CN101499316B - 快闪存储器区块管理方法及使用此方法的控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种区块管理方法，此方法包括在快闪存储器中划分多个区块编程单元并且记录每一区块编程单元所映射的区块，其中每一区块编程单元映射至少两个区块。此方法还包括依据区块的状态来分别地判断区块编程单元的可用状态，并且记录区块编程单元中良好的区块。此方法还包括提供区块编程单元中良好的区块以用于写入资料。由此，充分利用快闪存储器的区块。

Description

快闪存储器区块管理方法及使用此方法的控制器

技术领域

本发明是有关于一种区块管理方法，且特别是有关于一种用于快闪存储器的区块管理方法及其控制器。

背景技术

数码相机、手机相机与MP3在这几年来的成长十分迅速，使得消费者对储存媒体的需求也急速增加，由于快闪存储器(Flash Memory)具有资料非挥发性、省电、体积小与无机械结构等的特性，适合可携式应用，最适合使用于这类可携式由电池供电的产品上。除了可携式产品内建存储器需要之外，对于小型存储卡与随身碟等外接式产品来说，每个人可能同时拥有多个随身碟与小型存储卡，所以市场规模较那些设备更大。因此，近年快闪存储器产业成为电子产业中相当热门的一环。

快闪存储器通常会分割为多个物理区块(physical block)，为方便说明以下将实体区块简称为区块。一般而言，在快闪存储器中区块为抹除的最小单位。亦即，每一区块含有最小数目的一并被抹除的存储单元。每一区块通常会分割为数个页(page)。页通常为编程(program)的最小单元，换言之，页为写入资料或读取资料的最小单元。但要特别说明的是于有些不同的快闪存储器设计，最小的编程单位也可为一个扇区(sector)大小，即一页中有多个扇区并以一扇区为编程的最小单元，例如使用编程次数(number of program，NOP)为4的技术的SLC NAND快闪存储器。

随着快闪存储器的容量越来越大，并且使用者所储存的多媒体档案越来越大，因此目前已发展出在快闪存储器中以多个区块为一区块编程单元(programmed block unit)来进行编程的技术。此项技术的优点是可提高快闪存储器写入的效率，并且以多区块为单位来使用快闪存储器可简化区块管理的复杂度。然而，在上述以多区块为单位来使用快闪存储器的技术中如果当一个区 块编程单元中的部分区块损坏时，则会造成整个区块编程单元会被视为坏的区块编程单元而不会再被系统使用，此会造成快闪存储器中好的区块无法被充分利用的问题，因而造成储存容量上的浪费。

发明内容

本发明提供一种区块管理方法，其能够提供部分可用区块编程单元中良好的区块以供资料写入之用。

本发明提供一种控制器，其执行一种区块管理步骤，由此提供部分可用区块编程单元中良好的区块以供资料写入之用。

本发明提供一种区块管理方法，其将部分可用区块编程单元中良好的区块重新映射为可用区块编程单元，由此充分使用快闪存储器模组中良好的区块。

本发明提供一种控制器，执行一种区块管理步骤，其可将部分可用区块编程单元中良好的区块重新映射为可用区块编程单元，由此充分使用快闪存储器模组中良好的区块。

本发明提出一种区块管理方法，其适用于快闪存储器模组，此区块管理方法包括在快闪存储器模组的多个快闪存储器中划分多个区块编程单元并且记录每一区块编程单元所映射的区块，其中每一区块编程单元映射至少两个区块。此方法也包括依据区块的好坏状态来分别地判断区块编程单元的可用状态。此方法还包括记录区块编程单元中良好的区块，以及依据上述记录提供区块编程单元中良好的区块以用于写入资料。

在本发明的一实施例中，上述的方法还包括当区块编程单元的区块都为良好时则标记区块编程单元为可用区块编程单元，以及当区块编程单元的区块为部分良好时则标记区块编程单元为部分可用区块编程单元。

在本发明的一实施例中，上述的区块管理方法还包括将部份可用编程单元中良好的区块分别地映射至区块编程单元以用于写入资料。

在本发明的一实施例中，上述的区块管理方法还包括将所述多个部份可用编程单元中良好的区块以每一区块编程单元所设计的区块数目为单位映射至一区块编程单元以用于写入资料。

在本发明的区块管理方法中，上述的记录每一区块编程单元所映射的区块 是在可用区块编程单元表中记录，并且标记区块编程单元的可用状态是以多个标志分别地标记在可用区块编程单元表中。

在本发明的区块管理方法中，上述的记录部分可用区块编程单元中良好的区块是在部分可用区块表中记录部分可用区块编程单元中良好的区块。

在本发明的一实施例中，上述的区块管理方法还包括将可用区块编程单元表与部分可用区块表储存在快闪存储器的系统区块中。

本发明提出一种快闪存储器控制器，其适用于具有快闪存储器模组的储存装置，此快闪存储器控制器包括微处理单元、快闪存储器接口、缓冲存储器以及存储器管理模组。微处理单元控制快闪存储器控制器的整体运作。快闪存储器接口用以存取快闪存储器模组。缓冲存储器用以暂时地储存资料。存储器管理模组用以管理快闪存储器模组，其中存储器管理模组会在快闪存储器模组的多个快闪存储器中划分多个区块编程单元并且记录每一区块编程单元所映射的区块，其中每一区块编程单元映射至少两个区块。此外，存储器管理模组会依据区块的好坏状态来分别地判断区块编程单元的可用状态，并且存储器管理模组会记录区块编程单元中良好的区块以及当主机写入资料时存储器管理模组会依据上述记录提供区块编程单元中良好的区块来写入资料。

在本发明的快闪存储器控制器中，上述的存储器管理模组会在判断区块编程单元的区块都为良好时标记区块编程单元为可用区块编程单元，以及判断区块编程单元的区块为部分良好时标记区块编程单元为部分可用区块编程单元。

在本发明的快闪存储器控制器中，上述的存储器管理模组会将部份可用编程单元中良好的区块分别地映射至区块编程单元以用于写入资料。

在本发明的快闪存储器控制器中，上述的存储器管理模组会将部份可用编程单元中良好的区块以以每一区块编程单元所设计的区块数目为单位映射至区块编程单元以用于写入资料。

在本发明的快闪存储器控制器中，上述的存储器管理模组是在一可用区块编程单元表中记录每一区块编程单元所映射的区块，并且存储器管理模组在可用区块编程单元表中以多个标志分别地标记区块编程单元的可用状态。

在本发明的快闪存储器控制器中，上述的存储器管理模组是在部分可用区块表中记录部分可用区块编程单元中良好的区块。

在本发明的快闪存储器控制器中，上述的存储器管理模组还包括将可用区块编程单元表与部分可用区块表储存在快闪存储器的系统区块中。

在本发明的快闪存储器控制器中，上述的快闪存储器为单层存储单元(Single Level Cell，SLC)NAND快闪存储器或多层存储单元(Multi Level Cell，MLC)NAND快闪存储器。

在本发明的快闪存储器控制器中，上述的储存装置为USB随身碟、快闪存储卡或固态硬盘。

本发明因采用可用区块编程单元表与部分可用区块表来记录部分可用区块编程单元的仍可使用区块，因此可使快闪存储器储存装置充分使用仍可使用的区块，由此避免储存容量上的浪费。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1是根据本发明第一实施例绘示快闪存储器储存装置的概要方块图。

图2是根据本发明第一实施例绘示区块管理程序的流程图。

图3A是绘示快闪存储器模组中区块损坏的范例。

图3B是绘示可用区块编程单元表的范例。

图3C是绘示部分可用区块表的范例。

图4是根据本发明第二实施例绘示区块管理程序的流程图。

图5是绘示更新后的可用区块编程单元表的范例。

主要元件符号说明：

100：快闪存储器储存装置

110：控制器

110a：微处理器

110b：存储器管理模组

110c：快闪存储器接口

110d：缓冲存储器

120：资料传输接口

130：快闪存储器模组

132：快闪存储器

132-0、132-1、132-(n-1)、132-n：

134：快闪存储器

134-0、134-1、134-(n-1)、134-n：区块

136-0、136-1、136-(n-1)、136-n：区块编程单元

302：可用区块编程单元表

304：部分可用区块表

S201、S203、S203-1、S203-2、S203-3、S203-4、S204：区块管理程序的步骤

S401、S403、S403-1、S403-2、S403-3、S403-4、S404、S405：区块管理程序的步骤

具体实施方式

在本发明中主是在以多个区块为单位(即区块编程单元包括多个区块)来写入快闪存储器的架构中当判断出损坏的区块编程单元为部分可用时记录此损坏的区块编程单元中良好的区块，以提供系统能够使用此区块编程单元中良好的区块。由此，充分使用快闪存储器中的区块以避免造成无谓的浪费。以下将以范例实施例并配合图式详细说明本发明。

第一实施例

图1是根据本发明第一实施例绘示快闪存储器储存装置的概要方块图。请参照图1，快闪存储器储存装置100包括控制器110、资料传输接口120以及快闪存储器模组130。通常快闪存储器储存装置100会与主机200一起使用，以使主机200可将资料写入至快闪存储器储存装置100或从快闪存储器储存装置100中读取资料。在本实施例中，快闪存储器储存装置120为随身碟。但必须了解的是，在本发明另一实施例中快闪存储器储存装置120还可以是存储卡或固态硬盘(Solid State Drive，SSD)。

控制器110会控制快闪存储器储存装置100的整体运作，例如资料的储存、 读取与抹除等。控制器110包括微处理单元110a、存储器管理模组110b、快闪存储器接口110c与缓冲存储器110d。

微处理单元110a会控制控制器110的整体运作。

存储器管理模组110b是电性连接至微处理单元110a。存储器管理模组110b会管理快闪存储器130，例如执行平均磨损(wear leveling)方法、坏区块管理、维护映射表(mapping table)等。特别是，在本发明实施例中，存储器管理模组110b会执行根据本实施例的区块管理程序(如图2所示)。

快闪存储器接口110c是电性连接至微处理单元110a并且用以存取快闪存储器130。也就是，主机200欲写入至快闪存储器130的资料会经由快闪存储器接口110c转换为快闪存储器130所能接受的格式。

缓冲存储器110d用以暂时地储存系统资料(例如逻辑物理映射表)或者主机200所读取或写入的资料。在本实施例中，缓冲存储器110d为静态随机存取存储器(static random access memory，SRAM)。然而，必须了解的是，本发明不限于此，动态随机存取存储器(Dynamic Random Access memory，DRAM)、磁阻式存储器(Magnetoresistive Random Access Memory，MRAM)、相变化存储器(Phase Change Random Access Memory，PRAM)或其他适合的存储器也可应用于本发明。

此外，虽未绘示于本实施例，但控制器110可还包括错误校正模组与电源管理模组等一般快闪存储器常见的功能模组。

快闪存储器模组130是电性连接控制器110并且用以储存资料。在本实施中快闪存储器模组130为两个MLC NAND快闪存储器132与134所组成。然而，本发明不限于此，在本发明另一实施例中，快闪存储器模组130可包括两个以上的MLC NAND快闪存储器。此外，快闪存储器模组130也可为多个SLCNAND快闪存储器所组成，或者为至少一个SLC NAND快闪存储器与至少一个MLC NAND快闪存储器所组成。

快闪存储器132包括多个区块132-0至132-n，并且快闪存储器134包括多个区块134-0至134-n。如上所述，由于技术上快闪存储器的抹除单位为区块，因此一般是以区块为单位来进行快闪存储器的管理。然而，由于随着快闪存储器的容量越来越大，并且使用者所储存的多媒体档案越来越大，因此在本实施 例中是以包括多个区块的区块编程单元(block program unit)来进行编程与管理。

具体来说，存储器管理模组110b会将快闪存储器模组130中区块132-0与区块134-0、区块132-1与区块134-1、...、区块132-(n-1)与区块134-(n-1)以及区块132-n与区块134-n分别地视为区块编程单元136-0～136-n。例如，当控制器110对快闪存储器模组130的编程区块编程单元136-0执行写入指令时，会以交错(interleave)或平行(parallel)方式将资料写入至区块132-0与区块134-0中，其中使用交错(interleave)或平行(parallel)方式将资料写入至快闪存储器模组的不同区块中为此领域孰知技艺者所了解的一般技术，在此不再详细描述。

值得一提的是，在规划区块编程单元时不限于本实施所述依据快闪存储器中区块位址的顺序来一对一映射。例如，在本发明另一实施例中，区块132-0可与区块134-1规划为一区块编程单元、区块132-1可与区块134-0规划为一区块编程单元...等。

在根据本实施例的快闪存储器储存装置的架构中，控制110的存储器管理模组110b会执行根据本实施例的区块管理程序以避免区块编程单元因其内部某一区块损坏而无法使用时造成其他可用区块的浪费。

图2是根据本发明第一实施例绘示区块管理程序的流程图。图3A是绘示快闪存储器模组130区块损坏的范例。

请参照图2与图3A，当对快闪存储器装置100的快闪存储器模组130初始化时，首先在步骤S201中会依据快闪存储器模组130的设计在快闪存储器模组130的快闪存储器中划分多个区块编程单元并且记录每一区块编程单元所映射区块的信息。例如，快闪存储器模组130是由两个MLC NAND快闪存储器132与134所组成，因此如前所述每一区块编程单元会包括两个区块，并且此一信息会记录在可用区块编程单元表(如图3B所示)中。

图3B是绘示可用区块编程单元表的范例。请参照图3B，在可用区块编程单元表302中映射区块栏会记录区块编程单元栏中所记录的区块编程单元映射的区块。例如，在可用区块编程单元表302中记录区块编程单元136-0是映射区块132-0与区块134-0。

在步骤S203中会判断与记录每一区块编程单元的好坏状态，并且记录区块编程单元中良好的区块。具体来说，在步骤S203-1中会依据区块编程单元所映射区块的好坏状态来分别地判断每一区块编程单元是否可用。倘若在步骤S203-1中判断区块编程单元的区块都为良好时，则在步骤S203-2中会标记此区块编程单元为可用区块编程单元，当区块编程单元的区块为部分良好时则在步骤S203-3中会标记此区块编程单元为部分可用区块编程单元，其中所谓部分良好是指在区块编程单元中部分区块为良好而部分区块为损坏。

例如，以图3A为例，除了区块132-(n-1)与区块132-n为损坏区块，其余为正常区块。因此，当执行步骤S203-1～S203-3时会判断出区块编程单元136-1～136-(n-2)为可用区块编程单元且在可用区块编程单元表302的可用标志栏位中标记为1的标志，并且区块编程单元136-(n-1)与136-n为部分可使用区块编程单元且在可用区块编程单元表302的标志栏位中标记为0的标志。当然，在本发明一实施例中还可以标志1代表皆为损坏，以标志0代表部份可用，无标示则代表该区块编程单元可正常使用，或者也可只特别标示该部份可用的区块编程单元，而坏块的部份，由一坏块管理单元(未绘示)另做管理。换言的，此标志标示的规则不可以本实施例所揭露者为限。值得一提的是，在检查存储器区块时可能会发现区块编程单元中所有区块皆为损坏，此时此一区块编程单元将不会记录在可用区块编程单元表302中以避免被主机写入。换言之，当主机200欲写入资料至快闪存储器装置100时，控制器110的存储器管理模组110b会参考可用区块编程单元表302以提供正常可写入的区块编程单元。

之后，在步骤S203-4中会记录在部分可用区块编程单元中良好的区块，并且将部份可用编程单元中良好的区块分别地映射至一区块编程单元以用于写入资料。例如，在部分可用区块表304中记录部分可用区块编程单元中良好的区块。图3C是绘示部分可用区块表304的范例。请参照图3C，接续图3A与3B的范例，由于在图3B中已标示出区块编程单元136-(n-1)与136-n为部分可用区块编程单元，因此在部分可用区块表304的可用区块栏位中会分别地记录在区块编程单元136-(n-1)与136-n中可正常使用的区块分别为区块134-(n-1)与区块134-n。

最后，在步骤S204中会判断是否还有待判断的区块编程单元。倘若仍有 待判断的区块编程单元时会再执行步骤S203直到所有区块编程单元都判断完成为止。

值得一提的是，可用区块编程单元表302与部分可用区块表304可于快闪存储器储存装置100欲终止运作时储存于非挥发存储器上，以供快闪存储器储存装置100下次运作时使用。例如，可用区块编程单元表302与部分可用区块表304可储存在快闪存储器模组130的系统区块(未绘示)中，一般来说快闪存储器模组的系统区块是用以储存快闪存储器储存装置的系统资料(例如，逻辑物理映射表、固件码等)的区块。基此，上述逐一判断的过程仅需于快闪存储器模组初始化时进行，并且之后如果于快闪存储器储存装置100运作时发现损坏区块时，仅需于可用区块编程单元表302与部分可用区块表304中直接更新。

基此，在使用包括多个区块的区块编程单元(block program unit)来进行编程与管理的快闪存储器储存装置架构中使用根据本实施例的区块管理方法下，当主机100欲写入资料时，存储器管理模组110b可依据可用区块编程单元表302与部分可用区块表304提供正常可使用的区块给主机100写入资料。例如，当主机100欲写入资料时，则存储器管理模组110b可依据可用区块编程单元表302与部分可用区块表304得知区块编程单元136-0～136-(n-1)为正常容量，且区块编程单元136-(n-1)与136-n分别仅可提供区块134-(n-1)与134-n的容量，由此在快闪存储器模组130中写入主机100欲写入的资料。

综合上述，本实施例可在使用包括多个区块的区块编程单元(programmedblock unit)来进行编程与管理的快闪存储器储存装置架构中使用部分可用区块编程单元中仍为良好的区块，由此充分使用快闪存储器模组中良好的区块，而避免储存容量上的浪费。

第二实施例

在第一实施例中是以较小容量方式来使用部分可使用区块编程单元。相较于第一实施例，在本实施例中则是调整可用区块编程单元表将部分可用的区块重新映射为完整的区块编程单元来达成充分使用快闪存储器模组中良好的区块的目的。以下将配合图式详细说明本实施例。

本实施例的硬件架构是相同于第一实施例(如图1)，在此不再重复说明。图4是根据本发明第二实施例绘示区块管理程序的流程图。

请参照图4，步骤S401～S404是相同于第一实施例的步骤S201～S204，在此不再重复说明。在步骤S405中会以每一区块编程单元所设计的区块数目为单位来重新映射在前述步骤中所判断在部分可用区块编程单元中良好的区块以作为完整可用的区块编程单元以提供主机200写入资料。

图5是绘示更新后的可用区块编程单元表的范例。例如，接续图3A～3C的例子，在记录部分可用区块编程单元中良好的区块之后，本实施例在步骤S407中会依据部分可用区块表304将可正常使用的区块134-(n-1)与134-n重新映射为区块编程单元136-(n-1)，并且将图3的可用区块编程单元表302更新为图5所示的可用区块编程单元表302’，并把区块编程单元136-(n-1)的标志栏位更新为1。

基此，在使用包括多个区块的区块编程单元(block program unit)来进行编程与管理的快闪存储器储存装置架构中使用根据本实施例的区块管理方法下，当主机100欲写入资料时，存储器管理模组110b可依据可用区块编程单元表302提供正常可使用的区块编程单元给主机100写入资料。例如，当主机100欲写入资料时，则存储器管理模组110b可依据可用区块编程单元表302提供区块136-1与136-(n-1)的容量来写入主机100欲写入的资料。

综上所述，本发明提供一种使用可用区块编程单元表与部分可用区块表来管理区块编程单元的方法，由此可在使用包括多个区块的区块编程单元(blockprogram unit)来进行编程与抹除的快闪存储器储存装置架构中使用部分可用区块编程单元中仍为良好的区块，由此充分使用快闪存储器模组中良好的区块，而避免储存容量上的浪费。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (13)

1.一种区块管理方法，其适用于一快闪存储器模组，该快闪存储器模组具有多个快闪存储器，每一所述多个快闪存储器具有多个区块，该区块管理方法包括：

将所述多个快闪存储器划分多个区块编程单元并且记录每一区块编程单元所映射的区块，其中每一区块编程单元映射至少两个区块并且该快闪存储器模组是以每一区块编程单元为单位来管理；

依据所述多个区块的好坏状态来分别地判断所述多个区块编程单元的可用状态；

记录所述多个区块编程单元中良好的实体区块地址；以及

依据该记录提供所述多个区块编程单元以用于写入资料。

2.如权利要求1所述的区块管理方法，其特征在于，还包括当所述多个区块编程单元的区块都为良好时则标记所述多个区块编程单元为可用区块编程单元，以及当所述多个区块编程单元的区块为部分良好时则标记所述多个区块编程单元为部分可用区块编程单元。

3.如权利要求2所述的区块管理方法，其特征在于，还包括将所述多个部份可用编程单元中良好的区块分别地映射至一区块编程单元以用于写入资料。

4.如权利要求2所述的区块管理方法，其特征在于，还包括将所述多个部份可用编程单元中良好的区块以每一区块编程单元所设计的区块数目为单位映射至一区块编程单元以用于写入资料。

5.如权利要求2所述的区块管理方法，其特征在于，记录每一区块编程单元所映射的区块是在一可用区块编程单元表中记录，并且标记所述多个区块编程单元的可用状态是以多个标志分别地标记在该可用区块编程单元表中。

6.如权利要求5所述的区块管理方法，其特征在于，记录所述多个部分可用区块编程单元中良好的区块是在一部分可用区块表中记录所述多个部分可用区块编程单元中良好的区块。

7.如权利要求6所述的区块管理方法，其特征在于，还包括将该可用区块编程单元表与该部分可用区块表储存在所述多个快闪存储器的系统区块中。

8.一种快闪存储器控制器，其适用于具有一快闪存储器模组的一储存装置，该快闪存储器模组具有多个快闪存储器，每一所述多个快闪存储器具有多个区块，该快闪存储器控制器包括：

一微处理单元，控制该快闪存储器控制器的整体运作；

一快闪存储器接口，存取该快闪存储器模组；

一缓冲存储器，暂时地储存资料；以及

一存储器管理模组，管理该快闪存储器模组，

其中该存储器管理模组会将所述多个快闪存储器的所述多个区块划分为多个区块编程单元并且记录每一区块编程单元所映射的区块，其中每一区块编程单元映射至少两个区块，

该存储器管理模组会依据所述多个区块的好坏状态来分别地判断所述多个区块编程单元的可用状态，将所述多个区块编程单元之中的一部分区块编程单元标记为多个可用区块编程单元并且将所述多个区块编程单元之中的一部分区块编程单元被标记为多个部分可用区块编程单元，

该存储器管理模组会记录所述多个部分可用区块编程单元中良好的区块，并且将所述多个部分可用区块编程单元之中的至少两个部分可用区块编程单元中良好的区块重新映射成一个新的可用区块编程单元，以及

当一主机写入资料时该存储器管理模组会使用所述多个区块编程单元来写入该资料。

9.如权利要求8所述的快闪存储器控制器，其特征在于，该存储器管理模组是在一可用区块编程单元表中记录每一区块编程单元所映射的区块，并且该存储器管理模组在该可用区块编程单元表中以多个标志分别地标记所述多个区块编程单元的可用状态。

10.如权利要求9所述的快闪存储器控制器，其特征在于，该存储器管理模组是在一部分可用区块表中记录所述多个部分可用区块编程单元中良好的区块。

11.如权利要求10所述的区块管理方法，其特征在于，该存储器管理模组还包括将该可用区块编程单元表与该部分可用区块表储存在所述多个快闪存储器的系统区块中。

12.如权利要求8所述的快闪存储器控制器，其特征在于，所述多个快闪存储器为单层存储单元NAND快闪存储器或多层存储单元NAND快闪存储器。

13.如权利要求8所述的快闪存储器控制器，其特征在于，该储存装置为一USB随身碟、一快闪存储卡或一固态硬盘。

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