CN101763895B - 具有随机化器/去随机化器的数据存储系统和设备 - Google Patents

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Abstract

一种数据存储设备，其接收写入数据并且包含：控制器，被配置成确定所述写入数据的特征并响应于所确定的特征而提供第一控制信号；随机化器，被配置成响应于所述第一控制信号而选择性地随机化或不随机化所述写入数据，由此生成经随机化的写入数据；以及数据存储单元，被配置成存储所述经随机化的写入数据。

Description

具有随机化器/去随机化器的数据存储系统和设备
相关申请的交叉引用
本申请要求于2008年10月8日提交的韩国专利申请No.10-2008-0098694的权益，其主题内容在此通过引用方式并入。
技术领域
本发明构思涉及一种数据存储设备和包括该数据存储设备的数据存储系统。
背景技术
可以使用随机化器来改进定时恢复电路、自动增益控制电路或自适应电路的操作。例如，可以使用随机化器来使二进制数据值(即0和1)的序列随机化以有助于数据的定时恢复的处理。一种通用形式的随机化器是所谓的“加扰器”。
按照传统所实施的，随机化器随机化所有输入数据而不考虑其特征。因此，在可能受益于随机化功能的特定电路中包含随机化器并不总是合乎实际的。也就是说，与传统随机化器相关的高开销(成本和操作速度)对许多应用来说实在是太高了。此外，由于传统随机化器一般通过使用单一种子来随机化输入数据，所以它们的随机化数据的能力会受到限制。
发明内容
本发明构思的实施例提供一种能够根据数据的一个或多个特征有选择性地随机化输入数据的数据存储设备和相关的数据存储系统。本发明构思的实施例还提供一种能够增加数据的随机性的数据存储设备和相关的数据存储系统。
根据本发明构思的一个方面，提供一种数据存储设备，其接收写入数据并且包含：控制器，被配置成确定所述写入数据的特征并响应于所确定的特征而提供第一控制信号；随机化器，被配置成响应于所述第一控制信号而选择性地随机化或不随机化所述写入数据，由此生成经随机化的写入数据；以及数据存储单元，被配置成存储所述经随机化的写入数据。
根据本发明构思的另一方面，提供一种数据存储设备，其检索读出数据并且包含：数据存储单元，被配置成存储所述读出数据；控制器，被配置成确定所述读出数据的特征并响应于所确定的特征而提供第二控制信号；以及去随机化器，被配置成响应于所述第二控制信号而选择性地对所述读出数据进行去随机化或不进行去随机化，由此生成经去随机化的读出数据。
根据本发明构思的再一方面，提供一种系统，包含：控制器，经由系统总线连接到存储单元，其中，所述控制器被配置成确定所接收的写入数据和所存储的读出数据的特征，并且响应于所确定的特征而提供第一控制信号和第二控制信号；随机化器，被配置成响应于所述第一控制信号而有选择性地随机化或不随机化所述写入数据，由此生成经随机化的写入数据；数据存储单元，被配置成存储所述经随机化的写入数据作为读出数据；和去随机化器，被配置成响应于所述第二控制信号而选择性地对从所述数据存储单元中检索的所述读出数据进行去随机化或不进行去随机化，由此生成经去随机化的读出数据。
附图说明
从下面结合附图进行的详细描述，可以更清楚地理解本发明构思的实施例，其中：
图1是图解根据本发明构思一个实施例的数据存储设备的方框图；
图2A是图解根据本发明构思一个实施例的随机化器的方框图；
图2B是图解根据本发明构思一个实施例的去随机化器的方框图；以及
图3是图解根据本发明构思一个实施例的数据存储系统的方框图。
具体实施方式
现在将参照附图来描述本发明构思的特定实施例。然而，本发明构思可以不同地体现并且不应该曲解为仅限于所说明的实施例。相反，提供该说明的实施例作为示教的例子。在附图和所写描述中，相同的参考数字和标记自始至终被用于代表相同或相似的元件。
图1是图解根据本发明构思一个实施例的数据存储设备100的方框图。参照图1，该数据存储设备100总的包含随机化器10、去随机化器30、数据存储单元40和控制器20。在图1中，与输入的写入数据(即存储到数据存储单元40中的其所有的相关数据组分中的数据，诸如有效载荷数据、报头数据、ECC数据、地址数据、控制数据等)相关联的写路径在到达该数据存储单元40之前经过ECC编码器50和随机化器10。与读出数据(即从数据存储单元40中检索的其所有的相关数据组分中的数据，如上)相关联的读路径在被传递到外部电路(未示出)之前经过去随机化器30和ECC解码器60。
在图1中图解的实施例假定输入的写入数据(以及相应地，输出的读出数据)在被存储到存储单元40中之前要经受传统的错误检测和/或纠正处理(共同的或单一的，“ECC”)。可以执行多个不同类型的ECC处理中的一个或多个，以及可以通过硬件(电路、系统或设备)、固件和/或软件来提供该相应的ECC编码和解码功能。然而，本领域技术人员将认识到：对写入/读出数据的ECC处理是可选的，并且本发明构思的其它实施例会省略这样的处理以及相应的电路块。
如可以从图1中所看到的，写入数据(DATA)被从外部源(例如数据控制器、主机设备、接收器前端)接收并且然后被传递到ECC编码器50。经编码的写入数据(DATA’)-例如具有添加的校验位的写入数据-然后被传递到随机化器10。
控制器20现在确定该写入数据的特征并响应于所确定的特征而提供第一控制信号CS。例如，可以由控制器20确定的一个特征是写入数据类型(即写入数据组分类型)。使用上面提出的相对简单的例子，写入数据可包含有效载荷数据和相应的元数据。元数据一般包含有关于有效载荷数据的信息(如备用数据位或校验位数据等)。
本领域技术人员能够很好地理解元数据的使用与写入数据的存储和读出数据的检索有关。例如，元数据(或更具体地元数据的备用数据部分)通常被用来指示“坏”数据块(即已知为错误的并因而不会进一步使用的数据块)。然而，当这样的元数据被随机化时，会引入出错的风险，虽然小，但是总是出现。假定这种风险，一旦识别出这样的元数据的类型(即它的特征)，本发明构思的实施例会避免随机化这样的元数据，而继续随机化相应的有效载荷数据。
在本发明构思的一个更特定的实施例中，控制器20能够根据包含在写入数据中的一个或多个标记位来确定该写入数据的特征。当控制器20确定写入数据是否包含指示数据类型的特定标记位时，随机化器10相应地和有选择性地随机化写入数据。在图1中的所图解的实施例中，基于控制器20提供的第一控制信号CS，随机化器10随机化或不随机化输入的写入数据(即计算和添加一个或多个校验位，或者不计算和添加)。因而，在前述的采用预先ECC编码写入数据的例子中，响应于写入数据和第一控制信号CS而从随机化器10中输出经随机化的数据(DATA”)或者未被随机化的数据(DATA’)。然后，由随机化器10提供的经随机化的数据(DATA”)和未经随机化的数据(DATA’)被存储到数据存储单元40中。
在本发明构思的各种实施例中，随机化器10可以采用多个不同形式，包含加法随机化器、同步随机化器、乘法随机化器或自同步随机化器。将参考图2A以某一附加细节来描述根据本发明构思的实施例的示例性随机化器10的操作。
如还是在图1中所看到的那样，可以从数据存储单元40检索被编码、被随机化或未被随机化、并且被存储的写入数据(DATA”)形式的读出数据，并将其传递到去随机化器30。去随机化器30响应于从控制器20接收的第二控制信号CS’而操作以去随机化经随机化的读出数据(DATA”)或者对未经随机化的读出数据(DATA’)不进行去随机化。在与第二控制信号CS’有关的去随机化器10的操作(或未操作)之后，该经去随机化的读出数据(DATA’)被传递到ECC解码器60。通过使用与前面应用的ECC编码过程对应的ECC解码过程，ECC编码器向外部源提供经解码的读出数据(DATA)。
因而，对写入数据的有选择性随机化之后必须紧接着对读出数据的镜像选择性去随机化。这些镜像处理分别由第一控制信号和第二控制信号来控制。
当随机化器10被实现为加法随机化器时，可以使用类似的(或同样的电路)作为相应的去随机化器30。假定鉴于数据存储设备100的操作速度的足够的数据吞吐量，使用公共随机化器/去随机化器最小化了与随机化功能相关的电路的成本和尺寸。将参考图2B以某一附加细节来描述根据本发明构思的实施例的示例性去随机化器30的操作。
进一步注意，对ECC编码器/解码器电路的使用使得能够检测和/或纠正在随机化和去随机化处理期间引入的任何错误。因此，本发明构思的特定实施例将受益于包括这样的电路。
关于输入的写入数据，根据本发明构思的实施例的数据存储设备可以不同地使用具有依照(多个)数据区、(多个)数据页、(多条)数据字线和/或(多个)数据块定义的尺寸的随机化器/去随机化器的种子。例如，图1的数据存储设备100可以将第一种子和第二种子分别应用于输入的写入数据的第一区和第二区。这种方法可以以类似的方式应用到页、字线或块的单元。例如，当在随机化期间使用对于每个区的不同种子时，要随机化的数据的量可与一个区的尺寸相同。
在本发明构思的一个实施例中，随机化器10通过向写入数据添加伪随机二进制序列(PRBS)来随机化经编码的写入数据(DATA’)。例如通过线性反馈移位寄存器(LFSR)来生成该PRBS。在这样的实施例中，通过应用输入到用于每个数据单元的LFSR的不同种子，可以将不同的PRBS添加到每个写入数据单元中。
在这个例子中，当种子的尺寸是“M”位时，其中M是自然数，由该种子生成的PRBS可以具有(2M-1)的周期。因而，在本发明构思的特定实施例中，可以通过使用块号、字线号、页号或区号来计算种子。
在本发明构思的特定实施例中，多个预计算的种子可被存储在存储器(未示出)中，随机化器10或去随机化器30可以在从存储器适当地接收到合适种子时执行其处理。
因此，在本发明构思的实施例中，通过将不同种子应用到每一个定义的数据单元而不是仅仅将公用种子应用于所有写入数据，可以更好地随机化每个区、页、字线或块的甚至具有相同数据模式的写入数据。
同样，通过经由随机化器10将不同的种子应用到每个区、页、字线或块，可以更加高效地执行读出数据。例如，当传统随机化器被应用到2个或更多页(即页A或B)时，必须确定其中随机化器将种子应用到页A的方式以便去随机化和读出页B中的数据。相反，根据本发明构思的实施例，写入页B的数据可以被独立地读出，而不需要确定随机化器是如何应用于页A。
图2A和2B是进一步分别图解根据本发明构思的实施例的图1中的随机化器10和去随机化器30的方框图。参考图1和2A，随机化器10包含用于响应于由控制器20提供的第一控制信号CS而操作的开关12和执行数据随机化处理的随机化电路11。
如上所述，当将写入数据(DATA)或经编码的写入数据(DATA’)(例如具有由ECC编码器50添加的校验位)施加到随机化器10时，控制器20将提供与所确定的写入数据的特征有关的第一控制信号CS。开关12响应于第一控制信号CS而切换，以便写入数据(DATA)或者经编码的写入数据(DATA’)通过或绕过(bypass)随机化电路11以生成经随机化的写入数据(DATA”)。
继续前面的工作示例，当写入数据(DATA)或者经编码的写入数据(DATA’)是元数据或备用数据时，控制器20输出具有不同于写入数据(DATA)或者经编码的写入数据(DATA’)是有效载荷数据时的电平(高/低)的第一控制信号CS。因而，当第一控制信号CS指示写入数据是元数据或备用数据时，开关12运行以绕过随机化电路11，而当第一控制信号CS指示写入数据是有效载荷数据时，开关12运行以将该写入数据传递通过随机化电路11。
图2B是进一步图解根据本发明构思一个实施例的去随机化器30的方框图。参考图1、2A和2B，去随机化器30以类似于前面的方式响应于第二控制信号CS’而操作。也就是说，开关32由第二控制信号CS’来操控以便：当读出数据被确定为是有效载荷数据时，将读出数据(READ”)传递通过去随机化电路31；而当读出数据被确定为是元数据或备用数据时，绕过去随机化电路31。
图3是图解根据本发明构思一个实施例的包含存储单元100的数据存储系统1的方框图。参考图3，数据存储系统1包含例如具有前述的数据存储设备100的形式的存储单元100。处理器120经由传统系统总线110而连接到存储单元100。
处理器120被配置成生成第一控制信号和第二控制信号、连同其它控制信号，以控制数据存储设备100的操作(即执行写或编程、读、验证和擦除操作)。因而，数据存储设备100中的传统设计的控制块可以响应于处理器120提供的控制信号而控制不同的操作。
当根据本发明构思实施例而在特定便携式设备中实施数据存储系统1时，其可能进一步包含被配置成向存储单元100和处理器120提供操作电源的电池150。作为例子，这样的便携式设备包括便携式计算机、数字照相机、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话、MP3播放器、便携式多媒体播放器(PMP)、自动导航系统、存储卡、系统卡、游戏控制台、电子词典或固态盘。
根据图3的所图解的实施例的数据存储系统1进一步包括能够与外部数据处理装置交换数据的第一输入/输出(I/O)设备接口130。当数据存储系统1是无线系统时，其可以进一步包括第二I/O(或无线)设备接口140。在这种情况下，无线接口140可以经由系统总线110连接到处理器120并且将数据无线发送到外部无线装置或无线接收来自外部无线装置的数据。
该无线系统可能是PDA、便携式计算机、无线电话机、寻呼机、无线装置、RFID读出器或RFID系统。而且，该无线系统可能是无线本地局域网(WLAN)系统或无线私人局域网(WPAN)。而且，该无线系统可能是蜂窝网络。
当数据存储系统1是图像拾取设备时，该数据存储系统1可以进一步包含能够将光学图像转变成电子信号的图像传感器160。该图像传感器160可以是使用电荷耦合器件(CCD)或互补型金属氧化物半导体(CMOS)的图像传感器。在这种情况下，该数据存储系统1可以是数字照相机或具有附于其上的数字照相机的移动电话机。同样，该数据存储系统1可以是具有附于其上的数字照相机的卫星系统。
如上所述，在根据本发明构思的实施例的数据存储设备中，由于输入的写入数据被选择性地随机化，所以可以提高数据存储设备的整体数据存储效率。由于可以将不同的种子应用于每个预定的数据单元，所以经随机化的写入数据的随机性可以进一步得到提高。此外，由于不同的种子可被应用于每个数据单元，所以可以更加有助于读出数据的检索。
虽然已经参考示例性实施例具体示出和描述了本发明构思，但是应该理解：可以在不脱离下面的权利要求的范围的情况下，在此进行形式上和细节上的各种修改。

Claims (15)

1.一种数据存储设备，其接收写入数据并且包含：
控制器，被配置成确定所述写入数据的特征并响应所确定的特征而提供第一控制信号；
随机化器，被配置成响应于所述第一控制信号而选择性地随机化或不随机化所述写入数据，由此生成经随机化的写入数据；以及
数据存储单元，被配置成存储所述经随机化的写入数据，
其中，所述特征表示所述数据是有效载荷数据还是元数据。
2.如权利要求1所述的数据存储设备，其中，所述控制器关联于包含在所述写入数据中的标记来确定所述写入数据的特征。
3.如权利要求1所述的数据存储设备，进一步包含：
ECC编码器，被配置成接收所述写入数据并生成经编码的写入数据，
其中，所述随机化器被配置成响应于所述第一控制信号而选择性地随机化或不随机化所述经编码的写入数据，由此生成经随机化的写入数据。
4.如权利要求3所述的数据存储设备，其中，所述ECC编码器被配置成通过向所接收的写入数据添加校验位来生成所述经编码的写入数据。
5.如权利要求1所述的数据存储设备，其中，所述随机化器通过使用用于所述写入数据的每个单元的不同种子而有选择性地随机化所述写入数据，其中，所述写入数据的单元由区、页、字线和块中的一个来定义。
6.如权利要求3所述的数据存储设备，其中，所述随机化器通过使用用于所述写入数据的每个单元的不同种子而有选择性地随机化所述经编码的写入数据，其中，所述写入数据的单元由区、页、字线和块中的一个来定义。
7.如权利要求1所述的数据存储设备，其中，所述随机化器包括：
随机化器电路，用于生成所述经随机化的写入数据；以及
开关，由所述第一控制信号操作以当所述控制器确定所述写入数据的第一特征时将所述写入数据传递通过所述随机化器电路，或者当所述控制器确定所述写入数据的第二特征时，使所述写入数据绕过所述随机化器电路。
8.一种数据存储设备，其检索读出数据并且包含：
数据存储单元，被配置成存储所述读出数据；
控制器，被配置成确定所述读出数据的特征并响应于所确定的特征而提供第二控制信号；以及
去随机化器，被配置成响应于所述第二控制信号而选择性地对所述读出数据进行去随机化或不进行去随机化，由此生成经去随机化的读出数据，
其中，所述特征表示所述数据是有效载荷数据还是元数据。
9.如权利要求8所述的数据存储设备，其中，所述控制器关联于包含在所述读出数据中的标记而确定所述读出数据的特征。
10.如权利要求8所述的数据存储设备，进一步包含：
ECC解码器，被配置成接收所述经去随机化的读出数据并生成经解码的读出数据，
其中，所述去随机化器被配置成响应于所述第二控制信号而选择性地对所述读出数据进行去随机化或不进行去随机化，由此生成经去随机化的读出数据。
11.如权利要求10所述的数据存储设备，其中，所述ECC解码器被配置成通过从所接收的经去随机化的读出数据中移除校验位来生成所述经解码的读出数据。
12.如权利要求8所述的数据存储设备，其中，所述去随机化器通过使用用于所述读出数据的每个单元的不同种子而有选择性地去随机化所述读出数据，其中，所述读出数据的单元由区、页、字线和块中的一个来定义。
13.如权利要求10所述的数据存储设备，其中，所述去随机化器通过使用用于所述读出数据的每个单元的不同种子而有选择性地去随机化所述读出数据，其中，所述读出数据的单元由区、页、字线和块中的一个来定义。
14.如权利要求8所述的数据存储设备，其中，所述去随机化器包括：
去随机化器电路，用于生成所述经去随机化的读出数据；以及
开关，由所述第二控制信号操作以当所述控制器确定所述读出数据的第一特征时，将所述读出数据传递通过所述去随机化器电路，或者当所述控制器确定所述读出数据的第二特征时，使所述读出数据绕过所述去随机化器电路。
15.一种数据存储系统，包括：
控制器，经由系统总线连接到存储单元，其中，所述控制器被配置成确定所接收的写入数据和所存储的读出数据的特征，并且响应于所确定的特征而提供第一控制信号和第二控制信号；
随机化器，被配置成响应于所述第一控制信号而有选择性地随机化或不随机化所述写入数据，由此生成经随机化的写入数据；
数据存储单元，被配置成将所述经随机化的写入数据存储作为读出数据；和
去随机化器，被配置成响应于所述第二控制信号而有选择性地去随机化从所述数据存储单元中检索的读出数据或不对从所述数据存储单元中检索的读出数据进行去随机化，由此生成经去随机化的读出数据，
其中，所述特征表示所述数据是有效载荷数据还是元数据。
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