CN101124639B - 访问非易失性计算机存储器的系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了用于组织非易失性存储器的系统和方法。该系统包括具有第一数据区域和与该第一数据区域相关联的第一冗余存储区的非易失性存储器。第一冗余存储区包括与第一数据扇区相关联的第一部分。该冗余存储区的第一部分包括相对扇区索引和块编号。该冗余存储区也包括第二部分，该第二部分包括纠错码(ECC)数据。

Description

访问非易失性计算机存储器的系统和方法

技术领域

本公开总体上涉及非易失性存储系统。

背景技术

消费电子装置，比如蜂窝电话，数字音乐播放器，拇指驱动和其它手持设备，执行不断复杂的算法，比如解码压缩的数字音频和视频数据的算法和用户界面算法。随着这些算法复杂度的增加，存储这些算法的存储器用量也在增加。

制造商正在越来越多地转向非易失性存储器，比如包括NAND快闪和NOR快闪存储装置的快闪存储装置。典型地，非易失性存储装置将数据存储在逻辑单元中，比如存储页面和存储块。一组存储页面形成存储块。通常，数据被写入页面并可被从该页面内的位置读出。典型地，块是可擦除的最小数据量。在典型的闪存装置中，每个页面具有数据区和冗余存储区，有时叫作开销区(overhead area)或元数据区。页面中的冗余存储区存储关于页面的信息、关于页面内数据的信息、和与针对页面的纠错程序相关联的数据。

在非易失性存储装置，比如快闪存储器上存取和存储数据利用的是虚拟寻址。非易失性存储装置易于因频繁使用而坏损，这样，固态存储装置内的扇区可能会失去存储无差错数据的能力。为了减少固态存储器坏损的问题，微控制器通常平衡存储器的扇区之间的使用。例如，当数据被提供给快闪存储装置时，可以将它存储在第一扇区，并且在对数据进行更新时，微控制器可以将该数据存储在第二扇区中，以减少第一扇区上的坏损。结果，数据块的物理位置可能改变。为便于进行这种平衡和寻址变化着的物理地址，微控制器通常创建一个表，该表用于将由计算机系统使用的基于位置的地址转换成在快闪存储装置内使用的虚拟地址。按照这种方式，系统可以使用同一基于位置的地址寻址一组数据，同时微控制器可以依据平衡协议将该信息存储在快闪存储器的变化着的扇区中或者存储在快闪存储器内的不同地址处。当快闪存储装置内的扇区坏掉时，微控制器可以创建坏数据扇区的映射，以防止将数据存储在这样的坏数据扇区内。

坏扇区的编目和扇区映射的创建典型地通过读取数据扇区并且检查系统数据中的特定代码值来进行。一般来说，将与数据扇区的所有数据相关联的ECC包括在数据扇区中，以用来校正和检查数据中的噪声。例如，ECC是在存储数据时根据该数据计算出来的，并且将该ECC与该数据一起存储。当存取该数据时，由该数据计算出新的ECC，并将其与和该数据一起存储的ECC比较。如果新ECC和存储的ECC之间有差别，则该数据可能被破坏且扇区可能坏了。在许多例子中，可以使用ECC来在将数据传送给随后的存储系统或处理器之前对该数据进行校正。

不过，读取非易失性存储器中的数据和对遭破坏的数据进行纠错的过程是耗时的过程。这样，对改进的用于读取非易失性存储器的系统和方法存在需求。

附图说明

图1是包括非易失性存储器的系统的示范性实施方式的框图；

图2是可存储在图1所示的非易失性存储器中的数据结构的说明性实施方式的框图；

图3是可存储在图1所示的非易失性存储器中的数据结构的另一种特定实施方式的框图；

图4是组织图1的非易失性存储器的方法的流程图；

图5是对图1的非易失性存储器进行清除操作的方法的流程图；和

图6是对图1的非易失性存储器进行纠错的方法的流程图。

具体实施方式

公开了一种组织非易失性存储器的系统和方法。该系统包括非易失性存储器，该非易失性存储器具有第一数据区域和与第一数据区域相关联的第一冗余存储区。该第一冗余存储区包括与第一数据扇区相关联的第一部分。该冗余存储区的第一部分包括相对扇区索引(sector index)和块编号。该冗余存储区也包括包含纠错码(ECC)数据的第二部分。

该方法包括读取非易失性计算器存储器的数据扇区的冗余存储区的第一部分。该冗余存储区包括所述第一部分和第二部分。该冗余存储区的第一部分包括与数据扇区相关联的数据并包括相对扇区索引和块编号。在特定的实施方式中，读取该第一部分而不读取冗余存储区的第二部分。

参考图1，示出了包括非易失性存储器的系统。该系统包括处理器102和非易失性存储器104。该非易失性存储器104可对处理器102做出响应。该非易失性存储器104包括系统数据区域106。该系统数据区域106包括系统数据区103和系统冗余存储区105。该非易失性存储器104还包括第一用户数据区域107、第二用户数据区域110、以及直到第N用户数据区域112的附加用户数据区域。该第一数据区域107包括第一用户数据区108和第一冗余存储区109。其它数据区域，比如第二用户数据区域110，也包括用户数据区和冗余存储区。

该非易失性存储器104还包括更新数据区域114，该区域包括更新数据区113和更新冗余存储区114。该非易失性存储器也包括替换数据区域116，该区域包括替换数据区130和替换冗余存储区132。

在操作期间，处理器102访问非易失性存储器104。处理器102可以存取系统数据106来执行系统操作。处理器102可以利用更新数据区域114来存储稍后在更新操作期间被重新组织的数据。处理器102可以在替换操作期间使用替换数据区域116来存储用于数据区域比如第一数据区域107的替换数据。

数据区域，比如第一数据区域107、系统数据区103、更新数据区113、或者替换数据区130，存储与数据区域相关联的数据。冗余存储区，比如第一冗余存储区109，可以存储多种信息，包括相对扇区索引、块编号或者纠错码(ECC)数据。存储在第一冗余存储区109中的相对扇区索引和块编号可以用于组织存储在第一用户数据区108中的数据，并且可以用作用于非易失性存储器104的组织方案的一部分。第一冗余存储区109的不同部分可被独立地访问。因此，可以在不存取ECC数据的情况下存取存储在第一冗余存储区109中的相对扇区索引和块编号。通过仅存取相对扇区索引和块编号，在不访问ECC数据或者第一用户数据区108的情况下，可以更加快速地组织非易失性存储器104。

虽然上面讨论的保护和组织方案是参考用户数据区比如第一数据区域107来描述的，但是也可以对所有数据区域使用同样的方案，包括系统数据区域106、更新数据区域114和替换数据区域116。这样，系统冗余存储区105、更新冗余存储区114和替换冗余存储区132均包括多种信息，包括相对扇区索引、块编号或纠错码(ECC)数据。存储在每个冗余存储区中的相对扇区索引和块编号可以用于组织与该区域相关联的数据区域。

参考图2，示出了非易失性存储器的数据区域比如图1中所示的第一数据区域107的数据结构。数据区域107包括数据区108和冗余存储区109。冗余存储区109包括第一部分220和第二部分230。在特定的实施方式中，冗余存储区109的第一部分220长度为大约7字节。在另一特定的实施方式中，第二部分230长度为大约9字节。

第一部分220包括相对扇区索引数据202、块编号数据204、备份数据(sparedata)206、块状态数据208和循环冗余校验(CRC)数据210。第二部分230包括ECC数据212。

在操作期间，第一部分220可以由处理器读取而不读取第二部分230。可以存取相对扇区索引数据202和块编号数据204以组织与特定存储块相关联的数据，而不用存取存储在第二部分230中的ECC数据212。这允许存储块的更快速的组织。

此外，可以使用块状态数据208来确定与特定块相关联的数据是否是有效数据。可以使用循环冗余校验数据210来确定是否存在与用户数据区108相关联的任何错误。在检测到与用户数据区108相关联的错误的情况下，可以存取存储在第二部分230中的纠错码数据212以执行纠错程序。因为除非CRC数据210表明错误状态，否则就不存取纠错码数据212，所以在不存在错误的时候，可以避免耗时的ECC操作。

参考图3，示出了用在非易失性存储器104中的数据结构的替换实施方式。该数据结构包括第一数据区域304和第一冗余存储区322。第一数据区域包括多个子区域，其包括数据区306、数据区308、数据区310和数据区312。冗余存储区322包括相对扇区索引314、块编号316、块状态318、循环冗余校验(CRC)数据320、纠错码数据324和备份数据326。在特定实施方式中，冗余存储区322具有大于或等于64字节的大小。

在操作期间，可以将用户数据存储在第一数据区域304中，而冗余存储区322存储与第一数据区域304相关联的系统数据。冗余存储区322的不同段(section)可以被独立访问。因此，可以使用相对扇区索引314和块编号316来组织第一数据区域304中的数据，而不用存取纠错码数据324。类似地，CRC数据320可以用于第一数据区域304的错误校验，而不用存取ECC数据324。如果CRC数据320表明了第一数据区域304内的错误，则可以使用纠错码数据324来校正与第一数据区域304相关联的错误。因为在表明错误状态之前不存取ECC数据324，所以第一数据区域304的更快的组织和错误校验是可能的。

参考图4，说明了组织非易失性计算机存储器的方法。在步骤402，读取非易失性计算机存储器的数据扇区的冗余存储区的第一部分。读取该第一部分而不读取冗余存储区的第二部分。冗余存储区的第一部分包括与数据扇区相关联的数据。在特定的实施方式中，冗余存储区的第一部分具有小于8字节的大小。在另一个特定实施方式中，冗余存储区的第一部分具有7字节的大小。冗余存储区的第一部分包括相对扇区索引和块编号。

继续进行到步骤404，对存储在冗余存储区的第一部分中的循环冗余校验(CRC)码进行估计。在步骤406，根据相对扇区索引和块编号对与冗余存储区相关联的存储区域进行组织。

参考图5，说明了执行存储器清除操作的方法。在步骤502，接收存储器清除信号。移动至步骤506，读取非易失性计算机存储器的多个冗余存储区中的每一个的第一部分，而不读取第二部分。该多个冗余存储区中的每一个的第一部分包括与数据扇区相关联的数据。该多个冗余存储区中的每一个的第一部分包括相对扇区索引和块编号。第二部分包括ECC数据。在特定的实施方式中，存储器清除信号是响应于系统加电来发送的。

移动到步骤508，使用相对扇区索引和块编号对存储在非易失性计算机存储器中的数据进行组织。在步骤510，提供准备就绪指示，以表明非易失性计算机存储器已准备好进行操作。在特定实施方式中，接收存储器清除信号与提供准备就绪指示之间的时间小于大约30微秒。在另一特定的实施方式中，接收存储器清除信号与提供准备就绪指示之间的时间小于大约26微秒。

参考图6，说明了对非易失性计算机存储器执行纠错的方法。在步骤602，读取该非易失性计算机存储器的页面的数据扇区的冗余存储区的第一部分，但不是全部。冗余存储区的第一部分包括相对扇区索引、块编号和CRC数据。移动至步骤604，对CRC数据进行估计。移动至判定步骤606，确定CRC数据是否有效。如果CRC数据有效，则该方法移动至步骤608且使用相对扇区索引和块编号来组织非易失性计算机存储器的页面。如果CRC数据无效，则该方法移动至步骤610并且读取冗余存储区的包括纠错码(ECC)数据的第二部分。继续进行到步骤612，使用ECC数据对页面进行一个或多个纠错操作。然后该方法移动至步骤608。

应当将上面公开的主题看作是说明性的且非限定性的，并且所附权利要求旨在覆盖落在本发明范围之内的所有这些修改、增强和其它实施方式。因此，在法律允许的最大程度上，本发明的范围将由所附权利要求及其等效物的最宽泛的可允许的解释来确定，并且不应受到前面详细描述的约束或限制。

Claims (8)

1.一种读取非易失性计算机存储器的方法，该方法包括：

读取该非易失性计算机存储器的冗余存储区的第一部分，该冗余存储区包括该第一部分和第二部分，

其中所述非易失性计算机存储器包括：

包括多个子区域的第一数据区域；

冗余存储区，该第一冗余存储区与所述第一数据区域相关联，该冗余存储区包括：

与多个子区域中的第一子区域相关联的第一部分，其中该第一部分包括相对扇区索引和块编号；和

包括多个纠错码(ECC)区域的第二部分，所述多个纠错码(ECC)区域与所述多个子区域相关联；

其中在不读取该冗余存储区的第二部分的情况下读取该冗余存储区的第一部分。

2.如权利要求1所述的方法，其中该冗余存储区的第一部分具有小于8字节的大小。

3.如权利要求2所述的方法，其中该冗余存储区的第一部分具有7字节的大小。

4.一种对非易失性计算机存储器进行纠错的方法，该方法包括：

读取该非易失性计算机存储器的页面的数据扇区的冗余存储区的第一部分，但不是全部，其中该冗余存储区的第一部分包括相对扇区索引、块编号和循环冗余校验数据；

估计该循环冗余校验数据；以及

响应于循环冗余校验数据表明有效状态的确定，使用相对扇区索引和块编号来组织该非易失性计算机存储器的页面；

其中所述非易失性计算机存储器包括：

包括多个子区域的第一数据区域；

冗余存储区，该冗余存储区与所述第一数据区域相关联，该冗余存储区包括：

与所述多个子区域中的第一子区域相关联的第一部分；以及

包括多个纠错码(ECC)区域的第二部分，所述多个纠错码(ECC)区域与所述多个子区域相关联。

5.如权利要求4所述的方法，还包括：

确定循环冗余校验数据表明无效状态；

读取该冗余存储区的第二部分，该冗余存储区的第二部分包括纠错码ECC数据；

根据该ECC数据对页面进行一个或多个纠错操作；以及

使用相对扇区索引和块编号来组织该非易失性算机存储器的页面。

6.如权利要求4所述的方法，其中所述第一部分具有小于8字节的大小。

7.如权利要求4所述的方法，其中所述第一部分具有约7字节的大小。

8.如权利要求4所述的方法，其中所述第二部分具有约9字节的大小。

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