CN101752008A - 固态储存媒体可靠度的测试方法 - Google Patents

Abstract

一种固态储存媒体可靠度的测试方法，固态储存媒体包含多个区块。首先，取得固态储存媒体的各区块的生命周期。测试上述区块的擦除数，并且判断该区块的擦除数是否大于一预定擦除数。将上述各区块中，擦除数大于预定擦除数的区块数加以累加，以产生问题区块数，并输出测试报告。

Description

固态储存媒体可靠度的测试方法

技术领域

本发明涉及一种测试方法，特别是涉及一种储存装置的测试方法。

背景技术

固态硬盘，例如由闪存构成，其产业市场正处于起飞阶段。闪存为一种非易失性可编程可擦除的存储储存装置。但是，闪存的生命周期受限于擦除次数的限制。因此，使用闪存构成的固态硬盘时，其系统的可靠度便显得十分重要。但是，可靠度的验证又需要依靠固态硬盘的使用者(client)端的测试工具来进行测试。

目前固态硬盘的可靠度测试并没有标准方法，而各厂商所使用的方法又无法全面性地测试出固态硬盘的可靠度。目前固态硬盘测试的技术中，例如利用擦除字节与写入字节的比值(erase bytes/write bytes ratio)，以表示耗损平均(wear leveling)的负担(overhead)，或者使用快取与热数据(hot data)时节省擦除的比例等。另外，判断擦除数(erase count)，亦即计算固态硬盘的擦除次数，也可做为可靠度的判断依据。另外，擦除数标准差与平均值的应用也是其中一种测试方法，其可以表示耗损平均的水平，亦即整体擦除数与发散程度。

此外，目前的测试方式大部分是以整个储存媒体为单位，因此其测试报告的解析度不高。若是能以区块为单位，则测试结果则更能具有可信赖性。另外，现有技术大部分仅以擦除数为基准，并未考虑其他因素，故难免会使测试结果产生误差。

发明内容

基于上述问题，本发明提出一种固态储存媒体的测试方法，以提高测试的可靠性与实用性。

因此，依据本发明一实施范例，提出一种固态储存媒体可靠度的测试方法，固态储存媒体包含多个区块。首先，取得固态储存媒体的各区块的生命周期。测试上述区块的擦除数，并且判断该区块的擦除数是否大于一预定擦除数。将上述各区块中，擦除数大于预定擦除数的区块数加以累加，以产生问题区块数，并输出测试报告。

另外，本发明还提出一种固态储存媒体可靠度的测试方法，固态储存媒体包含多个区块。首先，决定测试流程。通过一接口命令，由固态储存媒体向主机传送测试项目的数据。比较测试项目在测试前后的差异值，以输出一测试报告。测试项目可为各区块的擦除数、错误更正码耐度值与无效页等。

综上所述，本实施范例可以通过主机系统与固态储存媒体之间的接口命令，主动地从固态储存媒体取得各种测试项目的数据，以作成测试报告。各测试项目是以区块为单位，所以更能有效地显示出该固态储存媒体的测试报告的实用性与信赖性。

为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并结合附图详细说明如下。

附图说明

图1A绘示本实施范例的基本流程示意图，图1B为其应用的系统架构示意图。

图2绘示本实施范例的一种测试方法的流程示意图。

图3绘示本实施范例的另一种测试方法的流程示意图。

图4绘示本实施范例的另一种测试方法的流程示意图。

图5绘示包含ECC单元的数据区块的架构示意图。

图6绘示本实施例的耐度区块的架构示意图。

图7绘示本实施例的存储器中的储存区域的示意图。

图8绘示本实施例的管理区域中的耐度记录表示意图。

附图符号说明

10：计算机(系统端)

12：固态储存媒体

14：接口

20：数据区块

22：ECC数据单元

30：耐度区块

40：储存区域

42：管理区域(映射表)

44：使用数据区域

46：备份区域

48：缺陷区域

具体实施方式

本实施范例在进行测试时，测试的目标为得到测试报告(test report)，测试报告是利用市场上及工业上常使用的技术标准语言，例如失效间平均时间(mean time between failures，MTBF)、长期数据耐度值(longterm dataedurance，LDE)等。

图1A绘示本实施范例的基本流程示意图，图1B为其应用的系统架构示意图。首先，在步骤S10，测试工具会选定各种测试流程(或测试图案)，以对储存媒体进行测试。在本范例中，将以由闪存够成的固态硬盘做为说明例。例如，由图1B所示，使用者由计算机(系统端)10经由接口14送出各种测试流程给固态硬盘12。此接口例如是ATA、SATA等任何可以运用的接口规格。固态硬盘12在本实施范例中是由闪存所构成，而闪存可以包含多个区块(BL0～BLn)16。

接着，在步骤S12，通过接口12，在进行测试前，取得固态硬盘对应于要进行测试项目的测试前的数据数据值。此步骤亦可以在选定侧视图案之前进行。接着，在步骤S14，利用步骤S10所选定的测试流程(图案)对固态硬盘12进行读写操作等。

接着，于步骤S16，在测试一段时间之后，经由自定的接口命令，读取出所需要的测试项目，即本实施范例的各种方法所测试出的数据值。接着，在步骤S18，将测试前后的数据进行比较，取得差异值。最后，在步骤S20，如果有需要，将测试结果经由公式运算成测试报告。

上述步骤S10所提到的测试流程(测试图案)可以由如以下几种类型来进行。首先，例如利用实际使用的操作或读写模拟操作，其可以根据不同的作业环境(如Windows、Unix/Linux、Mac等)、使用者特性与平台(如笔记型计算机、PC、伺服器等)差异、应用的差异(如数据库、监控系统等)，做出不同的测试流程。

其次，测试流程也可以特殊图案进行测试。此方式是针对各种较可能使固态硬盘降低效能的操作进行攻击性的测试，例如利用大量小文档的写入、在盘机容量快满的时候进行写入操作、或者循序/随机地读写等。此外，也可以利用针对各种固态硬盘技术所造成的副效应，进行攻击测试，例如针对多通道架构做大量小文档以及小量大文档混杂写入等。

另外，测试项目也可以是压力(stress)测试，亦即利用长时间大量读写的方式来进行测试。以上仅列举出数种可行的方案，其他方式在不失本实施范例的范畴下，也可以加以应用，在此不一一列举。

本实施范例重点在于测试所使用的方法，以下将针对本实施范例的测试方法做进一步的说明。在测试方法中，例如可以针对如固态硬盘中的闪存的区块擦除数、测试错误、隐含错误、ECC耐度值、全无效页数等等的方式来进行。以下即针对各种方法做说明。

图2绘示本实施范例的一种测试方法的流程示意图。图2所采用的测试项目是计算固态储存媒体中各闪存中的所述区块的擦除数与固态储存媒体的整体区块数的比例，来评估该固态储存媒体的状态。

如图2与1B所示，首先在步骤S100，系统通过接口(如ATA接口等)，取得固态储存媒体的闪存的区块生命周期，并且设定一个固定的百分比，例如90％。区块生命周期例如是可执行擦除的总数，而上述固定百分比即表示该区块是否已经被擦除到一预定擦除数以上。当超过该擦除数(及固定百分比)，该区块在可靠度上将会变得极低，而系统也会避免将数据写入该区块。

之后在步骤S102，测试该区块的擦除数，亦即取得该区块已经进行擦除的次数。接着在步骤S104，判断该擦除次数是否大于对应该固定百分比的预订擦除数。若未达到该预定擦除数，则表示该区块的可靠度高。此时，便经由步骤S112，进行下一个区块的测试。

反之，若该擦除次数大于对应该固定百分比的预订擦除数，则表示该区块已经读写到可靠度低的状态，此时便将该区块加入问题区块数的累加数(步骤S106)。

之后，在步骤S108，判断是否所有区块都测试完毕。如果尚未测试完毕，则经由步骤S112再进行下一个区块的测试；若所有区块均测试完毕，则执行步骤S110，计算出问题区块数与整个总区块数的比例。之后可将此比例作为测试结果输出，使用者便可以知道该固态储存媒体的目前可靠度为何。

在上述范例中，是假设每个区块的生命周期都可能不同的极端其况，所以步骤S112会回到步骤S100，以重新取得各区块的区块生命周期。假如存储器工艺条件控制得很好，各区块的生命周期应该可达到几乎相同的状况，此时步骤S112则可以直接到步骤S102，即区块生命周期的取得只要执行一次即可。

另外，关于区块生命周期的取得，可以通过自订的盘机命令(本例为ATA命令)，使盘机自动回报存储器的生命周期，或者是也可以通过使用者输入的方式来进行。另外，关于区块擦除数大于预订擦除数(固定百分比的数目)也可通过接口命令来取得。

经由图2的测试方法，可以更正确地取得每个区块的受命指数。比起现有的仅测试整体的擦除数要来得更为精准，且更具以可信度。

图3绘示本实施范例的一种测试方法的流程示意图。图3所示的方法主要是利用错误更正码(error correction code，ECC)的测试来做为固态储存媒体的可靠度测试。图3所示的测试方法主要是取的存储器各区块的ECC耐度值(endurance)来进行测试的方式，关于ECC耐度值会在下文做详细解释。基本上，ECC耐度值是表示存储器区块可能发生错误的隐含错误机率。经由隐含错误区块的辅助测试项目，可以让测试报告的可靠度更为提高，也更具实益。

如图3所示，在步骤S200，系统经由接口命令，取得各区块的ECC耐度值错误总数。接着，在步骤S202，取得隐含错误的数目，即ECC耐度值得变化。

之后，在步骤S204，判断是否所有的区块均测试完毕，若尚未测试完毕，则经由步骤S210，继续下一个区块的ECC耐度值测试。反之，若所有区块均测试完毕，则在步骤S206，计算隐含错误的总数。

另外，图3所示的方法也可以配合图1所示的方法，即配合擦除数，而能够更精准地判断每个区块的寿命指数。

图4绘示本实施范例的一种测试方法的流程示意图。图3所示的方法主要是利用无效页数做为测试项目，此方式可以避免垃圾回收(garbagecollection，一种存储器管理方式)先做与后做时所产生的擦除数的差异。无效页的存在会影响到固态储存媒体的可靠度，因此在计算擦除数时，也必须将其计算在内，以提高测试结果的可靠性。

例如，假如一个区块的无效页数多了256页，而一区块是包含128页，所以擦除总数便必须要加入256/128，即2。

如图4所示，在步骤S300，经由接口命令取得区块的无效页数，并计算出对应的擦除数。接着，在步骤S302，取得擦除数超过预定擦除数的区块(例如图2所示测试流程)。在步骤S304，判断是否所有区块均做完测试，若否，则经由步骤S310，进行下一个区块的测试流程。反之，当所有区块均做完测试，则执行步骤S306，即计算问题区块数。此问题区块数除了依据图2所示流程所计算出的区块数外，更加上因无效页产生的对应的区块数。

加上无效页的考虑后，可以让固态储存媒体的可靠度测试更为精确且有实益。

以上图2至图4所示的流程，在进行测试时可以一并执行，或在擦除数的基础上加上ECC耐度值或无效页的测试。另外，此三种测试方式可以利用自定盘机(固态储存媒体)的接口命令，使盘机回报闪存的生命周期、大于某一固定百分比的擦除数的区块数、区块总数、擦除数的最大值等。

接着，对上述实施范例所提到的ECC耐度值做说明。图5绘示包含ECC单元的数据区决的结构示意图。以下的实施例将以闪存做为说明例。在闪存中，以图5的数据区块20做为最小的读写单位。数据区块20一般可包含一个或多个ECC数据区块22。做为最小读写单位的数据区块20的大小例如可以是512B或2KB等，其可以具设计需求做适当的调整。而各ECC数据区块22则包含可修正位数的数据，例如16位。藉由ECC数据区块22可以对读取或写入的数据进行错误更正的处理程序。

每个ECC数据区块具有它可以检查出的错误位数及其可以更正的错误位数。另外，每个数据区块20也有其可以检查出的错误位数及其可以更正的错误位数，亦即其内所有ECC数据区块22中可检查出的错误位数的总和及其可以更正的错误位数的总和。

图6绘示本实施例的耐度区块的架构示意图。如图6所示，根据本实施例，闪存中的耐度区块(endurance block)30可以包含整数个图5所示的数据区块20。在闪存中，在记录与计算闪存的损坏程度时，以耐度区块为单位。

根据本实施例，将储存在闪存中的数据或文档进行重要性的分类，而将耐度区块30赋予不同的参数耐度值Endu，亦即对存储器的储存区域的损坏程度附上一个参考标签，使系统可以预测该区块的耐用程度。例如，可以依据即将错误的程度给予Endu值为0、1、2、3等。Endu数值越小，表示该储存区域的可靠度越高，越适合储存重要性高的文档或数据。通过这种方式，可以预估存储器中的储存区域的可靠度高低，而将重要性高的数据或文档储存到错误机率低的储存区域中。下面详细说明判断方式。

上述的重要性分类是可以让系统本身依据文档或数据本身的属性、副文档名等等来进行区分分类，或者是也可以让使用者自己来做定义与分类。经过分类分层后，Endu的区块便可依重要性，对应到不同层重要性的文档。

以系统自行定义为例，可以将系统文档和隐藏文档等与系统操作高度相关的文档与数据储存在如Endu＝0的区域，数据文档可存放在Endu＝1的区域，影音文档可存放在Endu＝2的区域，而备份文档或数据则存放在Endu＝1的区域。

另外，若是使用者本身自己定义的话，可以将重要的数据或影音文档等存放在Endu＝0的区域。一般数据与影音文档可以存放在例如Endu＝1的区域，而不重要的数据或影音文档可以存放在例如Endu＝3的区域。当然，以上仅是说明之用，何种数据要存放在Endu值多少的区域，要视系统或使用者的定义方式。

图7绘示本实施例的存储器中的储存区域的示意图。如图7所示，其为存储器的逻辑储存区域的配置示意范例。例如，可以将储存区域40分成管理区域(映射表)42、使用数据区域44、备份区域46与缺陷区域48。其中，在此图例中，使用数据区域44还可以依据Endu值区分为区域1～区域4，藉以依据文档或数据的重要性来分配储存的区域。

在管理区域42中可以存放一个记录表，即耐度表(endurance table)。此记录表记录有耐度区块的位置、区块的写入次数(cycles)、ECC错误更正位数(ECC)和耐度值Endu(即将错误的程度)。图8绘示本实施例的管理区域中的耐度记录表示意图。如图8所示，Endu值可以是次数与ECC的函式或判断式。一般闪存在出厂后会有E/W参考值(擦除/写入参考值，即可以执行几次)以及分布(即写入几次后会开始产生缺陷)。而利用E/W参考值、ECC的错误更正以及前述分部等等，定义一个对应函式或判断式，由次数与ECC计算Endu值。此对应函数或判断式可随读写次数增加到不同的程序，而针对当时的闪存使用状况与毁损状况做修正。

经由上述的记录表，便可依不同的Endu值，将使用中的储存区分成数个区域(area)，即上述耐度区块。例如图3，依不同的Endu值0-3，分成了区域1到区域4。

另外，Endu值的对应函式或判断式也可依各层文档的多寡来调整。此外，管理区域42因为重要性高，实作时可使用较高可靠度的存储器，例如MRAM。

综上所述，本实施范例可以通过主机系统与固态储存媒体之间的接口命令，主动地从固态储存媒体取得各种测试项目的数据，以作成测试报告。各测试项目是以区块为单位，所以更能有效地显示出该固态储存媒体的测试报告的实用性与信赖性。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，故本发明的保护范围以本发明的权利要求为准。

Claims (16)

1.一种固态储存媒体可靠度的测试方法，其中该固态储存媒体包含多个区块，该固态储存媒体可靠度的测试方法包括：

取得该固态储存媒体的各该区块的一生命周期；

测试该区块的一擦除数；

判断该区块的该擦除数是否大于一预定擦除数；以及

将所述区块中，该擦除数大于该预定擦除数的区块数加以累加，以产生一问题区块数，并输出一测试报告。

2.如权利要求1所述的固态储存媒体可靠度的测试方法，其中该生命周期为该区块的总擦除数。

3.如权利要求1所述的固态储存媒体可靠度的测试方法，其中该预定擦除数为该生命周期的一固定百分比。

4.如权利要求1所述的固态储存媒体可靠度的测试方法，其中该生命周期由一使用者输入一主机系统。

5.如权利要求1所述的固态储存媒体可靠度的测试方法，其中该生命周期由一主机系统，通过该主机系统与该固态储存媒体之间的一接口命令所取得。

6.如权利要求1所述的固态储存媒体可靠度的测试方法，还包括：

计算该问题区块数与该固态储存媒体的总区块数的比例，做为该测试报告。

7.如权利要求1所述的固态储存媒体可靠度的测试方法，还包括：

取得各该区块的一错误更正码耐度值；

依据该错误更正码耐度值，获得一隐含错误；以及

将各个区块的各该隐含错误并入该问题区块数，以做为该测试报告。

8.如权利要求7所述的固态储存媒体可靠度的测试方法，其中该错误更正码耐度值由一主机系统，通过该主机系统与该固态储存媒体之间的一接口命令所取得。

9.如权利要求1所述的固态储存媒体可靠度的测试方法，还包括：

取得各个区块的一无效页数，并依据该无效页数计算出对应的一区块数；以及

将该区块数并入该问题区块数，以做为该测试报告。

10.如权利要求9所述的固态储存媒体可靠度的测试方法，其中该无效页数由一主机系统，通过该主机系统与该固态储存媒体之间的一接口命令所取得。

11.一种固态储存媒体可靠度的测试方法，其中该固态储存媒体包含多个区块，该固态储存媒体的测试方法包括：

决定一测试流程；

通过一接口命令，由该固态储存媒体向一主机传送一测试项目的数据；

比较该测试项目在测试前后的差异值，以输出一测试报告。

12.如权利要求11所述的固态储存媒体可靠度的测试方法，其中该测试项目为各该区块的擦除数是否大于一预定擦除数，该传送该测试项目的数据更包括：

将所述区块中，该擦除数大于该预定擦除数的区块数加以累加，以产生一问题区块数，并输出该测试报告。

13.如权利要求12所述的固态储存媒体可靠度的测试方法，其中该预定擦除数是由各该区块一生命周期的一固定百分比所决定。

14.如权利要求12所述的固态储存媒体可靠度的测试方法，其中该测试项目更包括一无效页，其中传送该测试项目的数据更包括：

取得各所述区块的一无效页数，并依据该无效页数计算出对应的一区块数；以及

将该区块数并入该问题区块数，以做为该测试报告。

15.如权利要求11所述的固态储存媒体可靠度的测试方法，其中该测试项目为各该区块的一错误更正码耐度值。

16.如权利要求15所述的固态储存媒体可靠度的测试方法，其中传送该测试项目的数据还包括：

取得各该区块的该错误更正码耐度值；

依据该错误更正码耐度值，获得一隐含错误；以及

将各个区块的各该隐含错误，做为该测试报告。

Images