CN101604291B - 增进多级单元非挥发性内存的数据存取可靠度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种增进多级单元非挥发性内存的数据存取可靠度的方法，先依照各种多级单元非挥发性内存的储存结构的不同，取得复数个数据储存区块以做为主机数据的存取，再根据一页跳接器(page jumper)的跳接，在选取至少一组对应到同一储存单元(Storage Cell)的实体页的数据储存页时，跳过其它对应到属于同一储存单元的实体页的数据储存页，并将所选取的数据储存页存取于至少一个数据储存区块内，使减少闪存区块被抹除的频率，以延长多级单元非挥发性内存的使用寿命，并在不正常断电时，确保完整的存取数据。

Description

增进多级单元非挥发性内存的数据存取可靠度的方法

技术领域

本发明涉及一种增进数据存取可靠度的方法，尤其涉及一种增进多级单元非挥发性内存的数据存取可靠度的方法。

背景技术

NAND闪存具有低写入和擦除时间、高密度(高存放空间)和低制造成本的特性，由于它的I/O接口只允许连续读取，所以并不适合计算机内存，但是却很适合应用在储存卡上。而目前NAND闪存除了在储存卡被大量应用外，手机、MP3播放器、数字多媒体播放器也已大量使用，作为存放多媒体档案的媒介之一。

NAND闪存分为单级单元(Single Level Cell，SLC)与多级单元(Multi LevelCell，MLC)两种储存结构。在使用单元的方式上，SLC闪存装置与EEPROM相同，但在浮置栅极(Floating gate)与源极(Source)之中的氧化薄膜更薄。而SLC闪存装置的数据写入是通过对浮栅的电荷加电压，经过源极将所储存的电荷消除。通过这样的方式，以储存一个信息位(1代表消除，0代表写入)。而MLC闪存则是在浮栅中使用不同程度的电荷，因此能在单一晶体管(transistor)中储存多个位的信息，并通过单元的写入与感应的控制，在单一晶体管中产生多层状态。

以4LC闪存为例，一个单元(Cell)包含两个位(bit)，小的称为最低有效位(Least Significant Bit，LSB)，大的称为最高有效位(Most Significant Bit，MSB)，可产生4层状态(00、01、11、10)，以写入区块内的不同页(page)内。其中，如图6所示，每个单元(Y0，Y1，Y2...)的两位(LSB、MSB)分别写入区块(block)的LSB页和MSB页内。当程序化(program)LSB页的Y0位时，单元的电压层(voltage level)会改变，并影响到MSB页的Y0位。同样的，程序化MSB页的Y0位时，LSB页的Y0位也会改变。

存取数据的过程，主机由LSB页开始，再经过MSB页持续写入。而在写入MSB页时，如果因不正常插拔或电池没电等现象所造成的不正常断电，将使得MSB页与原先写入LSB页的数据同时损坏。此种问题或许对于90纳米(nm)加工的NAND闪存会产生较小的影响，但随着加工的微缩，如图7A所示，70纳米加工结构的LSB页的页0及页1写入后，紧接着写入MSB页的页2和页3；或如图7B所示，在50纳米加工结构下，写入LSB的页0、页1、页2及和页3后，紧接着写入MSB的页4、页5、页6及和页7。如此一来，在50纳米加工结构中，页0至页3之间的数据相似度，或页4至页7之间的数据相似度常会有很大的不同，甚至存在不同的档案，一旦产生不正常断电时，容易造成难以补救的损失。

对于SLC及MLC闪存而言，同样容量的单元要储存1位与储存多位的稳定度和复杂度不同，SLC闪存比MLC闪存稳定，且SLC闪存写入速度较快。虽然具有多位的MLC闪存可提高储存容量，但由于先天物理极限，在理论上，SLC写入次数为每一区块(Block)十万次，比起写入次数仅一万次的MLC技术，其使用寿命多十倍，也即MLC闪存的寿命比以SLC制成的闪存短。

现有技术并不能提供一种方法，使不仅能减少闪存区块抹除的频率，以延长多级单元非挥发性内存的使用寿命，且可确保数据存取的完整。

发明内容

本发明的主要目的在提供一种增进多级单元非挥发性内存的数据存取可靠度的方法，通过以一页跳接器在跳过其它对应到属于同一储存单元的实体页的数据储存页时，选取至少一组对应到同一储存单元的实体页的数据储存页，以存取于至少一个数据储存区块内的步骤，能减少数据储存区块抹除的频率，以延长多级单元非挥发性内存的使用寿命。

本发明的次要目的在提供一种增进多级单元非挥发性内存的数据存取可靠度的方法，通过使用数个数据储存区块以分别存取主机所传输数据的步骤，能在不正常断电时，避免因多级单元非挥发性内存的存取特性而造成正在存取的数据与原先存取数据同时损坏，而可确保数据存取的完整。

为达上述发明的目的，本发明提供的增进多级单元非挥发性内存的数据存取可靠度的方法，一个数据储存区块包括复数个数据储存页，包括下列步骤：a.根据所述多级单元非挥发性内存，取得复数个数据储存区块以存取主机数据；以及b.提供一页跳接器(page jumper)，根据所述页跳接器的跳接，在选取至少一组对应到同一储存单元(Storage Cell)的实体页(physical page)的数据储存页时，跳过其它对应到属于同一储存单元的实体页的数据储存页，以存取数据于至少一个数据储存区块内。

实施时，根据所述页跳接器的跳接，可选取至少一组对应到同一储存单元(Storage Cell)的实体页的数据储存页，以存取于至少一个数据储存区块内；并跳过其它对应到属于同一储存单元的实体页的数据储存页，使所述数据储存页不使用页跳接器以存取数据于另一数据储存区块内。

实施时，本发明所述方法还包括以下步骤：将所述页跳接器所进行存取的数据储存区块合并于一空白区块(Clean Block)内，使构成不具有页跳接的储存容量的数据储存区块，并将所述复数个数据暂存区块内的数据抹除。

实施时，也可使用页跳接器所进行存取的数据储存区块做为主机正在存取的数据储存区块的数据备份区块，并在数据验证无误后，将数据备份区块内的数据抹除。

本发明还提供了一种增进多级单元非挥发性内存的数据存取可靠度的方法，使用于主机对数据储存区块的数据存取过程中，一个数据储存区块包括复数个数据储存页，所述方法包括：

a.根据所述多级单元非挥发性内存，取得复数个数据储存区块以存取主机数据；以及

b.提供一页跳接器，根据所述页跳接器的跳接，选取至少一组对应到同一储存单元的实体页的数据储存页，以存取数据于至少一个数据储存区块内；并跳过其它对应到属于同一储存单元的实体页的数据储存页，使对应所述储存单元的各数据储存页不使用页跳接器，以存取数据于另一数据储存区块内。

与现有技术相比，本发明提供的增进多级单元非挥发性内存的数据存取可靠度的方法，不仅能减少闪存区块抹除的频率，以延长多级单元非挥发性内存的使用寿命，且可确保数据存取的完整

附图说明

图1是本发明所述的方法的实施例的流程图；

图2是本发明所述的方法的实施例的方块示意图；

图3是本发明所述的方法的实施例的数据储存时的动作示意图；

图4是本发明所述的方法的页跳接器保留一旁道路线时的方块示意图；

图5是本发明所述的方法的另一实施例的方块示意图；

图6是4LC闪存的数据储存架构的示意图；

图7A是4LC闪存于70纳米加工时的数据储存架构示意图；

图7B是4LC闪存于50纳米加工时的数据储存架构示意图；

图8是现有8LC闪存的数据储存架构的示意图。

附图标记说明：数据暂存区块-10、11、12；数据储存区块-14、15、16。

具体实施方式

本发明的上述目的及其结构与功能上的特性，将依据附图所示的优选实施例予以说明。

如同本领域普通技术人员所了解的，任一多级单元非挥发性内存，由复数个多级(Multi-Level)储存单元(Storage Cell)以数组的方式组合而成，任一储存单元储存有n个位，且所述MLC(多级单元)非挥发性内存区分有复数个数据储存区块(block)，每一个数据储存区块再区分为复数个数据储存页(Page)。所述数据储存区块是执行数据抹除的最小单位，而所述数据储存页是执行数据编程(Program)的最小单位。

以8LC(Level Cell)非挥发性内存为例，一般而言，如图8所示，所述MLC非挥发性内存的任一储存单元(Y0、Y1...)都储存有3个位(0、1、2位)。在主机存取数据时，通过映射器(mapper)将一逻辑地址映射3个实体地址(0，1，2bit)，使一逻辑页映射3个实体页，并使各储存单元的0、1、2位分别组成一第0阶位页(the 0th order bit page)、第1阶位页(the 1th order bit page)及第2阶位页(the 2th order bit page)。其中，所述8LC非挥发性内存的每一数据储存区块都包括48页，如同本领域普通技术人员所知，所述的数据储存区块也可包括任意数量的页，所述页的数量取决于所述非挥发性内存的大小。

请参阅图1，其为本发明所述的增进多级单元(Multi Level Cell，MLC)非挥发性内存的数据存取可靠度的方法的优选实施例，供使用在主机对数据储存区块(block)的数据存取过程中。该方法包括下列步骤：

a.根据所述多级单元非挥发性内存，取得复数个数据储存区块以作为主机数据的存取；以及

b.提供一页跳接器(page jumper)，根据所述页跳接器的跳接，在跳过其它对应到属于同一储存单元的实体页的数据储存页时，选取至少一组对应到同一储存单元(Storage Cell)的实体页(physical page)的数据储存页，以存取在至少一个数据储存区块内。

请参阅图2，是本实施例的方块图，其中，所述页跳接器使用在页映射器(pages mapper)之前，在逻辑页映射实体页(logical to physical page mapping)时，供选取至少一组对应到同一储存单元的实体页的数据储存页，以存取于至少一个数据储存区块内，使复数个使用页跳接器所进行存取的数据储存区块，作为主机正在存取的逻辑(Logical)数据区块的数据暂存区块。其中，在主机对MLC非挥发性内存的数据储存区块的数据存取过程中，所述数据储存区块的页是实质的连续。也即如同本领域普通技术人员所理解的，所述数据存取区块内的数据以页地址(page address)由小到大的排列方式，进行数据储存页(Page)的数据编程(Program)。

请同时参阅图2、图3，以8LC非挥发性内存为例加以说明，其中，如本发明的步骤a，取得3个数据储存区块以作为主机数据的数据暂存区块(10、11、12)；而在步骤b中，所述页跳接器选取仅映射到同一储存单元的3个位中的0位所组成的第0阶位页(the 0th order bit page)，以分别储存在所述3个数据暂存区块(10、11、12)内，而当主机将全部48pages的数据写完，并更换所进行存取的数据储存区块之后，再寻找适当的时机，将复数个数据暂存区块(10、11、12)内的数据合并在一空白区块(Clean Block)13内，使构成一不具有页跳接的数据储存区块后，重新再映射指向，同时将复数个数据暂存区块(10、11、12)内的数据抹除。实施时，所述多个数据暂存区块(10、11、12)是空白区块，也可为已储存有数据的区块；而所述的页跳接器也可同时选取并储存，映射到同一储存单元的0位和1位所分别组成的第0阶位页(the 0th order bit page)和第1阶位页(the 1th order bit page)。

实施时，本发明也可适用于各种不同的MLC非挥发性内存。以4LC非挥发性内存为例，任一储存单元储存2个位，而所述页跳接器则是仅选取2个位中的最低位(LSB，Least Significant Bit)所组成的LSB页，而不选用最高位(MSB，Most Significant Bit)所组成的MSB页。

因此，通过上述页跳接器的选取步骤，可增加主机数据写入的速度，但在数据储存区块的容量较小。而如图4所示，在页跳接器选取至少一组映射到同一储存单元的实体页的数据储存页，以存取于至少一个数据储存区块内时，同时保留一旁道(bypass)路线，所述旁道路线同时映射到第0阶位页、第1阶位页和第2阶位页。当所述页跳接器不选取所述旁道路线，也即跳过同时映射到第0阶位页、第1阶位页和第2阶位页的数据储存页时，即可使所述数据储存页不使用页跳接器以存取主机数据于另一数据储存区块内，以呈现原数据储存区块的容量。

请参阅图5，是本发明的另一实施例，其中，使用页跳接器所进行存取的数据储存区块，作为主机正在存取的数据区块的数据备份区块(Data BackupBlock)。以8LC非挥发性内存为例，当主机正在以页地址由小到大的排列方式进行数据储存页的数据编程时，取三个数据储存区块(14、15、16)，其中一数据储存区块14包括所有主机正在连续存取的第0阶位页、第1阶位页和第2阶位页的数据，而另外两个数据储存区块(15、16)是经过页跳接器的跳接，分别备份第0阶位页和第1阶位页的数据。

藉此，当主机正在存取的数据储存区块14发生数据读取错误时，可以读取所述作为备份的数据储存区块(15、16)内的相对应的数据储存页，以取得正确的数据。而当主机更换所进行存取的数据储存区块之后，再寻适当时机，将此数据备份区块内的数据抹除。另外，当所述数据备份区块内的数据在抹除之前，先进行主机所进行存取的数据储存区块14的数据验证，以确保存取数据的正确。

因此，本发明具有以下的优点：

1、本发明所设的页跳接器是可选择性的选取程序化速度最快和可靠度最佳的第0阶位页或LSB页，并使常用的数据储存区块仅使用LSB页，使减少数据储存区块抹除的频率，以提升区块寿命，从而使多级单元非挥发性内存的使用寿命延长。

2、本发明可通过页跳接器的跳接，使主机所连续存取的数据分别储存在各暂存区块内，再合并为具数据完整性的数据储存区块。因此，在不正常断电时，可避免MLC非挥发性内存正在存取的数据与原先存取数据同时损坏，以确保数据存取的完整。

本发明提供的增进多级单元非挥发性内存的数据存取可靠度的方法，可达到发明的预期目的，提供一种不仅能减少闪存区块抹除的频率，以延长多级单元非挥发性内存的使用寿命，且可确保数据存取的完整的增进多级单元非挥发性内存的数据存取可靠度的方法。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离以下所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改，变化，或等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (14)

1.一种增进多级单元非挥发性内存的数据存取可靠度的方法，供使用于主机对数据储存区块的数据存取过程中，一个数据储存区块包括复数个数据储存页，其特征在于，所述方法包括：

a.根据所述多级单元非挥发性内存，取得复数个数据储存区块，以存取主机数据；

b.提供一页跳接器，根据所述页跳接器的跳接，在选取至少一组对应到同一储存单元的实体页的数据储存页时，跳过其它对应到属于同一储存单元的实体页的数据储存页，以将所述数据存取于至少一个数据储存区块内。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其还包括一步骤：将所述页跳接器所进行存取的数据储存区块，合并于一空白区块内，以构成不具有页跳接的储存容量的数据储存区块。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将使用所述页跳接器进行存取的数据储存区块，作为主机正在存取的数据储存区块的数据备份区块；当主机正在存取的数据储存区块发生数据读取错误时，读取所述数据备份区块的相对应的数据储存页，以取得正确的数据，而当主机更换所进行存取的数据储存区块之后，将所述数据备份区块内的数据抹除。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，其还包括一个步骤：在所述数据备份区块内的数据抹除之前，对主机所进行存取的数据储存区块的数据进行验证。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将复数个使用所述页跳接器进行存取的数据储存区块，作为主机正在存取的逻辑数据储存区块的数据暂存区块，当主机更换所进行存取的数据储存区块之后，将所述复数个数据暂存区块内的数据合并于一空白区块内，以构成一不具有页跳接的数据储存区块，并将所述复数个数据暂存区块内的数据抹除。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述数据存储区块内的数据以页地址由小到大的排列方式，进行数据储存页的数据编程。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多级单元包括复数个储存单元，任一储存单元储存n个位，所述页跳接器选取所述n个位中的最低位所组成的页。

8.一种增进多级单元非挥发性内存的数据存取可靠度的方法，使用于主机对数据储存区块的数据存取过程中，一个数据储存区块包括复数个数据储存页，其特征在于，所述方法包括：

a.根据所述多级单元非挥发性内存，取得复数个数据储存区块以存取主机数据；以及

b.提供一页跳接器，根据所述页跳接器的跳接，选取至少一组对应到同一储存单元的实体页的数据储存页，以存取数据于至少一个数据储存区块内；并跳过其它对应到属于同一储存单元的实体页的数据储存页，使对应所述储存单元的各数据储存页不使用页跳接器，以存取数据于另一数据储存区块内。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，其还包括一步骤：将页跳接器进行存取的数据储存区块合并于一空白区块内，以构成不具有页跳接的储存容量的数据储存区块。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，使用所述页跳接器进行存取的数据储存区块，作为主机正在存取的数据储存区块的数据备份区块，当主机正在存取的数据储存区块发生数据读取错误时，读取所述数据备份区块的相对应的数据储存页，以取得正确的数据；当主机更换所进行存取的数据储存区块之后，将所述数据备份区块内的数据抹除。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，其还包括一个步骤：在所述数据备份区块内的数据抹除之前，进行主机所进行存取的数据储存区块的数据验证。

12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，复数个使用所述页跳接器进行存取的数据储存区块，作为主机正在存取的逻辑数据储存区块的数据暂存区块，在主机更换所进行存取的数据储存区块之后，将所述复数个数据暂存区块内的数据合并于一空白区块内，以构成一不具有页跳接的数据储存区块，并将所述复数个数据暂存区块内的数据抹除。

13.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述数据存储区块内的数据以页地址由小到大的排列方式进行数据储存页的数据编程。

14.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述多级单元包括复数个储存单元，任一储存单元储存n个位，而所述页跳接器选取n个位中的最低位所组成的页。

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