CN101315613A

CN101315613A - 处理非易失性存储器的数据的设备和方法

Info

Publication number: CN101315613A
Application number: CNA2008100928838A
Authority: CN
Inventors: 金晓俊; 禹南允; 印至晛
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2007-05-29
Filing date: 2008-05-07
Publication date: 2008-12-03
Also published as: US20080301393A1; KR101336258B1; US7971022B2; KR20080104815A; JP2008299848A

Abstract

本发明涉及一种处理非易失性存储器的数据的设备和方法，更具体地讲，涉及一种对能够将写单位操作应用于多个扇区的非易失性存储器的数据进行处理的设备和方法。根据本发明一方面的处理非易失性存储器的数据的设备包括：非易失性存储器，具有多个块；操作处理单元，当用户请求写操作时，在块中写数据，并使数据已写入的块统一变为有效；块管理单元，对应于操作处理单元所执行的操作处理来管理块的状态。

Description

处理非易失性存储器的数据的设备和方法

技术领域

与本发明一致的设备和方法涉及对非易失性存储器的数据进行处理，更具体地讲，涉及对能够将写单位操作应用于多个扇区的非易失性存储器的数据进行处理。

背景技术

通常，在嵌入式系统，例如家用电器、通信设备、机顶盒等中，主要使用非易失性存储器作为存储和处理数据的存储媒体。

非易失性存储器中常用的闪速存储器是一种能够电删除数据和重写数据的非易失性存储元件。与基于磁盘存储器的存储介质相比，闪速存储器具有与硬盘类似的快速存取时间，而只消耗少量的功率，并且尺寸小。因此，闪速存储器适合于便携式设备。

闪速存储器的特性不同于诸如硬盘的磁存储介质的特性。具体地讲，在闪速存储器中，可按照页单位执行读/写操作，但是不能按照页单位执行数据更新操作。为了在闪速存储器中执行数据更新操作，需要以块(是多个页的一组)为单位执行擦除操作。这里，存在擦除操作的单位大于写操作的单位的问题。

为了补偿闪速存储器中擦除操作的单位大于写操作的单位以及数据被删除的次数受到限制的缺点，并且为了利用基于硬盘设计的文件系统，开发了FTL(闪速转换层)。FTL是一种软件层，其允许闪速存储器像硬盘一样被使用。为了实现上述功能，FTL内在地使用映射方法，FTL的功能和成本由所使用的算法决定。

FTL中使用的映射方法的例子包括各种映射方法，如块映射方法和页映射方法。将以页映射方法为例。在页映射方法中，通过单独的映射表来维护并管理物理存储的数据相对于所有扇区或页的位置。即，当在闪速存储器中实际执行数据更新操作时，新的数据被写在闪速存储器的可用空闲空间中，当相应扇区的位置改变时，扇区映射表改变。此时，每一扇区是逻辑操作单位，每一页是物理操作单位。在小块(small-block)闪速存储器中，扇区和页相同，而在大块(large-block)闪速存储器中，页包括多个扇区。

图1是示出根据现有技术的页映射方法的示图。

如图1所示，在包括扇区映射表10和多个块22的非易失性存储器20中，当用户按照“1、2、0、0、3、3、3、3、5、6和4”的扇区号顺序将数据写在扇区中时，可以理解，在非易失性存储器20的扇区0和扇区3中数据被更新。此时，在使用页映射方法的FTL中，新的数据被写在空闲页21中，并且扇区映射表10也被更新。即，扇区映射表10成为非易失性存储器20中的逻辑扇区号和页号之间的映射表。

同时，当文件系统或数据库被更新时，执行多个扇区的更新操作。例如，当扇区1、2和3需要被更新时，由于系统中的问题，可能仅在扇区1和2中完成写操作，然后写操作可能被中断。在这种情况下，扇区3变得不稳定，从而更新操作不被执行，结果，无法确保文件系统或数据库的完整性。

因此，已使用了针对在数据库或文件系统中处理的操作显示日志(journal或log)的方法。该方法在于在操作被中断并且没有被完成的情况下备份原始数据。然而，通常，备份方法实现起来比用户期望处理的操作昂贵许多。

第2004-242160号日本公布公开了一种高速写数据的方法和相应的设备，其中，闪速存储器中的数据删除处理和写完成通知交迭，并且包括写、删除和写完成通知的一系列处理在短时间内被执行。然而，第2004-242160号日本公布没有公开能够在更新多个扇区的操作期间确保文件系统或数据库的完整性的方法。

发明内容

本发明的一方面在于提供一种能够利用事务块将写单位操作应用于多个扇区，并将事务块统一转变为数据块以确保文件系统或数据库的完整性的对非易失性存储器的数据进行处理的设备和方法。

本发明的多个方面不限于上述这些，通过下面的描述，本领域技术人员将清楚地理解本发明的其它方面。

根据本发明的一方面，提供一种处理非易失性存储器的数据的设备，该设备包括：非易失性存储器，具有多个块；操作处理单元，当用户请求写操作时，在块中写数据，并使数据已写入的块统一变为有效；块管理单元，对应于操作处理单元所执行的操作处理来管理块的状态。

根据本发明的另一方面，提供一种处理非易失性存储器的数据的方法，该方法包括：由用户输入对具有多个块的非易失性存储器的写操作请求；在块中写数据，并使数据已写入的块统一变为有效；对应于操作处理管理块的状态。

附图说明

通过参照附图对本发明示例性实施例的详细描述，本发明的上述和其他特点将变得更明显，其中：

图1是示出根据现有技术的页映射方法的示图；

图2是示出根据本发明示例性实施例的处理非易失性存储器的数据的设备的示图；

图3是示出根据本发明示例性实施例的非易失性存储器的结构的示图；

图4是示出根据本发明示例性实施例的块映射的示图；

图5是示出根据本发明示例性实施例的映射表的示图；

图6是示出根据本发明示例性实施例的处理非易失性存储器的数据的方法的示图；

图7是示出根据本发明示例性实施例的每一块的变化的示图。

具体实施方式

通过参照下面对示例性实施例和附图的详细描述，本发明的特点以及实现这些特点的方法可更容易理解。然而，本发明可以以许多不同的形式实现，而不应被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例以使得本公开将全面和完整，并且将向本领域技术人员充分传达本发明的构思，本发明将仅由权利要求限定。贯穿说明书，相同的标号表示相同的部件。

以下将参照根据本发明示例性实施例的处理非易失性存储器的数据的设备和方法的框图和流程图来描述本发明。应该理解，所附框图中的方框以及流程图中的步骤的组成可通过计算机程序指令来执行。这些计算机程序指令可被载入例如通用计算机、专用计算机或可编程数据处理设备的处理器中。因此，由计算机或可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生执行框图中的方框或流程图中的步骤中描述的功能的装置。计算机程序指令可被存储在计算机或可编程数据处理设备的计算机可用存储器或计算机可读存储器中，以便以特定方式实现功能。因此，存储在计算机可用存储器或计算机可读存储器中的指令可产生包含执行框图的方框或流程图的步骤中描述的功能的指令装置的产品。此外，计算机程序指令可被载入计算机或计算机可编程数据处理设备中。因此，在计算机或可编程数据处理设备中执行一系列操作步骤，以产生由计算机执行的处理，使得驱动计算机或可编程数据处理设备的指令能够提供执行框图的方框或流程图的步骤中描述的功能的步骤。

每一方框或每一步骤可指示包含用于执行特定逻辑功能的一个或多个可执行指令的部分模块、部分段或部分代码。应该注意的是，在本发明的一些修改中，方框或步骤中描述的功能可以不按顺序发生。例如，根据相应的功能，连续示出的两个方框或步骤实际上可以同时执行，或者有时，它们可以以相反的顺序执行。

现在，将参照附图更充分地描述本发明，附图中示出了本发明的优选实施例。

图2是示出根据本发明实施例的处理非易失性存储器的数据的设备的示图。

如图2所示，根据本发明实施例的处理非易失性存储器的数据的设备100包括非易失性存储器110、用户请求单元120、操作处理单元130和块管理单元140。

非易失性存储器110包括多个块，所述块包括多页。在本实施例中，包括在非易失性存储器110中的块可用于映射块、无用块(garbage block)、数据块和事务块(transaction block)。

映射块存储包括在非易失性存储器110中的所有块的状态信息和映射表，无用块可在执行擦除操作之后由于不存在有效数据而使用。数据块具有提交的(committed)稳定数据，事务块在事务开始时被分配。此外，无用块可被用作映射块、数据块和事务块。

在本实施例中，对这样的情况进行描述：在非易失性存储器110中在初始格式化操作时，除了一个映射块之外的所有块变为无用块。然而，这仅是用于本发明的理解的一个示例，可存在一个或多个映射块。

用户请求单元120可从用户接收关于预定写操作的请求。此外，除了写操作请求之外，用户请求单元120还可接收读操作、擦除操作和当前执行的操作的操作中断请求。在本实施例中，对通过用户请求单元120输入用户的写操作请求的情况进行描述。

操作处理单元130可根据通过用户请求单元120输入的操作请求处理所请求的操作。即，操作处理单元130根据FTL(闪速转换层)来处理操作。一般的FTL应用4个应用程序接口(API)，即“装置打开(FTL_Open)”、“装置关闭(FTL_Close)”、“读(FTL_Read)”和“写(FTL_Write)”，而根据本发明当前示例性实施例的FTL除了上述4个API之外还应用三个API，包括“事务开始(FTL_BeginTxn)”、“事务提交(FTL_CommitTxn)”和“事务停止(FTL_AbortTxn)”。

具体地讲，当从用户请求单元120请求写操作时，操作处理单元130在“事务开始”和“事务提交”之间调用若干次“写”。当在调用“事务提交”之前系统中断或者电源中断时，所有写操作被取消。同时，用户明确调用“事务停止”来取消写操作。此外，用户可利用用户请求单元120调用诸如“事务开始”、“事务提交”和“事务停止”的API。

如上所述，操作处理单元130执行操作处理。块管理单元140对应于写操作来管理包括在非易失性存储器110中的块。即，当操作处理单元130启动事务时，块管理单元140分配无用块，以允许事务执行。此外，通过映射表，块管理单元140可管理稳定数据和不稳定数据，即提交的块(committedblock)和事务开始但是没有进行提交的块。

具体地讲，块管理单元140可通过将包括在非易失性存储器110中的块划分为如图3所示的映射块111、数据块112、事务块113和无用块114来管理块。在图3中，存在映射块111、数据块112、事务块113和无用块114。然而，在格式化非易失性存储器110时，存在映射块111和无用块114，映射块111、数据块112、事务块113和无用块114中的每一个的数量可根据处理操作而改变。

块管理单元140通过将非易失性存储器110中的块划分为映射块、数据块、事务块和无用块来管理块。当事务被提交时，块管理单元140可将相应的块从事务块转变为数据块，这一操作可通过转变记录在映射块中的每一块的状态来执行。

具体地讲，如图4所示，映射块可为每一块存储显示块状态信息211、删除次数212和块创建次序213的块映射210。当通过操作处理单元130写操作被提交时，块管理单元140统一地将事务块的块状态信息211转变为数据块的块状态信息。此时，块映射210被存储在每一块中，块状态信息211指示在映射块、数据块、事务块和无用块中相应块所属的块。此外，可以理解，块创建次序213指示相应块被创建的次序。

此外，块管理单元140创建并存储用于每一块的映射表，映射表可被存储在映射块中。块管理单元140对写在映射块中的映射表进行二进制化和管理，以便区分稳定扇区和不稳定扇区。具体地讲，如图5所示，在映射表220中，可为每一逻辑扇区号映射稳定页和不稳定页。映射表220被二进制化和管理的原因如下。在写操作被提交之前对不稳定页的写操作可能被取消，并且已有数据的信息直到写操作被提交才被删除。

此外，映射表220需要被二进制化和管理，以便知道在无用收集(garbagecollection)时相应扇区的状态。即，由于过去不存在事务的概念，所以在写扇区时，在FTL中的空闲页上执行写操作，相应扇区的映射表被改变。由于在相应扇区中已有数据不再需要，所以使用无用标记。然而，如果应用事务的概念，则在写扇区时，在写操作被提交之前可能取消写操作，需要已有数据的信息。

图6是示出根据本发明实施例的处理非易失性存储器的数据的方法的示图。图6以非易失性存储器110被格式化并且仅存在映射块和无用块的情况为例。然而，处理数据的方法可应用于不仅存在映射块和无用块，而且存在数据块和事务块的情况。

如图6所示，根据处理非易失性存储器的数据的方法，首先，用户使用用户请求单元120请求非易失性存储器110执行写操作(操作S110)。

操作处理单元130根据用户的写请求将非易失性存储器110的无用块分配给事务块并执行写操作(操作S120)。此时，操作处理单元130调用FTL的API中的“事务开始”。操作处理单元130调用多次“写”直到“事务提交”被调用为止，并且执行用户所请求的写操作。

此时，在操作处理单元130如上所述在操作S120中执行写操作的同时，可由块管理单元140来管理块分配等。即，由块管理单元140来管理映射块中存储的块映射中的块状态信息以及映射表。

操作处理单元130确定用户是否调用“事务提交”(操作S130)，并且当确定用户调用“事务提交”时，块管理单元140将多个事务块转变为数据块(操作S140)。此时，当块管理单元140将多个事务块转变为数据块时，块管理单元140转变存储在映射块中的块映射中的块状态信息，从而统一地使事务块转变为数据块。

当在如上所述的操作S130中没有调用“事务提交”或者电源中断时，用户所请求的写操作被取消，并且事务块被转变为无用块。

图7是示出根据本发明实施例的非易失性存储器中的每一块的变化的示图。

如图7所示，通过无用收集，无用块可变为数据块；在调用“事务开始”时，无用块可转变为事务块。此外，当用户在“事务提交”被调用之前调用“事务停止”，或者当电源中断时，事务块可被转变为无用块。当“事务提交”被调用时，事务块可被转变为数据块。

同时，术语“单元”，即“模块”或“表”表示软件或硬件组件，如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路)，并且每一模块执行指派的功能。然而，所述模块不限于软件或硬件。模块可配置在可寻址存储介质中，或者可配置为在至少一个处理器上运行。因此，作为示例，模块包括：诸如软件组件、面向对象的软件组件、类组件和任务组件的组件；进程、函数、属性、过程、子进程、程序代码段、驱动程序、固件、微码、电路、数据、数据库、数据结构、表、数组和变量。组件和模块提供的功能可被组合为更少的组件，和/或模块可被分为另外的组件和模块。

尽管结合本发明的示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员清楚的是，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可进行各种修改和变化。因此，应该理解，上述实施例不是限制性的，而是在所有方面均是示意性的。

根据依据本发明示例性实施例的处理非易失性存储器的数据的设备和方法，可获得以下效果。

当在非易失性存储器中执行写操作时，利用事务块来执行写操作。当写操作完成时，事务块被统一转变为数据块，从而可省略数据库系统或文件系统中的登陆操作，并确保数据库系统或文件系统的完整性。

此外，由于事务块被统一转变为数据块，所以可适应在非易失性存储器中电源中断的情形，从而改善系统的功能和稳定性。

Claims

1、一种用于处理数据的设备，该设备包括：

非易失性存储器，具有多个块；

操作处理单元，当用户请求写操作时，所述操作处理单元在块中写数据，并使数据已写入的块统一变为有效；

块管理单元，对应于操作处理单元所执行的操作处理来管理块的状态。

2、如权利要求1所述的设备，其中，非易失性存储器中的块包括：

存储指示块的状态的块映射的映射块；

当事务被执行时分配的事务块；

已写入提交的稳定数据的数据块；

不包含有效数据的无用块。

3、如权利要求2所述的设备，其中，当执行写操作时，操作处理单元将无用块分配给事务块。

4、如权利要求3所述的设备，其中，当请求提交时，操作处理单元将数据写入事务块中并将事务块统一转变为数据块。

5、如权利要求3所述的设备，其中，当在事务块中写数据时，如果出现用户停止操作、发生电源中断和提交没有被请求这三种情况中的至少一种，则操作处理单元将事务块转变为无用块。

6、如权利要求2所述的设备，其中：

块管理单元管理包括在非易失性存储器中的所有块的块映射；

块映射包括每一块的块状态信息、删除次数和寿命中的至少一个。

7、如权利要求6所述的设备，其中，块状态信息指示每一块对应于映射块、事务块、数据块和无用块中的哪一种块。

8、如权利要求6所述的设备，其中，块管理单元创建映射表，该映射表指示对应于逻辑扇区号的稳定页和不稳定页。

9、如权利要求8所述的设备，其中，稳定页包括在数据块中。

10、如权利要求8所述的设备，其中，不稳定页包括在事务块中。

11、一种处理非易失性存储器的数据的方法，该方法包括：

由用户输入对具有多个块的非易失性存储器的写操作请求；

在块中写数据，并使数据已写入的块统一变为有效；

对应于操作处理管理块的状态。

12、如权利要求11所述的方法，其中，非易失性存储器中的块包括：

存储指示块的状态的块映射的映射块；

当事务被执行时分配的事务块；

已写入提交的稳定数据的数据块；

不包含有效数据的无用块。

13、如权利要求12所述的方法，其中，使块统一变为有效的步骤包括：当执行写时，将无用块分配给事务块。

14、如权利要求13所述的方法，其中，使块统一变为有效的步骤包括：当请求提交时，将数据写入事务块中并将事务块统一转变为数据块。

15、如权利要求13所述的方法，其中，使块统一变为有效的步骤包括：当在事务块中写数据时，如果出现用户停止操作、发生电源中断和提交没有被请求这三种情况中的至少一种，则将事务块转变为无用块。

16、如权利要求12所述的方法，其中：

管理块的步骤包括管理包括在非易失性存储器中的所有块的块映射；

17、如权利要求16所述的方法，其中，块状态信息指示每一块对应于映射块、事务块、数据块和无用块中的哪一种块。

18、如权利要求16所述的方法，其中，管理块的步骤包括创建映射表，该映射表指示对应于逻辑扇区号的稳定页和不稳定页。

19、如权利要求18所述的方法，其中，稳定页包括在数据块中。

20、如权利要求18所述的方法，其中，不稳定页包括在事务块中。