元2的“+”端相连作为电压比较器输入端，电压比较单元1的“-”端连接过压阈值，电压比较单元2的“-”端连接欠压阈值，电压比较单元1作为电压比较器输出端输出过压状态，并且电压比较单元2作为电压比较器输出端输出欠压状态；具体地，将起始电压信息接入电压比较器输入端，并与过压阈值和欠压阈值比较后输出起始电压状态信息至控制器604，控制器604判断第一超级电容模块6011是否处于过压状态；将充电电压信息接入电压比较器输入端，并与过压压阈值和欠压阈值比较后输出充电电压状态信息至控制器604，控制器604判断第一超级电容模块6011是否处于过压状态、或将自行放电电压信息接入电压比较器输入端，并与过压压阈值和欠压阈值比较后输出充电电压状态信息至控制器604，控制器604判断第一超级电容模块6011是否处于欠压状态；

充放电电路603，连接于第一超级电容模块6011和第二超级电容模块6012，如图10为本发明实施例充放电电路结构示意图所示，包括第一超级电容模块充电回路和第一超级电容模块放电回路，第二超级电容模块充电回路和第二超级电容模块放电回路，以及第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4，第一超级电容模块充电回路和第二超级电容模块充电回路一端连接于充电电源，第一超级电容模块放电回路和第二超级电容模块放电回路一端连接于放电电源；第一超级电容模块充电回路的另一端通过第一开关K1连接于第一超级电容模块6011，用于为第一超级电容模块6011充电；第一超级电容模块放电回路的另一端通过第二开关K2连接于第一超级电容模块6011，用于为第一超级电容模块6011放电；第二超级电容模块充电回路的另一端通过第三开关K3连接于第二超级电容模块6012，用于为第二超级电容模块6012充电；第二超级电容模块放电回路的另一端通过第四开关K4连接于第二超级电容模块6012，用于为第二超级电容模块6012放电；

控制器604，连接于电压比较器602和充放电电路603的第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4，并通过电压比较器602连接于第一超级电容模块6011；当电压比较器602根据起始电压状态信息，判断出第一超级电容模块没有处于过压状态时，发送第一超级电容模块充电信息，闭合第一开关K1，以接通第一超级电容模块充电回路；当电压比较器602根据充电电压状态信息，判断出第一超级电容模块处于过压状态时，发送第一超级电容模块充电断开信息，打开第一开关K1，以断开第一超级电容模块充电回路，并记录此时为自行放电起始时刻；当电压比较器602根据自行放电电压状态信息，判断出第一超级电容模块6011处于欠压状态时，记录自行放电终止时刻；根据所记录的自行放电终止时刻和自行放电起始时刻的差值，获得第一超级电容模块6011从过压状态自行放电至欠压状态的自行放电时间；当自行放电时间是否小于预设值时，则识别第一超级电容模块6011失效，并且闭合第四开关K4，以接通第二超级电容模块放电回路，由第二超级电容模块6012为固态硬盘供电。

这里需说明的是，本实施中的固态硬盘掉电保护系统可以包括上述固态硬盘掉电保护装置中的各个模块、单元和子单元，并对固态硬盘掉电保护的具体方法如上述固态硬盘掉电保护方法实施例中具体描述所述，在此不再赘述。

本实施例所提供的固态硬盘掉电保护系统，针对现有技术固态硬盘掉电保护装置及方法中只用一组超级电容模块作为SSD掉电备用电源，并且没有对超级电容模块失效进行检测，而导致一旦SSD所在系统发生异常掉电现象，其Cache中数据还是得不到有效的保存，造成数据丢失的技术问题，本发明实施例的技术方案通过控制器判断自行放电时间小于预设值时，识别第一超级电容模块失效，并发送第二超级电容模块放电信息，以接通第二超级电容模块放电回路，由第二超级电容模块为固态硬盘供电的技术方案，利用控制器对第一超级电容模块的状态进行检测，并采用掉电保护电源中第一超级电容模块和第二超级电容模块所组成的具有冗余特性的掉电保护电源的设计，实现了在SSD所在系统发生异常掉电现象时提高SSD所在系统数据安全性的目的。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：只读存储器(ROM)、随机存取器(RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。